一种储罐液位智能计量装置及其计量方法与流程

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1.本发明涉及的是石油石化行业油品储罐液位计量装置，具体涉及的是一种储罐液位智能计量装置及其计量方法。


背景技术：
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2.在石油与天然气领域，油品储罐液位计量包括气
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液界面和油
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水界面，集石油工程技术、计算机技术、电子技术和自动化控制技术为一体。对储罐液位精确计量可为生产和管理提高可靠的数据，如果仪器失准或失效会造成利益纠纷或经济损失，甚至会引起重大人员伤亡的安全事故。因此，用于储罐液位计量装置的准确性就显得尤为重要。
3.目前，油田在用的美国honeywell公司便携式电子液位计
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油水界面仪采用手动下入卷尺方法，听到气
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液界面和油
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水界面报警声后停止下入卷尺，并进行人工读数。该装置存在工作效率低、劳动强度大，恶劣天气条件下不利于操作，人工读数主观因素影响大、计量结果精度不高，以及数据记录不便、易于丢失等问题。


技术实现要素：
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4.本发明的一个目的是提供一种储罐液位智能计量装置，这种储罐液位智能计量装置用于解决现有技术中，油品储罐液位计量时需要手动下放卷尺及人工读数，存在的工作效率低、劳动强度大的问题；本发明的另一个目的是提供这种储罐液位智能计量装置的计量方法。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种储罐液位智能计量装置包括外壳、人工交互模块、供电模块、卷尺模块、传感器模块、微处理器、目标检测算法模块，人工交互模块包括校零开关、电源开关和oled计量结果显示器；供电模块包括聚合物电芯、电源开关指示灯、电源显示屏和充电接口；卷尺模块包括卷尺、重锤、正反转马达和可变焦距高清摄像头；传感器模块包括光电液位传感器、高精度电容式传感器以及led警报灯、蜂鸣器；微处理器包括人工交互电路和液位传感器电路；目标检测算法模块包括ai图像识别、数据存储和传输；
6.卷尺、正反转马达和可变焦距高清摄像头设置于外壳内，正反转马达驱动卷尺转动，卷尺的自由端从外壳伸出与重锤固定连接，重锤的底面设置两个安装孔，两个安装孔内分别安装光电液位传感器和高精度电容式传感器，重锤沿长度方向设置中心孔，中心孔通过两个水平孔分别与两个安装孔相通，卷尺采用杜邦etfe涂层，且卷尺背面置入两根电线和两根信号线，两根电线和两根信号线从卷尺自由端伸出的部分进入中心孔后分成两组，每组有一根电线和一根信号线，两组分别经水平孔与光电液位传感器和高精度电容式传感器连接；可变焦距高清摄像头置于卷尺正上方，拍摄卷尺刻度，提供给目标检测算法模块；校零开关、马达正转开关、马达反转开关、电源开关设置于外壳上，oled计量结果显示器、电源开关指示灯、电源显示屏、充电接口led警报灯、蜂鸣器均设置于外壳上；
7.液位传感器电路通过光电液位传感器检测气
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液界面，实现马达正转控制电路断
开以及led警报灯、蜂鸣器和可变焦距高清摄像头电路闭合；液位传感器电路通过高精度电容式传感器检测油
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水界面，实现马达正转控制电路断开以及led警报灯、蜂鸣器和可变焦距高清摄像头电路闭合。
8.上述方案中人工交互电路通过校零开关实现校零控制电路的闭合、断开；电源开关实现马达正转和反转控制电路的闭合、断开。
9.上述方案中目标检测算法模块的ai图像识别利用ssd目标检测模型对可变焦距高清摄像头拍摄的计量结果进行数据读取、像素计算，并输出计量结果；数据存储和传输利用存储芯片对计量结果进行长期存储和无线传输。
10.上述方案中卷尺经涨紧轮后，从外壳伸出，通过涨紧轮使卷尺保持涨紧。
11.上述储罐液位智能计量装置的计量方法：
12.测量前，按下校零开关，进行校零，保证准确度；
13.开始测量时，按下马达正转开关，卷尺在正反转马达的机械能和重锤的位能作用下，沿着竖直方向自动下放，当置于重锤下端的光电液位传感器检测到气
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液界面时，马达正转电路断开，气
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液界面led警报灯和气
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液界面蜂鸣器电路连通，发出报警；与此同时，可变焦距高清摄像头电路连通，拍摄检测气
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液界面时卷尺的刻度，利用ssd目标检测模型计算气
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液界面高度，并由oled计量结果显示器显示计量结果；
14.继续测量时，按下马达正转开关，卷尺在正反转马达的机械能和重锤的位能作用下，沿着竖直方向自动下放，当置于重锤下端的高精度电容式传感器检测到油
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水界面时，马达正转电路断开，油
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水界面led警报灯和油
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水界面蜂鸣器电路连通，发出报警；与此同时，可变焦距高清摄像头1电路连通，拍摄检测油
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水界面时卷尺的刻度，利用ssd目标检测模型计算气
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液界面高度，并由oled计量结果显示器显示计量结果。
15.本发明具有以下有益效果：
16.1、本发明可通过电源开关控制正反转马达正转、反转和停止，实现卷尺自动下放和回收功能，降低人工劳动强度，提高工作效率。
17.2、本发明可通过光电液位传感器、高精度电容式传感器实现智能检测气
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液界面和油
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水界面，可在恶劣天气条件下计量储罐液位，减少人为因素造成的储罐液位计量误差。
18.3、本发明可利用ssd目标检测模型计算储罐液位计量结果，结果更准确，精度也更高。
19.4、本发明可对计量结果实现长期储存和无线传输，避免人工记录不便和数据丢失。
附图说明：
20.图1为本发明的结构示意图。
21.图中：1
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可变焦距高清摄像头；2
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卷尺；3
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校零开关；4
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马达正转开关；5
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马达反转开关；6
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电源开关；7
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正反转马达；8
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电源开关指示灯；9
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气
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液界面led警报灯；10
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油
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水界面led警报灯；11
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气
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液界面蜂鸣器；12
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油
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水界面蜂鸣器；13
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电源显示屏；14
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oled计量结果显示器；15
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充电接口；16
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聚合物电芯；17
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重锤；18
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光电液位传感器；19
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高精度电容式传感器；20
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外壳；21
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涨紧轮；22
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把手。
具体实施方式：
22.下面结合附图对本发明做进一步的说明：
23.如图1所示，这种储罐液位智能计量装置包括外壳20、人工交互模块、供电模块、卷尺模块、传感器模块、控制电路模块和目标检测算法模块。人工交互模块包括校零开关3、电源开关6和oled计量结果显示器14；供电模块包括聚合物电芯16、电源开关指示灯8、电源显示屏13和充电接口15；卷尺模块包括卷尺2、重锤17、正反转马达7和可变焦距高清摄像头1；传感器模块包括光电液位传感器18、高精度电容式传感器19以及led警报灯、蜂鸣器；控制电路模块包括人工交互电路和液位传感器电路；目标检测算法模块包括ai图像识别、数据存储和传输。
24.卷尺2、正反转马达7和可变焦距高清摄像头1设置于外壳20内，正反转马7达驱动卷尺2转动，卷尺2的自由端从外壳20伸出与重锤17固定连接，外壳20与重锤17之间设置涨紧器21，卷尺2通过涨紧器21涨紧，重锤17的底面设置两个安装孔，两个安装孔内分别安装光电液位传感器18和高精度电容式传感器19，重锤17沿长度方向设置中心孔，中心孔通过两个水平孔分别与两个安装孔相通，卷尺2采用杜邦etfe涂层，且卷尺2背面置入两根电线和两根信号线，两根电线和两根信号线从卷尺2自由端伸出的部分进入中心孔后分成两组，每组有一根电线和一根信号线，两组分别经水平孔与光电液位传感器18和高精度电容式传感器19连接。校零开关3、马达正转开关4、马达反转开关5、电源开关6设置于外壳20上，oled计量结果显示器14、电源开关指示灯8、电源显示屏13、充电接口、led警报灯、蜂鸣器均设置于外壳20上，外壳20具有把手22。
25.人工交互模块的校零开关3实现装置计量前的校零功能；电源开关6控制正反转马达7正转、反转和停止；oled计量结果显示器14显示计量结束后目标检测算法模块提供的计量结果。
26.供电模块的聚合物电芯16为装置提供电能；电源开关指示灯8显示装置的工作状态；电源显示屏13显示聚合物电芯16的剩余电量，提醒及时充电；充电接口15提供为聚合物电芯16充电的端口。
27.卷尺模块的卷尺2为0～99cm刻度制，最小刻度为1mm，用于测试储罐气
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液界面和油
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水界面高度，卷尺2采用杜邦etfe涂层，且背面置入四根用于传感器供电及信号传输的铜线；重锤17与卷尺2一端连接，给卷尺2提供重力，保障卷尺下放过程中竖直向下的方向；正反转马达7与卷尺2另一端连接，给卷尺2提供正转和反转动力，实现卷尺下放和回收功能，即利用正反转马达7的机械能和重锤17的位能自动下放和回收卷尺2；重锤17下端内置光电液位传感器18和高精度电容式传感器19，智能检测气
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液界面和油
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水界面；可变焦距高清摄像头1置于卷尺2上方，测试储罐气
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液界面和油
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水界面处时，拍摄卷尺刻度，提供给目标检测算法模块，利用ssd目标检测模型计算储罐液位计量结果。卷尺模块实现气
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液界面和油
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水界面计量和计量结果拍照。
28.传感器模块的光电液位传感器18检测气
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液界面；高精度电容式传感器19检测油
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水界面；led警报灯和蜂鸣器在气
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液界面或油
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水界面同时激活，实现报警功能。
29.控制电路模块的人工交互电路通过校零开关3实现校零控制电路的闭合、断开；电源控制开关实现马达正转和反转控制电路的闭合、断开。
30.控制电路模块的液位传感器电路通过光电液位传感器18检测气
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液界面，实现马
达正转控制电路断开以及led警报灯、蜂鸣器和可变焦距高清摄像头电路闭合；通过高精度电容式传感器19检测油
‑
水界面，实现马达正转控制电路断开以及led警报灯、蜂鸣器和可变焦距高清摄像头电路闭合。
31.目标检测算法模块的ai图像识别利用ssd目标检测模型对可变焦距高清摄像头1拍摄的计量结果进行数据读取、像素计算，并输出计量结果；数据存储和传输利用存储芯片对计量结果进行长期存储和无线传输，实现计量结果ai图像识别以及自动存储和传输。
32.本发明储罐液位计量结果计算方法：定义真实距离/像素距离为像素比例尺，采用均值法计算像素比例尺。
[0033][0034]
式中：r为像素比例尺；n为卷尺刻度数量；1＜i＜n
‑
1为卷尺相邻刻度间距编号；l
i
为相邻刻度间的真实间距；s
i
为相邻刻度间的像素距离。
[0035]
通过像素比例尺，将像素距离转化为真实距离，采用均值法计算储罐液位计量结果。
[0036][0037]
式中：p为储罐液位计量结果；n为卷尺刻度个数；c
i
为第i个卷尺刻度数值(i∈[0，n])；w
i
为指针和第i个卷尺刻度间的像素距离。
[0038]
本发明利用光电液位传感器18和高精度电容式传感器19实现储罐气
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液界面和油
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水界面智能计量；利用图像识别技术实现计量结果自动读取和存储功能，能够实现储罐液位智能计量，可解决天气不利条件下人工计量不便问题；能够实现计量结果自动读取，可解决因主观因素引起的计量误差问题；装置能够实现计量结果自动存储，可解决计量结果人工记录不便和数据丢失问题。
[0039]
本发明工作时：
[0040]
测试前，按下校零开关3，连通控制电路，对装置进行校零，保证装置的准确度。
[0041]
开始测试时，按下马达正转开关4，卷尺2在正反转马达7的机械能和重锤17的位能作用下，沿着竖直方向自动下放，当置于重锤17下端的光电液位传感器18检测到气
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液界面时，马达正转电路断开，气
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液界面led警报灯9和气
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液界面蜂鸣器11电路连通，发出报警；与此同时，可变焦距高清摄像头1电路连通，拍摄检测气
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液界面时卷尺2的刻度，利用ssd目标检测模型计算气
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液界面高度，并由oled计量结果显示器14显示计量结果。
[0042]
继续测试时，按下马达正转开关4，卷尺2在正反转马达7的机械能和重锤17的位能作用下，沿着竖直方向自动下放，当置于重锤17下端的高精度电容式传感器19检测到油
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水界面时，马达正转电路断开，油
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水界面led警报灯10和油
‑
水界面蜂鸣器12电路连通，发出报警；与此同时，可变焦距高清摄像头1电路连通，拍摄检测油
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水界面时卷尺2的刻度，利用ssd目标检测模型计算气
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液界面高度，并由oled计量结果显示器14显示计量结果。
[0043]
测试结束后，按下马达反转开关5，卷尺2在正反转马达7的机械能作用下回收，按下电源关闭开关，断开正反转马达7电路。
[0044]
在校零和测试工作时，电源开关指示灯8一直处于工作状态，其余时间则处于关闭状态。
[0045]
工作状态时，电源显示屏13显示聚合物电芯16的剩余电量，当电量不足时，通过充电接口15补充电量。

技术特征：
1.一种储罐液位智能计量装置，其特征在于：这种储罐液位智能计量装置包括外壳（20）、人工交互模块、供电模块、卷尺模块、传感器模块、微处理器、目标检测算法模块，人工交互模块包括校零开关（3）、电源开关（6）和oled计量结果显示器（14）；供电模块包括聚合物电芯（16）、电源开关指示灯（8）、电源显示屏（13）和充电接口（15）；卷尺模块包括卷尺（2）、重锤（17）、正反转马达（7）和可变焦距高清摄像头（1）；传感器模块包括光电液位传感器（18）、高精度电容式传感器（19）以及led警报灯、蜂鸣器；微处理器包括人工交互电路和液位传感器电路；目标检测算法模块包括ai图像识别、数据存储和传输；卷尺（2）、正反转马达（7）和可变焦距高清摄像头（1）设置于外壳（20）内，正反转马达（7）驱动卷尺（2）转动，卷尺（2）的自由端从外壳（20）伸出与重锤（17）固定连接，重锤（17）的底面设置两个安装孔，两个安装孔内分别安装光电液位传感器（18）和高精度电容式传感器（19），重锤（17）沿长度方向设置中心孔，中心孔通过两个水平孔分别与两个安装孔相通，卷尺（2）采用杜邦etfe涂层，且卷尺背面置入两根电线和两根信号线，两根电线和两根信号线从卷尺自由端伸出的部分进入中心孔后分成两组，每组有一根电线和一根信号线，两组分别经水平孔与光电液位传感器（18）和高精度电容式传感器（19）连接；可变焦距高清摄像头（1）置于卷尺（2）正上方，拍摄卷尺刻度，提供给目标检测算法模块；校零开关（3）、马达正转开关（4）、马达反转开关（5）、电源开关（6）设置于外壳（20）上，oled计量结果显示器（14）、电源开关指示灯（8）、电源显示屏（13）、充电接口ed警报灯、蜂鸣器均设置于外壳（20）上；液位传感器电路通过光电液位传感器（18）检测气
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液界面，实现马达正转控制电路断开以及led警报灯、蜂鸣器和可变焦距高清摄像头电路闭合；液位传感器电路通过高精度电容式传感器（19）检测油
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水界面，实现马达正转控制电路断开以及led警报灯、蜂鸣器和可变焦距高清摄像头电路闭合。2.根据权利要求1所述的储罐液位智能计量装置，其特征在于：所述的人工交互电路通过校零开关（3）实现校零控制电路的闭合、断开；电源开关（6）实现马达正转和反转控制电路的闭合、断开。3.根据权利要求2所述的可测试岩石温度应力的电脉冲破岩实验装置，其特征在于：所述的目标检测算法模块的ai图像识别利用ssd目标检测模型对可变焦距高清摄像头拍摄的计量结果进行数据读取、像素计算，并输出计量结果；数据存储和传输利用存储芯片对计量结果进行长期存储和无线传输。4.根据权利要求3所述的储罐液位智能计量装置，其特征在于：所述的卷尺（2）经涨紧轮（21）后，从外壳（20）伸出，通过涨紧轮（21）使卷尺（20）保持涨紧。5.根据权利要求4所述的储罐液位智能计量装置的计量方法，其特征在于：测量前，按下校零开关（3），进行校零，保证准确度；开始测量时，按下马达正转开关（4），卷尺（2）在正反转马达（7）的机械能和重锤（17）的位能作用下，沿着竖直方向自动下放，当置于重锤（17）下端的光电液位传感器（18）检测到气
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液界面时，马达正转电路断开，气
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液界面led警报灯（9）和气
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液界面蜂鸣器（11）电路连通，发出报警；与此同时，可变焦距高清摄像头（1）电路连通，拍摄检测气
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液界面时卷尺（2）的刻度，利用ssd目标检测模型计算气
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液界面高度，并由oled计量结果显示器（14）显示计量结果；继续测量时，按下马达正转开关（4），卷尺（2）在正反转马达（7）的机械能和重锤（17）的
位能作用下，沿着竖直方向自动下放，当置于重锤（17）下端的高精度电容式传感器（19）检测到油
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水界面时，马达正转电路断开，油
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水界面led警报灯（10）和油
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水界面蜂鸣器（12）电路连通，发出报警；与此同时，可变焦距高清摄像头（1）电路连通，拍摄检测油
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水界面时卷尺的刻度，利用ssd目标检测模型计算气
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液界面高度，并由oled计量结果显示器（14）显示计量结果。
技术总结
本发明涉及的是一种储罐液位智能计量装置及其计量方法，其中储罐液位智能计量装置包括外壳、人工交互模块、供电模块、卷尺模块、传感器模块、微处理器、目标检测算法模块，人工交互模块包括校零开关、电源开关和OLED计量结果显示器；供电模块包括聚合物电芯、电源开关指示灯、电源显示屏和充电接口；卷尺模块包括卷尺、重锤、正反转马达和可变焦距高清摄像头；传感器模块包括光电液位传感器、高精度电容式传感器以及LED警报灯、蜂鸣器；微处理器包括人工交互电路和液位传感器电路；目标检测算法模块包括AI图像识别、数据存储和传输。本发明实现计量结果自动读取，解决因主观因素引起的计量误差问题，提高储罐液位计量效率和精确度。提高储罐液位计量效率和精确度。提高储罐液位计量效率和精确度。


技术研发人员：郝明 卢时林 张雪松 高长龙 申小会 陈嘉翔
受保护的技术使用者：东北石油大学
技术研发日：2021.03.26
技术公布日：2021/6/29