一种发电机密封油箱超声波测量报警装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种发电机密封油箱超声波测量报警装置，采用超声波传感器原理完成测量报警工作，它包括信号处理装置和分别与之相连的信号发送装置、信号接收装置，信号发送装置包括超声波发射器及其连接的外围放大器，信号接收装置包括超声波接收器及其连接的滤波电路，信号处理装置包括单片机芯片以及分别与之相连的温度传感器、数字显示器和信号报警器。由单片机输出方波信号，利用外中断口监测接收返回信号，并将数据处理进行显示及报警。本装置采用非接触式检测法，测量精度高，抗干扰能力强，安全效能得到很大提高，但较干簧管系统而言，使用造价相对较高，因而适用一些安全系数或工作精度要求相对较高的环境。
【专利说明】一种发电机密封油箱超声波测量报警装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及测量、控制技术及装置领域，尤其涉及一种发电机密封油箱超声波测量报警装置。
【背景技术】
[0002]当前大容量汽轮发电机大多采用氢冷方式，凡采用氢冷方式的发电机就必须设置相应的轴封装置即油密封装置，其供油系统有两路各自独立而又互相联系的油路组成，一为空侧油路，一为氢侧油路。密封油箱是氢侧油路的独立油箱，接收氢侧密封瓦的回油，为氢侧密封油泵提供油源，进行油氢分离，在发电机密封油系统中起着极为重要的作用，所以油箱上的测量液位及报警信号装置也显得十分重要。
[0003]油箱液位测量报警装置多采用的是干簧管，正常时干簧管接点断开，遇到磁性物体，如液位磁性浮子时接点闭合，从而实现信号的采集。虽然测量敏感，但由于干簧管长时间受磁铁影响，自身带磁，易造成信号误发和控制回路误动作，而且处于交流220V电路中，易形成接点积碳或烧蚀现象，使接点失效造成油位失控，油箱内油位过高或过低都会引起发电机密封瓦氢、空侧油压波动，甚至可能造成氢气泄漏，引发恶性事故。
[0004]超声波测距方法在众多领域已得到广泛应用，如申请号为200920228190.7的实用新型提供了一种超声波汽油箱油位传感器，包括探头、信号发生器、数据采集装置和数据处理装置。探头上装有反接的信号发生器和数据采集装置，信号发生器和数据采集装置分别与数据处理装置相连接。探头上装有反接的超声波发射/接收装置，所述传感器还包括滤波器、放大器、检波器、CPU，它们依次相接；超声波发射/接收装置用作信号发生器和数据采集装置，滤波器、放大器、检波器、CPU用作数据处理装置。该传感器价格较低，非接触测量精度高，高度可编程，抗干扰能力强，以及申请号为201010033387.2的的发明专利提供了一种用超声波液位计测量液位的传感装置，属于超声波测量【技术领域】，其特征是在现有技术基础上，在超声波液位计与被测液体表面之间安装有传感装置，其构造是上端是一个保持水平位置的、圆饼状的、表面光滑的反射板，反射板下表面中心位置与一垂直于反射板的连杆相连接，连杆中部活套在两个支架端部的圆环中，支架的另一端固定连接在容器内壁上，连杆下端与浮球连接在一起，浮球有一半漂浮在液面上。测量液位时，将超声波液位计发出的超声波反射在反射板的上表面，即可测出反射板上表面到液体底部的高度，将该高度值减去反射板的厚度以及连杆的长度和浮球的半径值，即可得到液体表面准确的液位数值，所以完全可以通过一定的方法将超声波测距原理应用于发电机密封油箱之中。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提供一种发电机密封油箱超声波测量报警装置，采用非接触式检测法，测量精度高，报警效果好，抗干扰能力强，安全效能能够得到很大提高。
[0006]为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是:一种发电机密封油箱超声波测量报警装置，包括信号处理装置和分别与之相连的信号发送装置、信号接收装置，所述信号发送装置包括超声波发射器及其连接的外围放大器，所述信号接收装置包括超声波接收器及其连接的滤波电路，所述信号处理装置包括单片机芯片以及分别与之相连的温度传感器、数字显示器和信号报警器。
[0007]所述超声波发射器由超声波发射换能器与多个反相器组成。
[0008]所述超声波接收器由超声波接收换能器与接收芯片组成。
[0009]所述滤波电路为阻容耦合形式的两级放大滤波电路。
[0010]所述接收芯片为红外线检波接收电路集成芯片。
[0011]所述单片机芯片为MCS-51系列可编程微控制器。
[0012]本实用新型工作时，单片机可以通过内部硬件设定或封装子程序的调取，实现采样、比较、中断、脉冲信号发出等一系列操作，例如通过子程序控制功能引脚输出信号脉冲群，以推挽形式加到放大器的初级，推挽方式为低阻，用来保证口线上不分走电压或分走极小的电压，放大器升压后，信号推动超声波发射换能器发射出去。在接触到反射面后，超声波接收换能器将接收到的障碍物反射波传送到滤波放大器进行放大滤波，这是一个阻容耦合形式的高增益、低噪声放大器，在对放大后的信号进行检波后，将检测回波送回单片机接收端，完成信号采集过程。
[0013]单片机一方面将接收到的检波信号转换为通用数字信号，传输给外部连接的数字显示器，另一方面将数字信号与内部程序存储的临界报警值进行大小比较，若达到或超过临界报警值，执行中断子程序，并将报警信号传输给外部信号报警器，从而实现显示与报警功能。由于超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差τ，然后求出距离S=C*T/2，式中的C为超声波波速，此波速受传输介质温度影响，故而单片机外围连接温度传感器，通过检测的不同温度值，调用不同温度下的波速值，使计算距离更加准确。
[0014]本实用新型采用超声波测距法，测量精度和安全效能得到很大提高，但较干簧管系统而言，使用造价相对较高，因而适用一些安全系数或工作精度要求相对较高的环境。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型的结构示意图。
[0016]图2是本实用新型的发射驱动电路图。
[0017]图3是本实用新型的接收滤波电路图。
[0018]图4是单片机测量的主程序流程图。
[0019]图5是单片机测量的定时中断子程序流程图。
[0020]图6是单片机测量的外部中断子程序流程图。
【具体实施方式】
[0021]如图1至图6所示:一种发电机密封油箱超声波测量报警装置，包括信号处理装置和分别与之相连的信号发送装置、信号接收装置。
[0022]信号发送装置包括超声波发射器及其连接的外围放大器，其中超声波发射器由超声波发射换能器与多个反相器组成发射驱动电路，由单片机外接引脚输出脉冲群作为驱动输入信号，此信号为脉宽250 μ s,载波40kHz的方波信号,信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推挽形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采两个反向器并联，用以提高驱动能力。上位电阻Rl、R2—方面可以提高反向器输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间，反相器可选取抗干扰能力强的六反相施密特触发器，如74LS14。
[0023]信号接收装置包括超声波接收器及其连接的滤波电路，其中，超声波接收器由超声波接收换能器与接收芯片组成，接收芯片为红外线检波接收电路集成芯片，如集成芯片CX20106A，具有很好的灵敏度和较强的抗干扰能力。通过适当更改输出端电容的大小，还可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。接收芯片的信号在传输到单片机之前，要经过滤波电路，滤波电路为阻容耦合形式的两级放大滤波电路，将芯片输入信号，通过引入电容到共射级电路T1的基极，由T1放大后反映在T1集电极上，再经下级引入电容到T2，放大后反映在T2集电极上，最后得到输出信号通过OUT端口输出。
[0024]信号处理装置包括单片机芯片以及分别与之相连的温度传感器、数字显示器和信号报警器。单片机芯片为MCS-51系列可编程微控制器，采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差，可以通过内部硬件设定或封装子程序的调取，实现采样、比较、中断、脉冲信号发出等一系列操作。本实用新型中，单片机用预设P端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，利用外中断口监测超声波接收电路输出的返回信号，随后一方面将接收到的返回信号转换为通用数字信号，传输给外部连接的数字显示器，另一方面将数字信号与内部程序存储的临界报警值进行大小比较，若达到或超过临界报警值，执行中断子程序，并将报警信号传输给外部信号报警器，从而实现显示与报警功能。
[0025]由于超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差T，然后求出距离S=C*T/2，式中的C为超声波波速，此波速受传输介质温度影响，故而单片机外围连接温度传感器，通过检测的不同温度值，调用不同温度下的波速值，例如油箱内温度为0°C时，计算子程序可调用声波速度为323 m/s ;当油箱内温度为30°C时，计算子程序可调用声波速度为349 m/s，这样可以使计算距离更加准确。
【权利要求】
1.一种发电机密封油箱超声波测量报警装置，其特征在于:包括信号处理装置和分别与之相连的信号发送装置、信号接收装置，所述信号发送装置包括超声波发射器及其连接的外围放大器，所述信号接收装置包括超声波接收器及其连接的滤波电路，所述信号处理装置包括单片机芯片以及分别与之相连的温度传感器、数字显示器和信号报警器。
2.如权利要求1所述的超声波测量报警装置，其特征在于:所述超声波接收器由超声波接收换能器与接收芯片组成。
3.如权利要求1所述的超声波测量报警装置，其特征在于:所述超声波发射器由超声波发射换能器与多个反相器组成。
4.如权利要求1所述的超声波测量报警装置，其特征在于:所述滤波电路为阻容耦合形式的两级放大滤波电路。
5.如权利要求1所述的超声波测量报警装置，其特征在于:所述单片机芯片为MCS-51系列可编程微控制器。
6.如权利要求2所述的超声波测量报警装置，其特征在于:所述接收芯片为红外线检波接收电路集成芯片。
【文档编号】G01F23/296GK204007794SQ201420398488
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】时伟, 王飞, 李春晖 申请人:国家电网公司, 镇平县电业局