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基于FDC2214的非接触式液位检测系统的设计
徐振宇;吴建锋;刘伟
【期刊名称】《传感技术学报》
【年(卷),期】2024(37)4
【摘要】为解决有腐蚀性、易气化、易固化等特殊液体液位测量的问题,提出了一种基于FDC2214电容式传感器的非接触式液位测量系统。
设计了由STM32F103主控芯片、FDC2214电容传感器等组成的非接触式液位测量硬件系统,通过对电容值变化量与温度的变化曲线进行数据分析,搭建了对应的温度补偿系统。
此外,系统采用卡尔曼滤波算法对测量数据进行滤波处理,有效地提高了系统的测量精度和稳定性。
实验测试结果表明:液位测量系统对10组不同的液位进行测量,液位计灵敏度为190.5 pF/m;液位测量系统可以在不改变液体容器结构的情况下完成液位测量;卡尔曼滤波算法可以有效提高液位计的测量精度和稳定性。
【总页数】6页(P597-602)
【作者】徐振宇;吴建锋;刘伟
【作者单位】浙江树人学院信息科技学院;杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TM936
【相关文献】
1.非接触式超声波液位检测仪系统中的单片机应用
2.非接触式液位检测仪的设计与实现
3.一种非接触式液位检测控制系统的设计与分析
4.基于图像视觉的非接触式液位自动检测系统
5.基于电容式传感器的非接触式液位测量系统
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基于光纤传感技术的液位监测系统设计随着工业自动化的发展，液位监测技术已经成为了许多工业过程的重要组成部分。
在油气、化工、医药、食品等行业，液位监测不仅关乎生产的稳定性和安全性，同时也涉及到了环境保护和资源节约的问题。
而光纤传感技术则因为其高灵敏度、宽测量范围、抗干扰等特点，成为了一种十分值得推广的液位监测手段。
本文将介绍一种基于光纤传感技术的液位监测系统设计。
首先，我们将介绍光纤传感技术的原理和优势；然后，将详细讲述光纤液位传感器的制作和安装；最后，将对本系统的性能进行评价。
一、光纤传感技术的原理和优势光纤传感技术是一种基于光学原理的传感技术。
利用光的传输特性，可以实现对温度、压力、拉力等物理量的测量。
而光纤传感技术的最大优势在于其高灵敏度和抗干扰性。
由于光纤传感器的信号传输是光信号，不受电磁干扰和电学噪声的影响，因此可以在恶劣的工业环境下保持高精度的测量。
基于光纤传感技术的液位监测系统，通常采用反射式测量原理。
当光纤的一端反射光束到达液面时，会受到液体的折射影响，导致反射光的强度发生改变。
通过对反射光强度的测量，可以计算出液位的高度。
二、光纤液位传感器的制作和安装在实际应用中，光纤液位传感器的制作需要考虑到液位位置的精度和可靠性。
首先，选取一条足够长的光纤，并在一端加工成V型，使其侧朝液位的一面光纤外皮被蚀掉，形成一块反射镜。
在液体的最低位置安装这个反射镜，并控制好与液面的距离。
经过这样的设计，液体的液位就可以被反射镜反射的光线所测量。
其次，为了实现稳定的测量结果，需要采取一些措施来保证传感器的精度和可靠性。
例如，每个传感器应该配合相应的补偿电路，来抵消温度、压力等带来的误差。
同时，传感器的稳定性也需要在实际使用过程中得到验证。
安装方面，传感器可以根据液位情况进行灵活布置。
可以将传感器直接粘贴在液体容器壁上，也可以通过管道连接等方式间接测量。
此外，可根据具体的用户需求，选取不同形式和长度的光缆，来确保系统的可靠性和精度。
基于光纤传感技术的液化气罐液位监测系统设计随着液化气在生活中的广泛使用，液化气罐成为了人们生活中不可或缺的一部分。
为了保障人们的生命安全，液化气罐的液位监测显得尤为重要。
目前市面上存在着各种不同的液位监测方案，但是其中基于光纤传感技术的方案由于其高精度、低成本的特点，逐渐成为了一种备受欢迎的选择。
本文将介绍一种基于光纤传感技术的液化气罐液位监测系统的设计方案。
1. 系统概述本系统采用光纤传感技术，通过将光纤传感器置于液化气罐内侧墙面部位，将从传感器发出的光信号浸泡于罐底的液化气中，再由光电转换器接收，并将光信号等效为电信号输出，最终形成液位数据输出到监控平台上进行实时监测。
本系统确保了监测的高准确性和低成本。
2. 系统硬件设计2.1 光纤传感器的设计本系统采用的传感器为光纤浸没式液位传感器。
其主体结构如图1所示：图1 光纤浸没式液位传感器主体结构传感器的主要部件包括光纤感受器、尾纤、底部导纤管和法兰。
液位传感器的光纤感受器常采用光纤的漩涡尾纤结构，将尾部制成环形，光纤从环形的小孔中喷出，光在环周内反复发生全反射，可形成一段波长较短的浸没式光学传感元件。
本系统采用的光纤正是具有这种结构的光纤传感器。
2.2 光电转换器的设计本系统采用的光电转换器如图2所示：图2 光电转换器的主体结构光电转换器主要由光电倍增管和前置放大器构成。
光信号输入光电转换器，通过光电倍增管将光信号转换为电信号，然后通过前置放大器进行增益，并将电信号输出到液位监测平台。
3. 系统软件设计3.1 数据采集和处理本系统采用的是PC机作为液位监测平台。
PC机通过RS232串口与光电转换器进行数据交互，将光电转换器输出的电信号进行调制、放大、滤波等处理后，输出液位高度数据，并对其进行显示和存储。
3.2 系统的实时监测与报警本系统支持实时监测和报警功能，可以通过设定液位的上下限，并对触发报警的灵敏度进行精确设置，实现对液位变化的实时监测。
摘要液位计算机测量与控制实验系统是为西北工业大学航空学院民航工程系综合实验平台而开发的课程教学实验系统。
液位测量与控制系统集传感器信号的采集、调理、转换、检测和控制为一体，是实时交互式图形界面应用系统。
该系统采集液位信号并用计算机可视化界面实时显示液位高度的变化过程；通过交互式对话框设置期望的液位高度，在检测当前液位的基础上控制进/出水阀门，从而对实际液位高度进行控制。
论文介绍了液位计算机测量与控制系统的结构与功能；分析了硬件系统中测量与控制电路的组成及工作原理；计算了信号调理电路中测量放大器的增益及各元件参数；使用PROTEL软件绘制了信号调理电路图；介绍了多功能数据采集卡NI USB-6008的特点、功能及软件开发平台LabVIEW；分析了系统的软件程序；介绍了液位计算机测控系统的用户使用界面所能实现的功能。
针对实验系统对液位进行开关控制所带来的问题，提出了用PID控制方法进行改进的措施。
关键词：液位测控，压力传感器，信号调理，NI USB-6008 ，LabVIEWABSTRACTThe liquid level measurement and control computer experimental system is a course teaching experimental system which is used to develop the comprehensive experimental platform for Aviation Institute of Civil Engineering of NWPU. The liquid level measurement and control system with real-time interactive graphical interface is of the sensor signal acquisition, conditioning, conversion, testing and control functions. The system acquires the signals of liquid level and computer interface real-time to show the liquid level changing process. Through an interactive dialog box, the desired water level is set. The actual water level is controlled based on the current liquid level detection through the import / outlet valves.The structure and function of the liquid level measurement and control computer experimental system is introduced at first. The hardware system composition and working principle is analyzed, and the gain and each components parameters of measuring amplifier in signal conditioning circuit are calculated. The signal conditioning circuit is drawn with PROTEL, and the features and functions of the multi-function data acquisition card NI USB-6008 and software development platform LabVIEW are introduced. The system software program is also analyzed. For the control problems of import / outlet valves of the liquid level measurement and control computer experimental system, a PID control method is proposed to improve the system performances.KEY WORDS：liquid level measurement and control，pressure sensor，signal conditioning ，NI USB-6008 ，LabVIEW目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)1.1 课题背景............................................................................. 错误！未定义书签。
基于传感器的压力液位检测系统设计简介本文档旨在介绍一种基于传感器的压力液位检测系统的设计。
设计目标该系统的设计目标包括但不限于以下几点：- 实时监测液体的压力和液位；- 提供可靠的数据，以便用户能够准确了解液体的状态；- 高度精度和稳定性；- 易于安装和使用。
系统组成该压力液位检测系统主要由以下几个组件组成：1. 压力传感器：用于测量液体的压力，并将其转化为电信号；2. 液位传感器：用于测量液体的液位，并将其转化为电信号；3. 控制器：接收传感器转化的电信号，并进行处理和分析，以得出液体的压力和液位数据；4. 显示屏：用于显示液体的压力和液位数据，使用户能够直观地了解液体的状态；5. 电源供应：提供系统所需的电力。
工作原理该系统的工作原理如下：1. 压力传感器通过测量液体对其施加的压力，将其转化为相应的电信号；2. 液位传感器通过测量液体的液位高度，将其转化为相应的电信号；3. 控制器接收传感器传来的电信号，并根据预设的算法对其进行处理和分析，从而得出液体的压力和液位数据；4. 显示屏将处理后的数据展示给用户，使其能够直观地了解液体的状态。
实施步骤下面是设计该系统的一般实施步骤：1. 进行需求分析，明确系统的设计目标；2. 选择合适的压力传感器和液位传感器，确保其满足系统要求；3. 设计并实现传感器与控制器之间的连接和数据传输；4. 开发控制器的算法和逻辑，确保准确地计算出液体的压力和液位数据；5. 连接显示屏和控制器，并确保其正常工作；6. 进行系统测试和调试，确保其稳定性和精确性；7. 完成系统的安装和部署，并提供使用说明。
总结基于传感器的压力液位检测系统设计是一个复杂而具有挑战性的任务，但通过合理的规划和实施，我们可以实现高精度和可靠的液体状态监测。
该系统的设计目标、组成和工作原理在本文档中得到了详细阐述，并提供了一般的实施步骤。
希望本文档能为设计和开发基于传感器的压力液位检测系统提供一定的指导和帮助。
液位传感器工作原理和功能
液位传感器是一种用于测量液体容器中液位高低的设备。
其工作原理是通过检测液体和气体的接触界面位置来确定液位的高度。
液位传感器可以采用多种工作原理，其中一种常见的原理是浮子法。
该原理利用一个浮子连接到一个浮子杆或测量杆，并根据液体的浮力来测量液位。
浮子的浮力与液体的密度、液位位置和浮子的体积有关，所以通过测量浮子的位置，可以推算出液位的高度。
液位传感器的功能主要包括以下几个方面：
1. 液位监测：液位传感器可以实时监测液体容器中的液位高度，以便及时掌握液体的用量和储存状态。
2. 控制和报警：液位传感器可以与控制系统相连，当液位高度超过或低于设定的阈值时，会触发相应的控制和报警信号，以便采取相应的措施。
3. 自动化控制：液位传感器可以用于自动化控制系统中，实现液位的自动调节和控制，提高生产过程的精确度和效率。
4. 安全保护：液位传感器可以用于监测液体容器的液位，提供安全保护功能，如防止液体溢出、泄漏等危险情况的发生。
5. 数据记录和分析：液位传感器可以记录和分析液位随时间的变化趋势，为生产管理和品质控制提供数据支持。
综上所述，液位传感器通过测量液体和气体的接触界面位置来确定液位的高度，具有液位监测、控制和报警、自动化控制、安全保护以及数据记录与分析等功能。
液位控制系统毕业论文液位控制系统毕业论文引言液位控制系统是工业自动化领域中常见的控制系统之一。
它的主要功能是根据液体的实时液位信息，通过控制阀门或泵等装置，实现对液体液位的精确控制。
液位控制系统在化工、石油、食品等行业中得到广泛应用，对提高生产效率、降低安全风险具有重要意义。
本篇论文将对液位控制系统的原理、设计与应用进行深入研究和分析。
一、液位控制系统的原理液位控制系统的原理基于液位传感器的测量技术。
常见的液位传感器包括浮球式、压力式和电容式等。
浮球式液位传感器通过浮子的浮沉来感知液位高低，压力式液位传感器则通过测量液体对传感器的压力变化来确定液位。
电容式液位传感器则是通过测量电容的变化来反映液位的变化。
液位控制系统的工作原理可以简单描述为：液位传感器感知液位的变化，并将信号传递给控制器；控制器根据设定的目标液位，通过控制阀门或泵等执行器来调整液位。
这一过程需要涉及到信号采集、信号处理、控制算法和执行器控制等多个环节。
二、液位控制系统的设计液位控制系统的设计需要考虑多个因素，包括控制精度、响应速度、稳定性和可靠性等。
其中，控制精度是指系统输出与设定值之间的偏差，响应速度则是指系统对液位变化的迅速程度。
稳定性是指系统在长时间运行中的抗干扰能力，而可靠性则是指系统在各种环境条件下的正常工作能力。
液位控制系统的设计需要根据具体的应用场景来确定。
在化工行业中，由于液体的性质多变，设计师需要考虑液体的温度、压力、粘度等因素对系统的影响。
在石油行业中，由于液位控制系统通常需要应对高温、高压等极端环境，设计师需要选择适合的材料和技术来保证系统的可靠性。
在食品行业中，设计师还需要考虑食品安全和卫生要求，确保系统不会对食品质量产生负面影响。
三、液位控制系统的应用液位控制系统在工业生产中有着广泛的应用。
在化工行业中，液位控制系统可以用于控制反应釜中液位的变化，确保反应过程的稳定性和安全性。
在石油行业中，液位控制系统可以用于储罐的液位控制，避免液位过高或过低带来的安全隐患。
液位控制系统实验报告液位控制系统实验报告引言液位控制系统是工业生产过程中非常重要的一部分。
它能够确保液体在容器内的合适水平，以保持生产的稳定性和安全性。
本实验旨在研究液位控制系统的原理和性能，并通过实际操作来验证其有效性。
一、实验目的本实验的主要目的是探究液位控制系统的工作原理，了解液位传感器的原理和使用方法，并通过实验验证控制系统对液位的准确控制能力。
二、实验材料与方法1. 实验材料：- 液位传感器- 控制器- 液位计- 液体容器- 液体样品2. 实验方法：- 将液体样品倒入容器中，并确保液位计准确测量液位。
- 将液位传感器安装在容器内，确保其与液体接触并能准确测量液位。
- 将传感器与控制器连接，并设置控制器的参数。
- 启动控制器，观察液位控制系统的工作过程，并记录数据。
- 根据实验结果分析液位控制系统的性能。
三、实验结果与分析在实验过程中，我们成功地搭建了液位控制系统，并进行了一系列实验。
通过观察和记录数据，我们得出了以下结论：1. 液位传感器的准确性：实验结果表明，液位传感器能够准确地测量液体的高度，并将其转化为电信号输出。
传感器的准确性对于控制系统的稳定性和精度至关重要。
2. 控制器的响应速度：我们发现，控制器对液位变化的响应速度非常快。
一旦液位发生变化，控制器会立即调整输出信号，以保持液位在设定范围内。
这种快速的响应能力确保了液位的稳定性。
3. 控制系统的稳定性：在实验过程中，我们对液位进行了多次调节，并观察了系统的稳定性。
结果显示，控制系统能够在短时间内稳定液位，并且在设定范围内保持液位的波动较小。
这证明了液位控制系统的稳定性和可靠性。
四、实验总结通过本次实验，我们深入了解了液位控制系统的工作原理和性能。
我们发现，液位传感器的准确性和控制器的响应速度对于控制系统的稳定性和精度至关重要。
此外，我们还验证了液位控制系统的稳定性和可靠性。
然而，本实验仅仅是对液位控制系统的初步研究，还有许多方面可以进一步探索。
液位的检测报告论文姓名：石兵专业：应用电子班级：电子一班学号：1004061062011/12/26液位的检测论文摘要液体液位的检测在工业生产、野外勘测、医疗检查和船舶航行中广泛地使用，国内外采用的电子化和数字化等自动化检测技术和手段，以提高检测的准确性，随着科技的发展，检测技术更趋向于智能化。
液位的检测有浮体式、电容式、电极式和超声波法等多种检测方法。
关键词液位、传感器、灵敏度、频率、温度。
液位检测的分类：一、接触式液位传感器1.浮体式。
浮体传感器主要分为浮筒式和浮子式。
其工作原理：一般情况下是浮体与某个测量机构相连来实现测量。
如重锤或内置若干个干簧继电器的不锈钢管，浮体的浮体的运动被重锤或对应位置上的干簧继电器转换为相应的也液位。
使用范围为:清洁液体的连续式检测与开关的液位检测.2. 电容式。
其工作原理：是利用液位的变化会引起其导电率的变化，从而转换成电容值发生变化的检测装置.使用范围为:腐蚀性液体、沉淀液体和其他化工工液体液位的检测。
3、差压式。
其工作原理：利用液体的压强原理，在液体底部检测底压强和标准大气压的压差来检测，用固态压阻传感器作为检测压差的核心部件。
使用范围为: 适用于液体密度均匀、底部固定条件下的液位检测。
4、直流电极式。
其工作原理：利用液体的导电特性，将导电液体的液面升高转换为电路的开关闭合，该开关信号直接或经由一个简单电路传给后续电路。
使用范围为: 适用于导电液体密度均匀、底部固定条件下的液位检测。
5、光线液位式。
其工作原理：利用光导纤维中光在不同介质中传输特性的改变对液位进行检测。
使用范围为: 适用于任何液体的液位高度的检测与控制，特别适用于易燃、易爆、腐蚀性的液体检测。
6、雷达液位变送器。
其工作原理：主要由雷达探测器（一次表）和雷达显示仪（二次表）组成。
雷达探测器主要由主体、连接法兰和天线三部分组成。
天线分为喇叭型和直接与波导管连接两种形式。
雷达显示仪提供连接上位计算机的RS-485接口，可以传递液位等参数及报警信号，亦可通过上位计算机对智能雷达显示仪进行控制。
液位控制系统工作原理
液位控制系统是一种自动化控制系统，用于监测和维持液体的特定液位。
其工作原理通常包括以下几个主要步骤：
1. 传感器检测液位：系统中安装有液位传感器，用于测量液体的实际液位。
传感器可以是浮子式、压力式、超声波式等不同类型。
2. 信号传输：传感器将检测到的液位信号转化为电信号，并将其传输给控制器。
传输方式可以是模拟信号传输或数字信号传输。
3. 信号处理：控制器接收到传感器传输的信号后，进行信号处理和分析，以确定液位是否达到设定值。
处理方法可以包括滤波、放大、数值计算等。
4. 控制决策：根据信号处理结果，控制器判断液位是否达到设定值或允许的范围。
如果液位过高或过低，控制器将做出相应的控制决策。
5. 控制执行：根据控制决策，控制器将通过执行器控制液位的变化。
执行器可以是电动阀门、泵或其他控制设备。
控制器向执行器发送命令，使其调节流量或流动方向，从而达到控制液位的目的。
6. 反馈调整：系统将实时监测液位的变化，并对实际液位与设定值之间的差异进行反馈调整。
通过反馈机制，系统可以实现
自动修正控制，以实现精确控制液位的目标。
整个工作原理实际上是一个闭环控制过程，通过不断检测、传输、处理和控制，实现对液位的自动监测和调节。
这种液位控制系统广泛应用于各种工业领域，如化工、石油、电力等，以提高生产安全性和效率。
