振动式物位检测系统的设计研究

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振动式物位检测装置是一种利用压电振动效应原理制成的新型物位传感器,因其能解决在蒸汽、粉尘、泡沫和电磁干扰等恶劣环境下一般仪表无法使用的难题,且在品质、价格上受用户青睐。本文对振动式物位检测装置行业发展状况、课题研究意义及目前存在问题进行了简述,介绍了压电悬臂梁及振动学有关理论基础。
  文章基于振动测量基本原理,设计了一种以直棒探头为感知元件的检测系统总体技术方案,并对系统的硬件电路和软件程序进行详细论述。系统采取直棒探头+控制器+个人计算机的架构,首先以STM32F103RCT6低功耗芯片为核心设计了控制器的硬件电路,构成了系统下位机模块,实现驱动、检测处理、显示以及通过RS485或无线通信数据传输等功能,并对该硬件设计进行了详细论述、改进和相关参数的计算说明。同时基于该硬件基础,完成了系统软件编程工作,对部分程序进行了介绍,包括AD采集、LMS自适应滤波、通信协议以及采用Qt设计的与该装置配套的上位机界面等。然后为了削弱系统的迟滞特性,研究了基于模糊PID的补偿算法,并经Matlab仿真验证了补偿算法的可行性,为系统精度的提高带来理论依据。最后对系统进行了测试和实验工作,先进行各模块功能测试,然后对系统进行数据稳定性、线性度误差、灵敏度和重复精度的测试研究,实验表明,系统达到预期性能指标。
  本文成果为后续振动式物位监测系统的发展提供一定的研究基础,且具有很好的应用价值,使用该装置不仅降低了对测量环境的要求,而且提出通过利用Qt设计友好的人机交互界面从而实现对容器内物位的远距离有效监控,降低了值守人员在恶劣工业环境下的风险程度。
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