一种用于油品界面智能检测仪的接口电路及信号处理方法与流程

本发明属于顺序输油检测设备
技术领域：
，具体的，本发明属于油品界面智能检测仪数据传输与处理
技术领域：
。
背景技术：
：成品油顺序输送的混油界面检测一直是管道检测中的突出问题，随着石油工业的不断发展，混油界面检测的方法也层出不穷，许多新技术、新方法和新型仪表已经应用到管道混油界面检测领域，特别是光学信号处理方法已经成为该领域的检测新方法之一。管道输送混油界面的光学信号处理方法具有测量灵敏度高、实现方便、安全环保等优点，解决了密度法对密度相近油品不易检测的问题，弥补了电容法不能对自身介电常数有差别的油品进行检测的缺陷，避免了荧光法、放射法带来的环境污染，是适应我国国情需要的新型检测手段。但是由于光学检测对介质的洁净程度要求较高，而国内成品油管道洁净程度一般，即便采用频率很高的定期维护保养和调校，稳定性和可靠性也较差，一方面是因为电路结构过于复杂，接口电路运行不稳定，另外一方面是相邻待检测油品光学信号较为近似，区分度低。技术实现要素：本发明提供了一种应用于油品界面智能检测仪的接口电路和信号处理方法，用以解决现有技术应用于油品界面智能检测仪时，电路结构过于复杂，接口电路运行不稳定和信号弱、相邻油品信号极为近似导致检测困难的技术问题，通过改善接口电路，进行输出信号放大和长距离自动增益调节，提高了油品界面智能检测仪的稳定性和可靠性，所采取的技术方案如下：本发明提出的一种用于油品界面智能检测仪的接口电路，所述接口电路包括ad接口电路、da接口电路、通信接口和电源接口；所述ad接口电路，用于ad转换电路的连接；所述da接口电路，用于da转换器的连接；所述通信接口，用于rs-485串行总线连接；所述电源接口，用于pwm信号输出端与电源板的pwm信号输入端之间的连接。进一步地，所述ad接口电路包括ad转换电路和引脚过滤电路；所述引脚过滤电路分别设置于ad转换电路的引脚ain-p与引脚ain-n之间；其中，所述引脚ain-p包括ain0p、ain1p、ain2p和ain3p；所述引脚ain-n包括ain0n、ain1n、ain2n和ain3n；所述引脚ain-p与引脚ain-n按照字母序号一一对应。进一步地，所述引脚过滤电路包括第一电阻、第一电容、第二电阻和第二电容；所述第一电阻与所述ain-p电连接；在所述第一电阻与所述ain-p电连接的线路上并联第一电容，所述第一电容的另一端与gnd信号端相连；所述第二电阻与所述ain-n电连接；在所述第二电阻与所述ain-n电连接的线路上并联第二电容，所述第二电容的另一端与gnd信号端相连。进一步地，所述ad转换电路采用以ads131m04ipwr芯片为核心的电路结构。进一步地，所述da接口电路包括数字信号隔离电路、数模转换器和输出信号放大电路；所述数字信号隔离电路与所述数模转换器进行电连接；所述数模转换器的信号输出端与所述输出信号放大电路进行电连接。进一步地，所述输出信号放大电路包括第一输出信号放大电路和第二输出信号放大电路；所述第一输出信号放大电路与所述数模转换器的第一信号输出端相连；所述第二输出信号放大电路与所述数模转换器的第二信号输出端相连。进一步地，所述第一输出信号放大电路和第二输出信号放大电路的电路结构相同。进一步地，所述通信接口采用以iso1500芯片为核心的电路结构。进一步地，所述电源接口包括第一光耦电路和第二光耦电路；所述第一光耦电路与所述第二光耦电路的电路结构相同。进一步地，所述第一光耦电路与所述第二光耦电路均采用同一型号的光耦隔离器；所述光耦隔离器的发光端第一引脚均通过电阻与 5v电源电压电连接；所述光耦隔离器的发光端第二引脚通过三极管和电阻与pwm输入信号相连；所述光耦隔离器的受光端第一引脚与 24v电源电压电连接；所述光耦隔离器的受光端第二引脚输出pwm信号。本发明提供了一种应用于油品界面智能检测仪的信号处理方法，信号处理方法包括输出信号标定方法，所述信号标定方法包括如下步骤：(1)将油品界面智能检测仪探头分别插入标准水、95#汽油、92#汽油、98#汽油及0#柴油中获得标定光反射信号值，将差别小的标定光反射信号值之间的百分比差值设置放大，并将放大后的百分比以模拟量4ma～20ma形式输出到dcs系统中。(2)从接口电路采集探头的光反射信号值为vi，将该信号值与各种介质的预设值进行比较，判断其落在哪两个信号之间，根据线性插值原理计算出测试信号的输出百分比，公式如下：式中：vi-1≤vi≤vi 1，0≤i≤6，且v0＝0v，v6＝5v，p0＝0％，p6＝100％；pi-1和pi 1分别为vi-1和vi 1对应的百分比。本发明中，所述标定信号大小及百分比，通过rs-485串行总线及通讯接口设定。进一步的，本发明所述水、95#汽油、92#汽油、98#汽油及0#柴油六介质原始测试数据及输出百分比如下：介质原始信号(v)原始百分比(％)水4.299595#汽油2.324292#汽油2.063598#汽油2.01330#柴油0.945将所述92#和98#汽油两种介质的输出百分比之间的百分比差值设置放大，并将这两种介质以模拟量(4～20)ma形式输出到dcs系统中，增大92#和98#输出百分比设定值；介质原始信号(v)设定百分比(％)计算输出信号(ma)水4.299519.1295#汽油2.327515.6192#汽油2.066012.698#汽油2.01308.710#柴油0.94105.6本发明提供了一种应用于油品界面智能检测仪的信号处理方法，所述接口电路采集到信号并对信号进行处理，信号处理方法包括信号自动增益调节方法，信号自动增益调节方法包括如下步骤：(1)首先对adc芯片进行初始化，接着配置ad增益，g＝1，s_flag＝1。(2)采集光纤返回信号，总共采集若干个，每30ms采集一次。(3)对采集的若干数值采用中位值平均滤波法获得v0。(4)判断如果s_flag＝0，则显示信号v。(5)如果s_flag不等于0，v0＜0.25v，配置ad增益，g＝16，s_flag＝0；0.25v＜v0＜0.5v，配置ad增益，g＝8，s_flag＝0；0.5v＜v0＜0.8v，配置ad增益，g＝4，s_flag＝0；0.8v＜v0，则直接显示信号v。(6)对于s_flag不等于0，0.25v＜v0＜0.8v之间的，重新配置ad增益后返回步骤(2)重新采集光纤返回数值。进一步的，本发明所述步骤(1)每组总共采集10个数值，油品界面智能检测仪的光纤长度大于2km，输出信号小于0.8v时使用信号自动增益调节方法。本发明有益效果：本发明提出的一种应用于油品界面智能检测仪的接口电路具有电路结构简单、电磁兼容性较大，抗干扰能力较强的特点。所述接口电路应用于油品界面智能检测仪中能够有效提高各接口信号传输的稳定性和效率，进一步提高油品界面智能检测仪的油品物理参数检测精度和准确度，减少检测误差。所用的信号处理方法一方面解决了探头在不同介质中，反射回来的光强不同，因此信号测量值(i/v)也不同，信号相近的油品介质难以区分的问题，另外一方面解决了长距离测点时，光纤输出信号小，信号间差别更小，不利于介质区分的问题。将接口电路和信号处理方法两个方面结合，不但进行信号方法增加区分度，还能使得检测信号更加准确稳定。附图说明图1为本发明所述ad转换电路的电路原理图；图2为本发明所述引脚过滤电路的电路原理图；图3为本发明所述数字信号隔离电路和数模转换器的电路原理图；图4为本发明所述第一输出信号放大电路的电路原理图；图5为本发明所述第二输出信号放大电路的电路原理图；图6为本发明所述通信接口的电路原理图；图7为本发明所述第一光耦电路的电路原理图；图8为本发明所述第二光耦电路的电路原理图；图9为本发明所述接口电路采用的跳线焊盘连接示意图一；图10为本发明所述接口电路采用的跳线焊盘连接示意图二；图11为本发明所述接口电路采用的跳线焊盘连接示意图三；图12为本发明信号自动增益调节方法流程图。具体实施方式下面，结合附图以及具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。在发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”和“竖着”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，亦可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明实施例的描述中，除非另有说明，“多个”、“多组”、“多根”的含义是两个或两个以上。如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。以下实施方式中所用材料、仪器和方法，未经特殊说明，均为本领域常规材料、仪器和方法，均可通过商业渠道获得。实施例一：本发明应用于油品界面智能检测仪的接口电路本发明提供了一种用于油品界面智能检测仪的接口电路，用以解决现有接口电路应用于油品界面智能检测仪时，电路结构过于复杂，接口电路运行不稳定的问题。本发明实施例提出的一种应用于油品界面智能检测仪的接口电路，所述接口电路包括ad接口电路、da接口电路、通信接口和电源接口；所述ad接口电路，用于ad转换电路的连接；所述da接口电路，用于da转换器的连接；所述通信接口，用于rs-485串行总线连接；所述电源接口，用于pwm信号输出端与电源板的pwm信号输入端之间的连接。如图1和图2所示，所述ad接口电路包括ad转换电路和引脚过滤电路；所述引脚过滤电路分别设置于ad转换电路的引脚ain-p与引脚ain-n之间；其中，所述引脚ain-p包括ain0p、ain1p、ain2p和ain3p；所述引脚ain-n包括ain0n、ain1n、ain2n和ain3n；所述引脚ain-p与引脚ain-n按照字母序号一一对应。所述引脚过滤电路包括第一电阻、第一电容、第二电阻和第二电容；所述第一电阻与所述ain-p电连接；在所述第一电阻与所述ain-p电连接的线路上并联第一电容，所述第一电容的另一端与gnd信号端相连；所述第二电阻与所述ain-n电连接；在所述第二电阻与所述ain-n电连接的线路上并联第二电容，所述第二电容的另一端与gnd信号端相连。所述ad转换电路采用以ads131m04ipwr芯片为核心的电路结构。如图3、图4和图5所示，所述da接口电路包括数字信号隔离电路、数模转换器和输出信号放大电路；所述数字信号隔离电路与所述数模转换器进行电连接；所述数模转换器的信号输出端与所述输出信号放大电路进行电连接。其中，具体的所述da接口电路采用以ios7141cc芯片和ltc26021芯片为核心的电路结构。其中，如图4和图5所示，所述输出信号放大电路包括第一输出信号放大电路和第二输出信号放大电路；所述第一输出信号放大电路与所述数模转换器的第一信号输出端相连；所述第二输出信号放大电路与所述数模转换器的第二信号输出端相连。所述第一输出信号放大电路和第二输出信号放大电路的电路结构相同。如图6所示，所述通信接口采用以iso1500芯片为核心的电路结构。如图7和图8所示，所述电源接口包括第一光耦电路和第二光耦电路；所述第一光耦电路与所述第二光耦电路的电路结构相同。所述第一光耦电路与所述第二光耦电路均采用同一型号的光耦隔离器；所述光耦隔离器的发光端第一引脚均通过电阻与 5v电源电压电连接；所述光耦隔离器的发光端第二引脚通过三极管和电阻与pwm输入信号相连；所述光耦隔离器的受光端第一引脚与 24v电源电压电连接；所述光耦隔离器的受光端第二引脚输出pwm信号。本发明提出的一种应用于油品界面智能检测仪的接口电路具有电路结构简单、电磁兼容性较大，抗干扰能力较强的特点。所述接口电路应用于油品界面智能检测仪中能够有效提高各接口信号传输的稳定性和效率，进一步提高油品界面智能检测仪的油品物理参数检测精度和准确度，减少检测误差。实施例二：本发明应用于油品界面智能检测仪的输出信号标定方法探头在不同介质中，反射回来的光强不同，因此信号测量值(i/v)也不同，如将探头分别放入水、95#汽油、92#汽油、98#汽油及0#柴油中，测试数据如表1所示，利用本发明接口电路将该信号直接输出，则计算输出百分比如表1所示：表1介质原始测试数据及输出百分比介质原始信号(v)原始百分比(％)水4.299595#汽油2.324292#汽油2.063598#汽油2.01330#柴油0.945从上表可知，92#和98#汽油两种介质的输出百分比差别很小，不利于清除分辨两种介质，因此，算法中采用输出信号放大原理，将其之间的百分比差值设置较大，以此来增大输出信号差异，并将其以模拟量(4～20)ma形式输出到dcs系统中，如表2所示。表2增大92#和98#输出百分比设定值从表2可知，92#汽油和98#汽油的输出百分比从2％增大到30％，更利于介面区分判别。在实际测试时，控制算法实时采集光反射信号，值为vi，将该信号值与各种介质的预设值进行比较，判断其落在哪两个信号之间，根据线性插值原理计算出测试信号的输出百分比，公式如下：式中：vi-1≤vi≤vi 1，0≤i≤6，且v0＝0v，v6＝5v，p0＝0％，p6＝100％；pi-1和pi 1分别为vi-1和vi 1对应的百分比。本发明中，所述标定信号大小及百分比，可以通过按键及rs-485串行总线及通讯接口设定。实施例三：应用于油品界面智能检测仪的信号自动增益调节方法本发明提供了一种应用于油品界面智能检测仪的信号自动增益调节方法，当油品界面智能检测仪的探头到接口电路光纤长度大于2km，输出信号小于0.8v时使用信号自动增益调节方法，信号自动增益调节方法包括如下步骤：(1)首先对adc芯片进行初始化，接着配置ad增益，g＝1，s_flag＝1。(2)采集光纤返回信号，总共采集10个，每30ms采集一次。(3)对采集的10个数值采用中位值平均滤波法获得v0。(4)判断如果s_flag＝0，则显示信号v。(5)如果s_flag不等于0，v0＜0.25v，配置ad增益，g＝16，s_flag＝0；0.25v＜v0＜0.5v，配置ad增益，g＝8，s_flag＝0；0.5v＜v0＜0.8v，配置ad增益，g＝4，s_flag＝0；0.8v＜v0，则直接显示信号v。(6)对于s_flag不等于0，0.25v＜v0＜0.8v之间的，重新配置ad增益后返回步骤(2)重新采集光纤返回数值。v0为滤波后原始数据，g为增益。本发明上述信号自动增益调节方法对于短距离测点，光纤输出信号大不做改变，减少对信号干扰，保证信号真实性；长距离测点时，提高了光纤输出信号，信号间差别增大更多，有利于介质区分。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。当前第1页1 2 3 
技术特征：

1.一种用于油品界面智能检测仪的接口电路，其特征在于，所述接口电路包括ad接口电路、da接口电路、通信接口和电源接口；

所述ad接口电路，用于ad转换电路的连接；

所述da接口电路，用于da转换器的连接；

所述通信接口，用于rs-485串行总线连接；

所述电源接口，用于pwm信号输出端与电源板的pwm信号输入端之间的连接；

所述ad接口电路包括ad转换电路和引脚过滤电路；所述引脚过滤电路分别设置于ad转换电路的引脚ain-p与引脚ain-n之间；其中，所述引脚ain-p包括ain0p、ain1p、ain2p和ain3p；所述引脚ain-n包括ain0n、ain1n、ain2n和ain3n；所述引脚ain-p与引脚ain-n按照字母序号一一对应；

所述da接口电路包括数字信号隔离电路、数模转换器和输出信号放大电路；所述数字信号隔离电路与所述数模转换器进行电连接；所述数模转换器的信号输出端与所述输出信号放大电路进行电连接。

2.根据权利要求1所述接口电路，其特征在于，所述引脚过滤电路包括第一电阻、第一电容、第二电阻和第二电容；所述第一电阻与所述ain-p电连接；在所述第一电阻与所述ain-p电连接的线路上并联第一电容，所述第一电容的另一端与gnd信号端相连；所述第二电阻与所述ain-n电连接；在所述第二电阻与所述ain-n电连接的线路上并联第二电容，所述第二电容的另一端与gnd信号端相连。

3.根据权利要求1所述接口电路，其特征在于，所述ad转换电路采用以ads131m04ipwr芯片为核心的电路结构，所述通信接口采用以iso1500芯片为核心的电路结构。

4.根据权利要求1所述接口电路，其特征在于，所述输出信号放大电路包括第一输出信号放大电路和第二输出信号放大电路；所述第一输出信号放大电路与所述数模转换器的第一信号输出端相连；所述第二输出信号放大电路与所述数模转换器的第二信号输出端相连；所述第一输出信号放大电路和第二输出信号放大电路的电路结构相同。

5.根据权利要求1所述接口电路，其特征在于，所述电源接口包括第一光耦电路和第二光耦电路；所述第一光耦电路与所述第二光耦电路的电路结构相同；所述第一光耦电路与所述第二光耦电路均采用同一型号的光耦隔离器；所述光耦隔离器的发光端第一引脚均通过电阻与 5v电源电压电连接；所述光耦隔离器的发光端第二引脚通过三极管和电阻与pwm输入信号相连；所述光耦隔离器的受光端第一引脚与 24v电源电压电连接；所述光耦隔离器的受光端第二引脚输出pwm信号。

6.一种应用于油品界面智能检测仪的信号处理方法，信号处理方法包括输出信号标定方法，其特征在于，所述信号标定方法包括如下步骤：

(1)将油品界面智能检测仪探头分别插入标准水、95#汽油、92#汽油、98#汽油及0#柴油中获得标定光反射信号值，将差别小的标定光反射信号值之间的百分比差值设置放大，并将放大后的百分比以模拟量4ma～20ma形式输出到dcs系统中；

(2)从接口电路采集探头的光反射信号值为vi，将该信号值与各种介质的预设值进行比较，判断其落在哪两个信号之间，根据线性插值原理计算出测试信号的输出百分比，公式如下：

式中：vi-1≤vi≤vi 1，0≤i≤6，且v0＝0v，v6＝5v，p0＝0％，p6＝100％；pi-1和pi 1分别为vi-1和vi 1对应的百分比。

7.根据权利要求6所述的一种应用于油品界面智能检测仪的信号处理方法，其特征在于，所述标定信号大小及百分比，通过rs-485串行总线及通讯接口设定。

8.根据权利要求6所述的一种应用于油品界面智能检测仪的信号处理方法，其特征在于，所述水、95#汽油、92#汽油、98#汽油及0#柴油六介质原始测试数据及输出百分比如下：

将所述92#和98#汽油两种介质的输出百分比之间的百分比差值设置放大，并将这两种介质以模拟量(4～20)ma形式输出到dcs系统中，增大92#和98#输出百分比设定值；

介质原始信号(v)设定百分比(％)计算输出信号(ma)水4.299519.1295#汽油2.327515.6192#汽油2.066012.698#汽油2.01308.710#柴油0.94105.6

。

9.一种应用于油品界面智能检测仪的信号处理方法，所述接口电路采集到信号并对信号进行处理，处理方法包括信号自动增益调节方法，其特征在于，所述信号自动增益调节方法包括如下步骤：

(1)首先对adc芯片进行初始化，接着配置ad增益，g＝1，s_flag＝1；

(2)采集光纤返回信号，总共采集若干个，每30ms采集一次；

(3)对采集的若干数值采用中位值平均滤波法获得v0；

(4)判断如果s_flag＝0，则直接显示信号v；

(5)如果s_flag不等于0，v0＜0.25v，配置ad增益，g＝16，s_flag＝0；如果0.25v＜v0＜0.5v，配置ad增益，g＝8，s_flag＝0；如果0.5v＜v0＜0.8v，配置ad增益，g＝4，s_flag＝0；如果0.8v＜v0，则直接显示信号v；

(6)对于s_flag不等于0，0.25v＜v0＜0.8v之间的，重新配置ad增益后返回步骤(2)重新采集光纤返回数值。

10.根据权利要求9所述的一种应用于油品界面智能检测仪的信号处理方法，其特征在于，所述步骤(1)每组总共采集10个数值，油品界面智能检测仪的探头到接口电路长度大于2km，输出信号小于0.8v时使用信号自动增益调节方法。

技术总结
本发明提出了一种用于油品界面智能检测仪的接口电路及信号处理方法，所述接口电路包括AD接口电路、DA接口电路、通信接口和电源接口，利用特定信号处理方法结合接口电路一方面解决了探头在不同介质中，反射回来的光强不同，信号测量值(I/V)也不同，信号相近的油品介质难以区分的问题，另外一方面解决了长距离检测时，光纤输出信号小，信号间差别更小，不利于介质区分的问题，利用本发明的接口电路配合信号增强方法使得检测信号更加准确稳定。

技术研发人员：田中山;董珊珊;杨昌群;井健;王现中;杨露;牛道东;张书荣;李育特;张梅
受保护的技术使用者：国家石油天然气管网集团有限公司华南分公司;西安航天动力研究所;西安航天远征流体控制股份有限公司
技术研发日：2021.04.30
技术公布日：2021.08.03