非接触式激光料位检测系统的设计

表4数据统计结果均　值标准差变异系数I p(kA)121170116113%t1(μs)211401063219%最大值,t1为第一半波时间长度。

实验表明,随着放电能量的加大,PPT放电电流变大,放电时间增加。

无论是峰值电流还是半波时间等波形参数,其变异系数都≤±3%,这说明该测量系统状态稳定,重复性好。

5　结论针对PPT放电电流的特点,设计了一种Ro2 gowski线圈测量系统,该系统能准确采集PPT工作过程中产生的脉冲电流信号波形,具有良好的测量特性。

对电流最大值和时间参数的测量,准确性和重复性都能较好地满足测量要求,波形失真较小,为PPT放电电流的测量提供了一种可靠的手段。

参考文献[1]华中工学院、上海交大合编1高电压试验技术[M]1北京:水利电力出版社,1983:303～305[2]J1Wey,D1Eckenfels,C1G authier,et al1High Accuracy Measure2ments on Railguns[J]1IEEE Trans on Magnetics11995,31(1): 764～769[3]谭北华1一种同轴脉冲等离子体微推力器的研制与测试[D]1中国科学院研究生院,2003[4]J1D1Ramboz1Machinable Rogowski Coil,Design,and Calibration[J]1IEEE Trans on Instrumentation11996,45(2):511～515 [5]张红岭,王海明,郑绳楦1Rogowski线圈的结构与电磁参数的研究[J]1高电压技术12006,32(6)[6]黄浩,陆继明,毛承雄,李维波1Rogowski线圈结构参数仿真研究[J]1电力系统及其自动化学报12004(3)[7]Donald G1Pellinen1Rogowski Coil for Measuring Fast,High-lev2el Pulsed Currents[J]1Review of Scientific Instruments11980,51(11):1535～1540[8]G B/T168961-20051高电压冲击测量仪器和软件———第1部分:对仪器的要求[S][9]IEC61000-4-51Electromagnetic compatibility(EMC)-Part4-5:Testing and measurement techniques-Surge immunity test [S]非接触式激光料位检测系统的设计常凤筠1　崔旭东2(11辽宁科技大学电子与信息学院,鞍山114044;21鞍山师范学院计算中心,鞍山114005)摘　要　目前采用传统接触式方法检测料位存在各种问题,开发一种非侵入式的料位检测方法具有重要的实用价值。

研究了基于激光料位的检测系统原理,该系统由单片机通过串口控制两个激光传感器同时发射激光,激光到达物料位置后反射回激光传感器,通过单片机计算出料位。

该系统结构简单、性能可靠,测量精度较高,弥补了传统测量方法存在的问题。

关键词　激光;测距;料位;料仓0　引言在物位测量中,接触式测量是过去测量物位的主要手段,由于测量时仪表和物料是接触的,在使用过程中往往会出现各种问题,如电容的挂料,音叉的堵料等。

非接触式的物位测量始于上世纪90年代,除了雷达式传感器、超声波传感器外,另外一种非接触式测量技术是激光测距传感器。

激光测距传感器可用于危险场所非接触物位测量,可以测量所有液体和固体的物位,测量精度高,传感器与物料不直接接触,安装维护方便,价格便宜,激光不受光线、物料的影响。

激光测距广泛用于测量腐蚀性和侵蚀性及性质易变的物位。

利用激光测距原理简单,通过测量激光往返目标所需时间来确定目标距离,使它成为距离检测的主要手段。

1　料位测距系统111　料位测距系统组成激光料位测距系统的组成如图1所示。

该系统选用了由瑞士莱卡公司生产的DL S-A15型激光测　测量与设备　计量技术20081No3・13　・距传感器。

DL S -A 激光测距传感器是新一代的测距设备,该设备拥有许多卓越的性能,是一种当前最为先进的经济型在线位置检测系统,具有惊人的测试精度和极高的稳定性。

由于是通过发射激光束至目标物体,利用反射光束精确计算距离,因此在不加反射靶的情况下,也可达到很远的检测距离,而且对目标物体的尺寸面积比超声波要求的面积小得多,使得对远距离的小尺寸物体位置检测成为可能。

DL S -A15型激光测距传感器可广泛应用于工业液位、料位、生产线料坯传送定位,其位置数据还可传送到远程监控终端,是工业自动化和生产智能管理的理想仪器,测量精度达±115mm ,单次测距输入指令为g <trm >,返回数据成功为311106+xxxxxxxx <trm >。

图1　激光料位测距系统的组成框图硬件主要采用W77E58单片机,通过自身的两个串行通信口同时发测距命令,利用激光测距传感器DL S -A15进行料位实际距离的测量。

其它的功能运算、数据处理等均由软件程序完成。

112　料位测距系统原理激光测距应用于高达20m 、直径达10m 的大型储料桶(如水泥厂、矿厂的储料桶)的料位测定,利用激光的非合作目标相位测距法,采用多点测量,每点测量多次,用其平均值作为计算物料量的参数,从而测出料位距桶顶的距离。

该系统容易安装维护、效率高,所采用的探测介质对人体和环境无害,是一种理想的料位检测方法。

用单片机控制两个激光测距传感器,从而构成物位测量系统,能够测量一次距离和多次距离,以及进行时间和料位距离显示。

在料仓的料位测量中,两个激光测距传感器分别安装在料仓上方的不同位置,图2为实际料仓料位进行测量的示意图。

应用激光测距传感器在空气中的定向传播和固体反射特性计算传播距离,从而得到测量系统到物料的距离。

图2中,d 为料仓的总高度,两个激光测距传感器测出的距离分别为h 1、h 2,由单片机求出平均值h ,即为物料与料仓口的距离,从而可以得出料位的高度H 。

H =d -h图2　料仓料位测量示意图本设计主要是利用W77E58单片机和RS232C串行通讯通过按键分别向两个激光测距传感器(DL S -A15)同时发测距命令(“g \n ”),传感器接收此命令并对被测料仓物体发射一束光信号,经反射回的光信号在传感器内部被转换为一序列号码,若成功返回代码为311106+xxxxxxxx ,然后再经RS232C 串行通讯将返回的数据发送到W77E58。

W77E58将串行口传来的数据求平均值即为料仓的料位,并通过MAX7219芯片驱动L ED 显示器实时显示被测料仓的料位。

2　通讯电路设计过程通讯电路主要完成电平的转换与信息的传递。

本系统的通讯电路为单片机与激光测距传感器之间的通信,而单片机与传感器之间的通信主要是依靠单片机的串行通信功能得以实现。

DL S -A 激光传感器的接口为D 型接口,本系统选用RS232作为与单片机相连的接口,连接图如图3所示。

W77E58单片机的片内串行口是两个全双工的异步串行通信接口,可以同时发送和接收数据,串行　测量与设备　・14　・计量技术20081No 3图3　DL S -A 激光传感器与单片机连接图口的接收和发送都是通过对特殊功能寄存器SBU F 的访问实现。

CPU 对SBU F 执行写操作即可发送数据,CPU 对SBU F 执行读操作即可接收数据。

本设计通过单片机向传感器发送测距命令“g/n ”来完成发送数据,即单片机通过判断测距命令字符数组“g/n ”中的字符是否等于‘/n ’来确定发送是否结束,如两个字符相等则发送测距命令完成,并将送到图4　发送子程序流程图数据缓冲器SBU F 中通过串行口的TXD 给激光测距传感器的RXD 接收。

接收方案通过判断串行通信控制器SCON 的接收中断结束标志RI 来实现对返回数据的接收。

即本系统通过判断接收是否超时,如超时则重新发测距命令;不超时则接收数据并判断第一个接收的是否是3,如是3则先让出6个标志位“311106”,再接收8位数据位,但是本系统中最大距离是m 且精确到1/10mm ,所以有效数是从第2位至第6位,通过程序将其分离出来后的5位数(10m 、m 、dm 、cm 、mm )为测得的距离值。

3　测距程序设计思想此部分程序主要完成测距功能,并把单片机所测得的距离求平均值,进行数码显示。

发送子程序流程图及测实际距离getlength ()程序流程图如图4、5所示。

图5　测实际距离getlength ()程序流程图4　结论基于激光的料位检测系统,通过与单片机相配合的电路设计实现对料位的测量,由软件实现对测量距离的计算,并由液晶屏显示出结果。

该系统具有测量精度高,运行可靠等特点。

参考文献[1]Dimetix A G 公司上海服务中心1Distance Laser Sensor TechnicalReference Manual[DB/OL ]1http ://www 1dimetix 1com 1cn/prod 2ucts/solutions 1htm ,2005-05-09[2]马忠梅,籍顺心,张凯,马岩1单片机的C 语言应用程序设计[M ]1北京:北京航空航天大学出版社,2001[3]高稚允,高岳1光电检测技术[M ]1北京:国防工业出版社,1997[4]张承铨1国外军用激光仪器手册[M ]1北京:兵器工业出版社,1989　测量与设备　计量技术20081No 3・15　・。