1、選用技術

本文研究采用的磁致伸縮液位傳感器具備高可靠性、高精度、易操作性、安全性出色、自動化程度高等特點，在波導脈沖原理支持下，起始和終止脈沖的測量能夠保證位移量的準確得出，存在1mm的分辨率和0.5mm的計量精度。在磁性浮子驅動下，磁致伸縮液位傳感器能夠對介質液位連續測量，在測量重復性方面的表現也較為出色，輔以設置的軟密封法蘭，在法蘭蓋上開螺紋，磁致伸縮液位傳感器的安裝和維護能夠更好實現。需將擋環和浮球卸下后進行軟密封法蘭安裝，在法蘭蓋上擰緊液位計，擋環和浮球安裝后依次裝回容器。

2、設計目標

以處理器S3C6410作為超高精度磁致伸縮液位儀的控制核心，高精度的時間測量基于時間數字轉換器實現，磁致伸縮液位測量器的外接可完成罐車液位精確測量。聲波傳感器與該時間測量方案的結合可同時實現聲波回波時間高精度測量，結合油品體積與罐車液位的關系模型，油品體積測算可同時完成，溫度傳感器可用于油品體積在固定溫度下的反推。對于設計涉及的姿態傳感器，其屬于基于微機電系統的高性能技術測量系統，研究使用基于四元數的三維算法和特殊數據融合技術，實時輸出零漂移三維姿態方位數據，具體以四元數和歐拉角表示，以此滿足移動式油罐的傾斜檢測需要，通過自動液位補償，即可更準確測量液位。為得到HART接口正常輸出，固定溫度下的油品體積能夠由此順利獲取。本文研究的超高精度磁致伸縮液位儀用于移動式罐體，需實現不同溫度不同情況下罐車內油品真正有可比性的超高精度測量，液位誤差、體積誤差控制需分別控制在1mm、0.1%內。

3、硬件框架

基于發出詢問脈沖到接收返回扭應力脈沖的時間差，磁致伸縮液位傳感器可實現液位高度計算，扭應力脈沖反射后且被接收器接收時，檢測出的扭應力脈沖會向電信號轉換并送入信號處理系統，放大后處理后進入電壓比較器。基于取信號的時刻，電壓比較器向時間數字轉換器芯片發送嘀嗒信號，發射脈沖和反射脈沖間的時間差由時間數字轉換器芯片完成計算，經由串行外圍設備接口的時間數據送至微控制處理器。液位數據在由微控制處理器處理后，通過轉換和調制，分別由數字信號HART協議和模擬量4-20mA信號輸出。

微控制處理器接收HART接口數據，信號處理后接入姿態傳感器和磁致伸縮傳感器，另外通過脈沖接收和脈沖發射送至超聲波傳感器，其信號處理存在類似于磁致伸縮傳感器的原理，因此采用相同信號處理系統完成超聲波信號處理，輔以信號通道選擇開關，設計得以實現分時復用，信號的多通道處理順利完成。本文設計的超高精度磁致伸縮液位儀能夠綜合應用溫度傳感器、姿態傳感器及磁致伸縮液位計，輔以罐容表查詢，即可準確測量移動式罐體的罐容。選擇高速微控制處理器接入傳感器的輸出數據，具體選擇ARM11系列，設計成本和開發難度可由此下降。

本文設計的超高精度磁致伸縮液位儀主要具備以下幾方面特點：

第一，存在不能折彎的磁致伸縮探測桿，波導絲損壞帶來的靈敏度下降問題能夠有效規避；

第二，在接卸油環節，由于傳感器原理接卸油管口設置，油品流動壓力可能帶來的損壞問題有效規避，測量精度不會受到影響；

第三，浮子與容器壁不會出現碰撞，基于活動靈活的浮球、螺紋（法蘭蓋上開螺紋）與容器的牢固連接、保持垂直的探頭，儀器作用能夠更好發揮；

第四，通過接地處理和接觸良好的通信線路，接地螺栓上得以連接雙芯雙絞屏蔽電纜和地線屏蔽層，在防爆穿線盒上設置接地螺栓，盒外接地端子與罐體的接地點相連接；

第五，選用的磁致伸縮液位計為PVDF軟纜材質，能夠得到較為準確的顯示數據和正常的通信信號，連接穩定性也較高。