一種液位監(jiān)測裝置及方法
【專利說明】一種液位監(jiān)測裝置及方法
[0001]
技術領域
[0002]本發(fā)明涉及監(jiān)測技術領域，更具體的涉及一種液位監(jiān)測裝置及方法。
【背景技術】
[0003]農(nóng)用植保無人機將無人直升機技術施藥技術相結合，具有尺寸小、無需專用機場、操控靈活、可在田間地頭起降、下洗氣流可提升靶標著藥效果等優(yōu)點，非常適用于中、小田塊的病蟲害防治或大田塊局部精準施藥，目前越來越受到社會各界的關注。
[0004]藥箱是農(nóng)用植保無人機的作業(yè)關鍵部件，在作業(yè)過程中，藥箱中的藥量是動態(tài)變化的，如何根據(jù)藥箱的藥量調(diào)整農(nóng)用植保無人機的飛行操控策略，是地面飛控手時刻關注的重要信息。特別是在超視距飛行和自動駕駛飛行作業(yè)中，藥箱藥量與電池電量的優(yōu)化搭配、藥箱藥量用盡后的斷點續(xù)航等，更需要精確掌握藥箱藥量信息，否則容易出現(xiàn)頻繁起降、電池損耗大、作業(yè)效率低下和漏噴等不利現(xiàn)象。
[0005]藥箱液位的監(jiān)測是獲得藥箱中藥量信息的方法之一。農(nóng)用植保無人機作業(yè)過程中，藥箱液位的測量有如下特點:
1、農(nóng)用植保無人機作業(yè)過程中，陣風等環(huán)境因素干擾、地頭調(diào)頭等特殊工況較多，在這些特殊工況出現(xiàn)時，藥液由于慣性作用，其行駛方向和垂直方向受力都比較大，產(chǎn)生震蕩效應，因此液面易出現(xiàn)較劇烈的波動；
2、植保作業(yè)對象的多樣性，決定了農(nóng)藥或助劑的多樣性，而不同類型的農(nóng)藥或助劑導致藥箱中液體的濃度、粘度、導電特性等理化特性各異；
3、農(nóng)用植保無人機載荷有限使得農(nóng)用植保無人機藥箱結構非常緊湊，液面上方留空非常少，且藥箱的體積通常較小，同時也要求使用的液位監(jiān)測裝置不宜過大和過重，且功耗要非常?。?br> 4、農(nóng)藥或助劑通常都具有一定腐蝕性，要求液位監(jiān)測裝置具有一定的抗腐蝕和抗污染能力。
[0006]近年來，隨著科技的發(fā)展，液位檢測技術也向著檢測速度更快、檢測精度更高、檢測裝置的使用壽命更長、檢測裝置的性價比更好的方向發(fā)展?，F(xiàn)有可考慮用于農(nóng)用植保無人機藥箱液位監(jiān)測的裝置主要有差壓式液位測量、浮體式液位測量、電容式液位測量、電極式液位測量、超聲波液位測量、激光液位測量、光電式液位測量等方式，但上述測量方式各有優(yōu)缺點，較難滿足農(nóng)用植保無人機藥箱液位監(jiān)測的需要，分析如下:
差壓式液位測量的原理是根據(jù)測量到的液柱的重量間接反映液位，常用于常溫常壓且精度要求不高的場合的液位監(jiān)測。缺點:(I)取樣系統(tǒng)復雜，連接管路長，閥門較多，易堵塞或泄露；(2)由于變送器感應的是微差壓，任何輕微泄露，都將嚴重影響液位測量，而對于真空系統(tǒng)，輕微的泄漏往往不易被察覺；(3)投用時麻煩，須在變送器引壓管中注滿水或等水蒸氣凝結充滿引壓管后才能準確投用；(4)測量的綜合誤差較大，變送器測量微差壓的精度有限，再加上取樣管路中液柱的不穩(wěn)定等因素致使實際測量的綜合誤差較大。
[0007]浮體式液位測量主要分為浮筒式與浮子式兩種，其中鋼帶浮子式液位傳感器是浮體式液位測量中最常見的類型，它由一根不銹鋼管和一個空心球組成，不銹鋼管內(nèi)部裝有若干個干簧繼電器，空心球內(nèi)裝有一塊永磁鐵，當空心球隨著液位上下運動時，磁鐵作用于繼電器，從而產(chǎn)生相應的液位信號。該方式結構簡單，成本低。但由于鋼絲繩與滑輪間存在滑動摩擦力，回位誤差較大，特別是在鋼絲繩和滑輪生銹的情況下，回位誤差更大甚至失效。浮體式液位測量一般用于靜止固定的水箱液位測量。
[0008]超聲波液位測量是由微處理器控制的一種非接觸式液位測量方式。在測量中，由傳感器(換能器)發(fā)出脈沖超聲波，超聲波經(jīng)液體表面反射后被同一傳感器接收，轉換成電信號，通過聲波的發(fā)射和接收之間的時間差來計算傳感器到被測物體之間的距離。該方式的優(yōu)點包括:可實現(xiàn)非接觸測量，能用于腐蝕性液體、高粘性液體、有毒性液體等液位的測量。但超聲波液位測量方式也有許多局限:I)必須用于能充分反射聲波且傳播聲波的對象，不宜用于含氣泡和含固體顆粒的液體中；2)超聲波的傳播速度受傳播介質(zhì)的密度、壓力、溫度等因素影響，例如密閉容器內(nèi)揮發(fā)性液體的液位測量，由于容器內(nèi)氣體聲速可能與空氣中的聲速不同，從而帶來較大的測量誤差，要實現(xiàn)較高的精度，需要對測量方法進行相對較復雜的修正，從而提高了測量裝置的成本;3)揮發(fā)性的液體會在超聲波探頭表面凝結，阻擋聲波的收發(fā)，影響測量精度，嚴重時造成失效;4)超聲波液位測量中，在發(fā)射超聲波脈沖時，不能同時檢測反射回波，而且發(fā)射的超聲波脈沖具有一定的時間寬度，同時發(fā)射完超聲波后傳感器還有余振，期間不能檢測反射回波，因此從探頭表面向下開始的一小段距離無法正常檢測，這段距離是超聲波測量時存在固有的盲區(qū)，通常測量盲區(qū)為0.25m~0.Sm，被測的最高物位如進入盲區(qū)，儀表將不能正確檢測，因此，超聲波傳感器的安裝位置與被測液面之間需保持一段距離，進行加高安裝，而且無障礙物，此外，對于液面劇烈波動的液體，超聲波測量時時，易與液體接觸，造成超聲波模塊不能正常工作。超聲波液位測量方式適用于液面較為平穩(wěn)、液面上方留空較多的測量場合。
[0009]激光液位測量方式與超聲波液位測量方式類似，屬于非接觸式液位測量方式，采用激光測距的原理對液面位置進行探測也存在與超聲波液位測量方式類似局限，例如:激光發(fā)射和接收部件的最前端到被測容器的外表面最小距離為0.5米以上;激光光束在物料表面的反射點應該是沒有波紋，漣漪和反射物;對于液面劇烈波動的液體，易造成激光探測頭污染而失效等。
[0010]電容式液位測量方式根據(jù)被測量容器電容的變化來測量液面的高度。其測量原理如下:一根金屬棒插入盛液容器內(nèi)，金屬棒作為電容的一個極，容器壁作為電容的另一極；兩電極間的介質(zhì)即為液體及其上面的氣體，通過兩電極間的電容量的變化來測量液位的高低。該測量方式具有結構簡單、安裝方便、成本低等特點。但該測量方式在實際應用中存在如下局限:I)必須確保容器中兩電極間介質(zhì)的介電常數(shù)恒定才能保證電容式液位測量方式的準確度，因此，當容器中液體晃動或出現(xiàn)氣泡時，易產(chǎn)生虛假液位信息而影響測量準確度;2)金屬棒電極要有絕緣層覆蓋，且與容器的距離必須保證相對固定，否則會出現(xiàn)測量不穩(wěn)定現(xiàn)象;3)若被測量液體是粘性的液體，當由于晃動使液位由高到低回落的時候，粘性的液體會在測桿上面留下殘液，形成掛料層，由于液位計無法自動識別掛料層的存在，掛料層的電容量也會計入代表液面高度的總體電容量中，造成虛假液位，給液位測量帶來很大誤差。
[0011]電極式液位測量方式是利用液體的導電特性將導電液體的液面升高與電極接通視為電路的開關閉合，該信號傳給后續(xù)處理電路，從而獲得液位信息，該測量方式屬于點液位測量。該測量方式的優(yōu)點是結構簡單、成本低。但由于電極式液位測量方式是分段的開關量輸出，測量的液位數(shù)據(jù)點數(shù)與電極的個數(shù)相關，無法獲得連續(xù)的液位變化信息;此外，使用電極式液位測量方式的前提條件是液體導電且不容易被電引燃，進一步使該測量方式在許多應用場合受到限制。
[0012]光電式液位測量方式基于光學全反射和折射原理，采用光電信號進行液位測量。測量裝置包含一個近紅外發(fā)光二極管和一個光敏接收器，發(fā)光二極管所發(fā)出的光被導入傳感器頂部的透鏡。當透鏡沒有接觸液體時，發(fā)光二極管發(fā)出的光直接從透鏡接近全反射回接收器；當液體浸沒光電液位測量裝置的透鏡時，光折射到液體中，從而使接收器收不到或只能接收到少量光線;光電液位測量裝置根據(jù)該變化，判斷傳感探頭是否接觸到液面，驅動相應的控制電路動作，例如控制步進電機的運動方向，從而帶動傳感探頭跟蹤液面的變化，實現(xiàn)液位信息的測量。如果上述光信號采用光纖作為傳輸媒介，又稱為光纖液位測量方式。該測量方式具有抗電磁干擾、適用于易燃易爆環(huán)境等特點，但不能用于探測易在探頭表面形成粘著物的液體的液位，此外，由于需要額外的探頭驅動裝置，帶來了整個監(jiān)測裝置的重量、體積和復雜度增加等問題。
[0013]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術所述的至少一種缺陷(不足)，提供一種適用于植保無人機藥箱的液位監(jiān)測裝置，另外還提供一種液位監(jiān)測方法。
[0015]為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案如下:
一種液位監(jiān)測裝置，其特征在于，包括液位監(jiān)測端、校正數(shù)據(jù)輸入模塊和液位監(jiān)控器；液位監(jiān)測端包括壓力監(jiān)測器和空心管，所述壓力監(jiān)測器包括一殼體，所述殼體內(nèi)設有一密閉氣室，所述密閉氣室與所述空心管相連通;所述密閉氣室內(nèi)設有壓力傳感器，所述壓力傳感器用于檢測密閉氣室內(nèi)的氣壓。
[0016]所述壓力監(jiān)測器還包括電源模塊一、存儲器模塊一、微型控制模塊一和通信模塊一，所述微型控制模塊一分別與壓力傳感器、校正數(shù)據(jù)輸入模塊、存儲器模塊一和通信模塊一相連；電源模塊一用于給壓力監(jiān)測器供電；通信模塊一用于壓力監(jiān)測器的數(shù)據(jù)輸入和輸出。
[0017]所述液位監(jiān)控器包括電源模塊二、顯示模塊、通信模塊二、存儲器模塊二、微型控制模塊二;所述微型控制模塊二分別與顯示模塊、通信模塊二和存儲器模塊二相連；電源模塊二用于給液位監(jiān)控器供電;通訊模塊二用于液位監(jiān)控器的數(shù)據(jù)輸入和輸出。
[0018]所述通信模塊一與通信模塊二通訊連接。
[0019]進一步的，作為優(yōu)選技術方案，所述校正數(shù)據(jù)輸入模塊包括空箱校正鍵和滿箱校正鍵;空箱校正鍵用于向微型控制模塊一提