一种音叉物位计及其监测物位的方法、系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及过程控制与自动化领域，具体设及一种音叉物位计监测物位的方法。
【背景技术】
[0002] 目前，音叉物位计是一种广泛应用于工业环境的物位开关，也常被称为音叉式物 位开关或者音叉式物位控制器。它是利用音叉振动的原理设计的，采用压电器件实现音叉 棒的振动驱动与检测。不接触物料时，音叉在谐振频率下产生自由振动，当音叉与被测物料 接触时，音叉的振动振幅明显减小，压电检测器件的输出信号幅度随之减小，信号变化由智 能电路检测分析并输出一个开关信号。简单的说，音叉在压电器件激励下产生机械振动，运 种振动具有一定的频率和振幅。
[0003] 在一些腐蚀性很强的使用环境中，现有技术中的音叉物位计容易受腐蚀，使得压 电陶瓷接收的振动信号发生改变，从而使得音叉物位计在监测物位时的可靠性降低，容易 出现误报。而现有技术中缺少对音叉棒腐蚀的监测。
【发明内容】
[0004] 本发明申请提供一种音叉物位计监测物位的方法，该方法包括下列步骤:压电陶 瓷感应音叉棒的振动并输出相应的电信号；处理器对电信号进行采样，获取电压幅值和频 率;根据电压幅值判断音叉棒是否接触物料;监控电压幅值和频率的变化趋势;根据电压幅 值和频率的变化趋势W及音叉棒是否接触物料判断音叉棒是否受严重腐蚀。
[0005] 进一步的，当满足W下条件时判断音叉棒受严重腐蚀:音叉棒未接触物料;电压幅 值呈现下降趋势且电压变化幅值大于电压变化阔值;频率呈现上升趋势且频率变化值大于 频率变化阔值。
[0006] 进一步的，当判断音叉棒受严重腐蚀后输出腐蚀报警提示信息。
[0007] 进一步的，根据电压幅值判断音叉棒是否接触物料包括:将连续采集的多个电压 幅值和预设的电压上限值、电压下限值W及电压中位值进行比较;根据比较结果判断音叉 棒是否接触物料。
[0008] 进一步的，当判断音叉棒未接触物料时，查看音叉物位计的使用状态。当音叉物位 计处于高料位使用状态，则输出正常无料状态提示信息；当音叉物位计处于低料位使用状 态，则输出无料报警提示信息。
[0009] 将连续采样的多个电压幅值和预设的电压上限值、电压下限值和电压中位值进行 比较，根据比较结果判断音叉棒是否接触物料。由于采样的电压幅值是多个连续的，且通过 与电压上限值、电压下限值和电压中位值进行多次比较，就算音叉物位计瞬间受到外力撞 击或电气受干扰，导致电压幅值瞬间不稳定，也不影响处理器判断音叉棒的使用状态，能更 准确可靠地监测物位。
【附图说明】
[0010] 图1为音叉物位计结构图；其中1.音叉棒，2.第一组压电陶瓷，3.第二组压电陶瓷， 4.处理器；
[0011] 图2为电信号电压幅值采样原理框图；
[0012] 图3为电信号频率采样原理框图；
[0013] 图4为音叉物位计监测物位方法的流程图；
[0014] 图5为音叉物位计监测物位时电压幅值和频率循环判断原理框图。
【具体实施方式】
[0015] 下面通过【具体实施方式】结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0016] 实施例一.
[0017] 音叉物位计的一种结构如图1所示，包括:音叉棒1、第一组压电陶瓷2、第二组压电 陶瓷3和处理器4,第一组压电陶瓷2和第二组压电陶瓷3分别与音叉棒1的末端接触，音叉棒 1的前端突出，用于接触物料，音叉棒1在第一组压电陶瓷2的驱动下产生振动;第二组压电 陶瓷3感应音叉棒1的振动并输出相应的电信号给处理器4;处理器4实时采样并处理第二组 压电陶瓷3输送过来的电信号，通过采样得到电压幅值和振动频率，处理缓存电压幅值和频 率，监测电压幅值和频率的变化趋势，再与预设的电压变化阔值和频率变化阔值比较判断。
[0018] 在一种具体实施例中，处理器4作为监测物位的系统，包括采样单元、第一监控单 元和第二监控单元，采样单元用于接收压电陶瓷感应音叉棒1的振动而输出的电信号，并对 电信号进行采样，获取电压幅值和频率;第一监控单元用于监控电压幅值，根据电压幅值变 化趋势判断音叉棒1是否接触物料;第二监控单元用于监控电压幅值和频率的变化趋势，根 据电压幅值和频率的变化趋势W及音叉棒1是否接触物料判断音叉棒1是否受严重腐蚀。
[0019] 请参考图4,音叉物位计监测物位的方法流程包括W下步骤。
[0020] 在步骤S101中，压电陶瓷感应音叉棒1的振动并输出相应的电信号，第一组压电陶 瓷巧区动音叉棒1振动，第二组压电陶瓷3感应音叉棒1的振动并输出相应的电信号给处理器 4。再执行步骤S102。
[0021] 在步骤S102中，处理器4实时对电信号进行采样。
[0022] 在步骤S103中，根据采样值获取电压幅值和频率。在具体实施例中，可W将采样值 直接作为电压幅值，也可W将多个采样值平均后作为电压幅值。由于电压幅值采用多个缓 冲电压均值计算，即使音叉物位计瞬间受到外力撞击或电气受干扰时，使得电压幅值瞬间 不稳定，也能保证电压幅值真实有效。
[0023] 在步骤S104中，根据电压幅值判断音叉棒1是否接触物料。在具体实例中，可将电 压幅值和设定电压阔值进行比较：
[0024] 1.当音叉棒1处在高料位时，根据经验将音叉棒1没有接触物料时的电压幅值设定 为电压阔值。当电压幅值低于设定电压阔值时，认为音叉棒1接触物料，否则认为音叉棒1没 有接触物料。例如:设定电压阔值1.5V，当电压幅值等于1.3V时，则认为音叉棒1接触物料； 当电压幅值等于1.5V时，则认为音叉棒1没有接触物料；
[0025]2.当音叉棒1处在低料位时，根据经验将音叉棒1接触物料时的电压设定为电压阔 值。当电压幅值高于设定阔值时，认为音叉棒1没有接触物料，否则认为音叉棒1接触物料。 例如:设定电压阔值等于0.7V，当电压幅值等于1.3V时，则认为音叉棒1没有接触物料;当电 压幅值等于ο. 7V时，则认为音叉棒1接触物料。
[0026] 在另一具体实例中，采用通带判断方案，将电压幅值和预设的电压上限值、电压下 限值和电压中位值进行比较：
[0027] 1.当音叉棒1处在高料位时，根据经验将音叉棒1没有接触物料时的电压幅值来设 定电压上限值和电压下限值，再计算出电压中位值。例如:预设电压上限值是1.45V，电压下 限值是1.37V，电压中位值就是1.41V。而实时连续监测出来的电压幅值U1 = 1.43V.U2 = 1.38V.U3=1.42V.U4=1.39V.我们可认为运四个电压幅值都是在预设的电压上限值 1.45V、电压下限值1.37V和电压中位值1.41V运个通带中，认为电压幅值变化趋势是不变 的，则判断音叉棒1是没有接触物料；当呪=1.38V，U6 = 1.37V，U7 = 1.35V，U8 = 1.33V时，电 压幅值变化趋势是下降时，不在预设的电压上限值1.45V、电压下限值1.37V和电压中位值 1.41V运个通带中，则认为音叉棒1接触物料；
[0028] 2.当音叉棒1处在低料位时，根据经验将音叉棒1接触物料时的电压幅值设定电压 上限值和电压下限值，再计算出电压中位值。例如:预设电压上限值是0.56V，电压下限值是 0.42V，则电压中位值就是0.49V。而实时连续监测出来的电压幅值U9 = 0.55V.U10 = 0.53V.U11 = 0.51V.U12 = 0.54V.则我们认为运四个电压幅值都是在预设的电压上限值 0.56V、电压下限值0.42V和电压中位值0.49V运个通带中，认为电压幅值变化趋势是不变 的，则认为音叉棒1接触物料；当U13 = 0.52V，U14 = 0.54V，U15 = 0.57V，U16 = 0.59V时，电压 幅值变化趋势是上升时，不在预设的电压上限值0.56V、电压下限值0.42V和电压中位值 0.49V运个通带中，则认为音叉棒1没有接触物料。
[0029] 因有时音叉物位计瞬间受到外力撞击或电气受干扰时，使得压电陶瓷接收的振动 信号不稳定，时高时低。而使用将采样的电压幅值和预设的电压上限值、电压下限值和电压 中位值进行比较，能更加准确的监测物位。
[0030] 当S104判断音叉棒1有接触到物料时，则下一步执行步骤S107，输出接触物料提 示。当判断音叉棒1没有接触到物料时，则下一步执行步骤S105。
[0031] 在步骤S107后，再执行步骤S101。
[0032] 通过电压幅值监测判断的原理是运样的：当音叉棒1没有接触到物料时，音叉棒1 产生共振，做简谐振动；当音叉棒1接触到物料时，音叉棒1振动的频率和振幅将减小，导致 振动能量下降，而检测电压幅值的大小是反映振动能量的大小，此时的检测电压幅值是低 于音叉棒1没有接触物料时的电压幅值。
[0033] 在步骤S105中，根据电压幅值和频率的变化趋势判断音叉棒1是否受严重腐蚀，将 连续采样的电压幅值和频率与预设的电压变化阔值和频率变化阔值进行比较，当电压幅值 呈现下降趋势且电压变化幅值大于电压变化阔值，频率呈现上升趋势且频率变化值大于频 率变化阔值时，则执行步骤S106。否则，则执行步骤S101。其中，电压变化幅值为基准电压幅 值减去当前电压幅值的差值，频率变化值为当前频率减去基准频率的差值。
[0034] 通过电压幅值下降和频率上升监测判断的原理是运样的：音叉棒1在正常没有接 触到物料状态下是处于简谐振动状态，由于音叉棒1的频率跟音叉棒1的质量成反比关系， 当音叉棒1受到严重腐蚀时，音叉棒1质量下降，频率上升，所W腐蚀后的频率比基准频率 高；另外，当音叉棒1受到严重腐蚀时，音叉棒1的简谐振动状态被破坏，导致振动能量下降， 而由于监测电压幅值的大小是反映振动能量的大小，所W监测电压幅值比基准电压幅值 低。
[0035] 在步骤S106中，输出腐蚀报警提示。判断音叉棒1为受严重腐蚀状态，提示用户更 换音叉物位计或其他。
[0036] 请参考图2、图3、图5,W下说明音叉物位计监测物位和腐蚀的具体过程。
[0037] 设备上电，监测物位程序运行。
[0038] 首先，运行MCU底层I/O口驱动程序、各功能初始化程序。
[0039] 接着，运行自检程序。自检不通过，则产生自检报警事件，并转回自检程序入口，循 环进行自检。如果通过，则运行循环监测物位程序。
[0040] 在E2PR0M里根据测量现场对检测的实时性、可靠性和音叉本体特性，预先设定电 压幅值上限值V0LJJP和电压幅值下限值V0L_L0W。
[0041 ] 电压中位值V0L_M抓则可W通过求E2PR0M里预先设定的电压上限值V0L_UP和电压 下限值V0L_L0W用算术平均值得出:V0L_Mm)= (V0L_UP+V0L_L0W)/2。