基于介电常数检测的煤油监测系统与方法与流程

本发明基于介电常数检测的煤油监测系统与方法属于航天煤油贮存安全领域。

背景技术：

航天煤油是航空祸轮发动机常用的液态燃料，具有易燃易爆易挥发等特性，属危险化学物质。机场油库作为属地机场燃料保障的重要运行部门，负责飞机的油料保障供应。当前我国民用飞机绝大多数使用航空煤油，航天煤油不仅易燃，而且在一定条件下当一定浓度的煤油蒸汽与空气混合后会发生爆炸；在航天煤油贮存和作业过程中，设备损坏或操作失误都会引起泄漏，而大量煤油的泄漏会造成煤油蒸气的扩散，作业人员一旦吸入大量煤油蒸气，会对身体造成一定的伤害，给人员、装备和环境造成更大的危害，所以对航天煤油泄漏的监测是很有必要的。

煤油监测技术通过安装在密闭容器中的传感器，利用光学、电学、磁学等手段样品溶液中所含有的成分，但无法做到在线实时监测；或采用嵌入式油液分析传感器，并在此基础上，针对各种不同类型的设备，开发了许多油液监控系统，能够实现在线分析和实时监控，但技术复杂，且设备成本昂贵。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明公开了一种基于介电常数检测的煤油监测系统与方法，技术方案简单，能够对煤油质量进行在线监测并在储油管道发生煤油泄漏发出警报。

本发明的目的是这样实现的：

基于介电常数检测的煤油检测系统，包括信号采集单元、信号处理单元和声光报警单元，所述信号采集单元、信号处理单元和声光报警单元依次连接；

所述的信号采集单元包括安装在密闭壳体中的参考电容传感器，安装在储油管道中的多个测量电容传感器，所述密闭壳体中充满煤油，所述参考电容传感器和测量电容传感器并联连接；

所述的信号处理单元包括模数转换器和单片机控制器；

所述的声光报警单元包括状态显示屏、蜂鸣器及驱动电路。

上述基于介电常数测量的煤油检测系统，参考电容传感器和测量电容传感器相同。

一种在上述基于介电常数测量的煤油检测系统上实现的基于介电常数测量的煤油检测方法，包括以下步骤：

步骤a、按照如下公式，参考电容传感器采集煤油的介电常数ε₁，

${\mathrm{\ϵ}}_1=\frac{d_1{C}_1}{s_1{\mathrm{\ϵ}}_0}$

其中，d₁为参考电容传感器的极板间距离，C₁为参考电容传感器测得电容量，s₁为参考电容传感器的极板相对面积，ε₀为真空中的介电常数；

步骤b、按照如下公式，测量电容传感器采集煤油的介电常数ε₂，

${\mathrm{\ϵ}}_2=\frac{d_2{C}_2}{s_2{\mathrm{\ϵ}}_0}$

其中，d₂为测量电容传感器的极板间距离，C₂为测量电容传感器测得电容量，s₂为测量电容传感器的极板相对面积，ε₀为真空中的介电常数；

步骤a和步骤b能够同步执行，能够按照任意顺序先后执行；

步骤c、根据步骤a得到的电容量C₁和步骤b得到的电容量C₂，计算电容变化量ΔC：

$\mathrm{\Δ}C=C_1-C_2={\mathrm{\ϵ}}_0(\frac{{\mathrm{\ϵ}}_1{s}_1}{d_1}-\frac{{\mathrm{\ϵ}}_2{s}_2}{d_2})$

步骤d、根据参考电容传感器的极板间距离d₁、极板相对面积s₁、测量电容传感器的极板间距离d₂和极板相对面积s₂，确定电容变化量阈值ΔC₀：

${\mathrm{\ΔC}}_0\∝k_1\frac{s_1}{d_1}-k_2\frac{s_2}{d_2}$

其中，k₁和k₂为常数；

步骤e、比较步骤c得到的电容变化量ΔC与步骤d得到的电容变化量阈值ΔC₀，如果：

ΔC≤ΔC₀，在单片机控制器的控制下，状态显示屏显示安全，蜂鸣器不发声；

ΔC＞ΔC₀，在单片机控制器的控制下，状态显示屏显示危险，蜂鸣器发出警报。

有益效果：本发明基于介电常数检测的煤油监测系统与方法，根据电容间电介质的相对介电常数不同会引起电容器的电容量变化的原理，利用煤油中水含量的相对介电常数与煤油的相对介电常数差异很大，水分的微量增加会使油质的介电常数显著的增加，通过在密封盒 体中加入煤油，并以参考电容传感器测量得到的电容量作为参考值，另一方面在储油设备的管道中的不同位置设置多个测量电容传感器，得到多个电容测量值，将这些测量值分别与参考值进行比较，依据测量数据的异常变化预知储油设备的管道是否发生泄漏，并使用状态显示屏和蜂鸣器发出警报，该系统利用通用的电容传感器即可达到对煤油内是否含有水进行定性监测，实现方法简单，成本低。

附图说明

图1是本发明基于介电常数检测的煤油监测系统示意图。

图2是本发明基于介电常数检测的煤油监测系统中信号采集单元的示意图。

图中，1信号采集单元、11密封盒体、12参考电容传感器、13测量电容传感器、2信号处理单元、21电容数字转换器、22单片机控制器、3显示报警单元、31状态显示屏、32蜂鸣器、33驱动电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细描述。

具体实施例一

本实施例是基于介电常数检测的煤油监测系统实施例。

本实施例的基于介电常数检测的煤油监测系统，示意图如图1所示。该基于介电常数检测的煤油监测系统，包括信号采集单元1、信号处理单元2和声光报警单元3，所述信号采集单元1、信号处理单元2和声光报警单元3依次连接；

所述的信号采集单元1包括安装在密闭壳体11中的参考电容传感器12，安装在储油管道中的多个测量电容传感器13，所述密闭壳体11中充满煤油，所述参考电容传感器12和测量电容传感器13并联连接；

所述的信号处理单元2包括模数转换器21和单片机控制器22；

所述的声光报警单元3包括状态显示屏31、蜂鸣器32及驱动电路33。

本发明的基于介电常数检测的煤油监测系统，根据电容间电介质的相对介电常数不同会引起电容器的电容量变化的原理，利用煤油中水含量的相对介电常数与煤油的相对介电常数差异很大，水分的微量增加会使油质的介电常数显著的增加，通过在密封盒体11中加入煤油，并以参考电容传感器12测量得到的电容量作为参考值，另一方面在储油设备的管道中的不同位置设置多个测量电容传感器13，得到多个电容测量值，将这些测量值分别与参考值进行比较，依据测量数据的异常变化预知储油设备的管道是否发生泄漏，并使用状态显示屏31和蜂 鸣器32发出警报，该系统利用通用的电容传感器即可达到对煤油内是否含水进行定性监测，相较现有的技术方案，技术实施难度简单，造价成本低，同样可以达到监测储油管道是否发生没有泄露的目的。

此外，设计有多个测量电容传感器13，能够有效避免由于管道内煤油的流动性差而影响系统对油质变化的反应时间，单片机控制器22对采集到的多个测量电容传感器13测量值，与安全电容变化范围ΔC₀的比较结果采用或运算，即多个测量值中只要有一个测量值超出安全电容变化范围，单片机控制器22就做出反应，控制状态显示屏31和蜂鸣器32发出警报。

此时，单片机的控制原理为：通过在密封盒体11中加入煤油，并以参考电容传感器12测量得到的电容量作为参考值C₁，另一方面在储油设备的管道中的不同位置设置多个测量电容传感器13，得到多个电容测量值C₂，将这些测量值C₂分别与参考值C₁进行比较，由于参考电容传感器12设置在密封盒体11，密封盒体11内的煤油成分不会发生变化，介电常数视作定值，此时电容测量值为参考值，测量电容传感器13得到的测量值C₂相比较就能反映出煤油中极化分子的变化，进而由介电常数的变化反映出煤油管道发生泄漏，达到监测的目的。

具体实施例二

本实施例是基于介电常数检测的煤油监测系统实施例。

本实施例的基于介电常数检测的煤油监测系统，在具体实施例一的基础上，进一步限定参考电容传感器12和测量电容传感器13相同。

本实施例的目的在于限定除了电容器的介电常数为变量之外，其他因素不会引起电容量的变化，针对电容器而言，除了电介质的相对介电常数，极板间的距离、相对面积以及极板的材质、工艺对电容均对电容量有着直接影响，限定参考电容传感器12和测量电容传感器13采用相同规格，使本发明基于介电常数检测的煤油监测系统的监测结果更为可靠。

具体实施例三

本实施例是基于介电常数检测的煤油监测方法实施例。

本实施例的基于介电常数测量的煤油检测方法，在具体实施例一所述基于介电常数检测的煤油监测装置上实现，该方法包括以下步骤：

步骤a、按照如下公式，参考电容传感器12采集煤油的介电常数ε₁，

${\mathrm{\ϵ}}_1=\frac{d_1{C}_1}{s_1{\mathrm{\ϵ}}_0}$

其中，d₁为参考电容传感器12的极板间距离，C₁为参考电容传感器12测得电容量，s₁为参考电容传感器12的极板相对面积，ε₀为真空中的介电常数；

步骤b、按照如下公式，测量电容传感器13采集煤油的介电常数ε₂，

${\mathrm{\ϵ}}_2=\frac{d_2{C}_2}{s_2{\mathrm{\ϵ}}_0}$

其中，d₂为测量电容传感器13的极板间距离，C₂为测量电容传感器13测得电容量，s₂为测量电容传感器13的极板相对面积，ε₀为真空中的介电常数；

步骤a和步骤b能够同步执行，能够按照任意顺序先后执行；

步骤c、根据步骤a得到的电容量C₁和步骤b得到的电容量C₂，计算电容变化量ΔC：

$\mathrm{\Δ}C=C_1-C_2={\mathrm{\ϵ}}_0(\frac{{\mathrm{\ϵ}}_1{s}_1}{d_1}-\frac{{\mathrm{\ϵ}}_2{s}_2}{d_2})$

步骤d、根据参考电容传感器12的极板间距离d₁、极板相对面积s₁、测量电容传感器13的极板间距离d₂和极板相对面积s₂，确定电容变化量阈值ΔC₀：

${\mathrm{\ΔC}}_0\∝k_1\frac{s_1}{d_1}-k_2\frac{s_2}{d_2}$

其中，k₁和k₂为常数；

步骤e、比较步骤c得到的电容变化量ΔC与步骤d得到的电容变化量阈值ΔC₀，如果：

ΔC≤ΔC₀，在单片机控制器22的控制下，状态显示屏31显示安全，蜂鸣器32不发声；

ΔC＞ΔC₀，在单片机控制器22的控制下，状态显示屏31显示危险，蜂鸣器32发出警报。

以步骤d中ΔC₀＝±0.1C₁进行距离说明，此时步骤e变为：

比较步骤c得到的电容变化量ΔC的绝对值|ΔC|与步骤d得到的电容变化量阈值ΔC₀的绝对值|ΔC₀|，如果：

ΔC₀，如果：

|ΔC|＜|ΔC₀|，在单片机控制器22的控制下，状态显示屏31显示安全，蜂鸣器32不发声；

|ΔC|＞|ΔC₀|，在单片机控制器22的控制下，状态显示屏31显示危险，蜂鸣器32发出警报。