一种电容式液位传感器模拟系统及方法

文档序号:25535136发布日期:2021-06-18 20:28来源:国知局
一种电容式液位传感器模拟系统及方法

本发明涉及传感器信号模拟技术领域,尤其涉及一种电容式液位传感器模拟系统及方法。



背景技术:

电容式液位传感器,利用传感器两电极间覆盖面积随被测液位变化而变化,从而引起两电极间电容值变化的关系,来进行液位测量。该装置被广泛应用于工业中燃油系统,例如航空飞机燃油系统以及汽车燃油系统等。该电容值信号一般需要传递给上位机,才能进一步处理使用,以航空飞机燃油系统为例,油箱液位传感器的信号需要将电容值信号传递给飞机燃油计算机进行综合处理。

电容式液位传感器模拟装置一般用于对燃油系统进行上位机检测时提供模拟油箱液位得的激励信号,该模拟装置需要模拟各个液位时电容传感器信号,以检测燃油系统上位机是否正常工作。目前存在的电容模拟装置都是使用固定的电容进行模拟,无法实现电容的连续调节,并不能很好的模拟并展示燃油系统的实际工作情况。



技术实现要素:

鉴于此,本发明的目的在于提供一种电容式液位传感器模拟系统及方法,解决现有技术中的问题,扩大电容模拟装置的电容范围,实现电容模拟量可连续调节的功能。

为实现上述目的,本发明提供了一种电容式液位传感器模拟系统,所述系统包括上位机、控制器、舵机、可调电容,所述可调电容设置于所述舵机上;

所述上位机,根据所设置的电容量模拟值,计算所述可调电容需要转动的第一角度;

所述控制器,根据所述第一角度,输出pwm信号至所述舵机;

所述舵机,在所述出pwm信号控制下,带动所述可调电容的调节旋钮转动至所述第一角度;

所述可调电容,当旋转至所述第一角度时,所述可调电容的输出电容值为所述设置的电容量模拟值。

优选的,所述系统还包括齿轮传动装置,所述齿轮传动装置包括第一齿轮和第二齿轮,所述可调电容设置在所述第一齿轮上,所述舵机设置在第二齿轮上。

优选的,所述上位机包括电容式液位传感器模型模块,所述电容式液位传感器模型模块根据所述可调电容的转角系数与电容量的关系拟合一差值表,所述差值表用以表示所述可调电容所旋转的角度与电容值的对应关系,根据所述差值表,计算所述所设置的电容量模拟值所对应的第一角度。

优选的,所述电容式液位传感器模型模块根据所述齿轮传动装置的齿轮传动比,以及根据所述第一角度,计算所述舵机需要转动的第二角度。

优选的,所述齿轮传动装置的齿轮传动比设置为1:1。

优选的,所述控制器根据所述第二角度,输出pwm信号至所述舵机,用以控制所述舵机旋转至第二角度。

优选的,当所述舵机旋转至所述第二角度时,在所述齿轮传动装置的控制下,带动所述可调电容旋转至所述第一角度。

优选的,所述可调电容为差容双联薄膜介质可变电容器。

优选的,所述系统还包括一固定电容,所述固定电容与所述调节电容以并联形式相连接。

为实现上述目的,本发明提供了一种电容式液位传感器模拟方法,所述方法包括:

上位机根据所设置的电容量模拟值,计算所述可调电容需要转动的第一角度;

控制器根据所述第一角度,输出pwm信号至舵机;

所述舵机在所述出pwm信号控制下,带动所述可调电容的调节旋钮转动至所述第一角度;

当旋转至所述第一角度时,所述可调电容的输出电容值为所述设置的电容量模拟值。

与现有技术相比,本发明一种电容式液位传感器模拟系统及方法,所带来的有益效果为:通过上位机能够控制模拟电容量的大小,并能够在一定范围内连续调节电容值大小,扩大电容模拟装置的电容范围,实现电容模拟量可连续调节的功能,从而达到高模拟精度、还原液位变化过程的目的;利用并联电容的方式来扩大该模拟系统的电容模拟范围,该并联电容可以根据模拟量的范围进行更换,从而达到精确模拟的目的。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的电容式液位传感器模拟系统的系统示意图。

图2是根据本发明的一个具体实施例的齿轮传动装置的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述,但这些实施方式并不限制本发明,本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

如图1所示的本发明的一个实施例,本发明提供一种电容式液位传感器模拟系统,所述系统包括上位机10、控制器11、舵机12、可调电容13,所述可调电容设置于所述舵机上,

所述上位机10,根据所设置的电容量模拟值,计算所述可调电容需要转动的第一角度;

所述控制器11,根据所述第一角度,输出pwm信号至所述舵机;

所述舵机12,在所述出pwm信号控制下,带动所述可调电容的调节旋钮转动至所述第一角度;

所述可调电容13,当旋转至所述第一角度时,所述可调电容的输出电容值为所述设置的电容量模拟值。

所述上位机包括电容式液位传感器模型模块,通过在上位机中运行着电容式液位传感器接口模拟软件,该软件内运行着电容式液位传感器数学模型。用户可通过该软件输入所需要设置的电容量模拟值。所述电容式液位传感器模型模块根据所述可调电容的转角系数与电容量的关系拟合一差值表,所述差值表用以表示所述可调电容所旋转的角度与电容值的对应关系,根据所述差值表,计算所述所设置的电容量模拟值所对应的第一角度。该差值表可以获取所述可调电容每旋转一度时,电容值的改变量。

如图2所示,本发明的一具体实施例,所述系统还包括齿轮传动装置14,所述齿轮传动装置包括第一齿轮140和第二齿轮141,所述可调电容设置在所述第一齿轮上140,所述舵机设置在第二齿轮上141。采用齿轮传动装置将舵机与可调电容连接,通过改变齿轮的齿数比,从而改变齿轮传动装置的传动比,能够使可调电容的调节旋钮转动更加精确,进而可以增加电容调节量的大小。具体地,所述电容式液位传感器模型模块根据所述齿轮传动装置的齿轮传动比,以及根据所述第一角度,计算所述舵机需要转动的第二角度。本发明的一具体实施例,所述齿轮传动装置的齿轮传动比设置为1:1,即舵机转动1度则带动可调电容调节旋钮转动1度。所述齿轮传动装置是改变舵机与可调电容间的传动比,达到使可调电容调节旋钮转动角度更精确的目的。该齿轮传动装置的齿轮可以根据实际所需要的电容模拟量进行更换,从而达到模拟值更加精确的目的。

所述控制器根据所述第一角度,输出pwm信号至所述舵机。所述控制器接收上位机所输出的第一角度息,通过控制器输出的pwm波的占空比的方式使可调电容旋转至所需角度。本发明的一较佳实施例,所述控制器根据所述第二角度,输出pwm信号至所述舵机,控制所述舵机旋转至第二角度。本发明的一具体实施例,控制器为ni9401控制器,其为双向数字模块,8个dio通道分为两组端口,输入或输出可独立配置,可实现自定义数字系统,例如,计数器/定时器、数字通信协议、脉冲生成,以及更多其他功能。

当所述舵机旋转至所述第二角度时,在所述齿轮传动装置的控制下,带动所述可调电容旋转至所述第一角度。所述舵机是一种位置(角度)伺服的驱动器,适用于需要角度不断变化并可以保持的控制系统,其主要作用是利用自身的精准旋转角度带动可调电容转动,以达到所需电容值。本实例所用舵机为pdi-6221mg-180,其最大角度为180°,脉冲宽度为500-2500μs=180°,工作速度为4.8v时0.18sec/60°,6v时0.16sec/60°,尺寸为40.5×20.2×38毫米,重量为62克,轴承为2bb。本实例中舵机转动的角度由控制器输出的pwm信号严格控制,因此转动角度精确。

当旋转至所述第一角度时,所述可调电容的输出电容值为所述设置的电容量模拟值。所述可调电容为差容双联薄膜介质可变电容器,是由两片或者两组小型金属弹片中间夹着介质制成的,调节时改变两片之间的距离或者面积即可改变电容值的大小,其驱动机构逆时针旋转方向为电容量增加方向。

根据本发明的一具体实施例,所述系统还包括一固定电容,所述固定电容与所述调节电容以并联形式相连接。所述固定电容是用来扩大本液位传感器模拟装置的使用范围,可以根据具体使用环境进行选择更换。

本发明提供了一种电容式液位传感器模拟方法,所述方法包括:

上位机根据所设置的电容量模拟值,计算所述可调电容需要转动的第一角度;

控制器根据所述第一角度,输出pwm信号至舵机;

所述舵机在所述出pwm信号控制下,带动所述可调电容的调节旋钮转动至所述第一角度;

当旋转至所述第一角度时,所述可调电容的输出电容值为所述设置的电容量模拟值。

尽管为示例目的,已经公开了本发明的优选实施方式,但是本领域的普通技术人员将意识到,在不脱离由所附的权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下,各种改进、增加以及取代是可能的。

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