[发明专利]一种液压传输管道气泡监控装置

摘要

本发明公开了一种液压传输管道气泡监控装置，包括：绝缘管道（1）、金属电极（2）、信号处理电路（3）、数据采集处理模块（4）、图像重建计算机（5）；信号处理电路（3）与数据采集处理模块（4）通过排线连接，数据采集处理模块（4）与图像重建计算机（5）通过USB接口连接；金属电极（2）沿轴向等间距安装在绝缘管道（1）的外壁上，每个金属电极（2）与各自对应的信号处理电路（3）固定连接。通过相敏解调实现对管内被测介质电容值的计算并成像，从而实现监控作用。本发明具有价格低廉，操作性优良的特点，同时具有高的响应速度；其结构设计简单牢固，抗老化性好，能支持长时间连续使用。

主权项

一种液压传输管道气泡监控装置，包括：绝缘管道（1）、金属电极（2）、信号处理电路（3）和数据采集处理模块（4），其特征在于还包括：图像重建计算机（5），其中，信号处理电路（3），包括：正弦激励器（6）、传输接口（8）、第一开关（7）、运算放大器（9）、实部方向乘法器（10）、虚部方向乘法器（12）、实部方向低通滤波器（11）、虚部方向低通滤波器（13）、第二开关（14）、控制总线（16）和数据总线（15）；数据采集处理模块（4），包括：USB通讯器（21）、数字信号处理器（18）、复杂可编程逻辑器件（19）、通用阵列逻辑器（20）和模/数转换器（17）；金属电极（2）与信号处理电路（3）的数量均为N个，每个金属电极（2）沿轴向等间距地安装在绝缘管道（1）外壁上并与各自对应的信号处理电路（3）固定连接；每一个信号处理电路（3）控制端与数据采集处理模块（4）控制端通过排线连接，数据采集处理模块（4）控制端以及输出端均与图像重建计算机（5）通过USB接口连接； 正弦激励器（6）输出端与第一开关（7）的第一端口电线连接，第一开关（7）的第二端口与传输接口（8）电线连接，第一开关（7）的第三端口与运算放大器（9）的反向输入端电线连接，运算放大器（9）的输出端分别与实部方向乘法器（10）第一输入端、虚部方向乘法器（12）的第一输入端电线连接，实部方向乘法器（10）的输出端与实部方向低通滤波器（11）的输入端电线连接，虚部方向乘法器（12）的输出端与虚部方向低通滤波器（13）的输入端电线连接，实部方向低通滤波器（11）的输出端与第二开关（14）的第一端口电线连接，第二开关（14）的第二端口与虚部方向低通滤波器（13）的输出端电线连接，第二开关（14）的第三端口与数据总线（15）电线连接，第一开关（7）的控制端口和第二开关（14）的控制端口分别与控制总线（16）电线连接；数字信号处理器（18）控制端分别与复杂可编程逻辑器件（19）的输入端、模/数转换器（17）的输出端与控制端、USB通讯器（21）电线连接，复杂可编程逻辑器件（19）的输出端分别与模/数转换器（17）的控制端以及通用阵列逻辑器（20）的输入端电线连接，模/数转换器（17）的输入端与数据总线（15）电线连接；控制总线（16）上的控制信号控制第一开关（7）和第二开关（14）的开关状态；开始工作时，正弦激励器（6）产生两路同频率的激励信号；当正弦激励器（6）产生激励信号后，数据采集处理模块（4）控制第一个信号处理电路（3）让其进入激励模式，正弦激励器（6）产生的实部方向激励信号通过该信号处理电路（3）的第一开关（7）流入传输接口（8）到达金属电极（2）上，并利用绝缘管道（1）外壁上安装的金属电极（2）与绝缘管道（1）内流体形成的耦合电容，将该信号耦合到绝缘管道（1）内，实现激励功能；数据采集处理模块（4）分别控制第二个信号处理电路（3）至第N个信号处理电路（3）让其进入检测模式，正弦激励器（6）产生的激励信号通过第一开关（7）从传输接口（8）流入运算放大器（9）的输入端，再并行到达实部方向乘法器（10）与虚部方向乘法器（12）；在实部方向乘法器（10）中，该激励信号作为实部方向乘法器（10）的一个输入，同时正弦激励器（6）产生的实部方向电压V1作为实部方向乘法器（10）的另一个输入，这两路输入在实部方向乘法器（10）中相乘得到一路输出；在虚部方向乘法器（12）中，该激励信号作为虚部方向乘法器（12）的一个输入，同时正弦激励器（6）产生的虚部方向电压V2作为虚部方向乘法器（12）的另一个输入，这两路输入在虚部方向乘法器（12）中相乘得到另一路输出；上述两路输出分别经过实部方向低通滤波器（11）与虚部方向低通滤波器（13），到达实部方向低通滤波器（11）和虚部方向低通滤波器（13）的输出端，进而得到两路直流电压；然后通过控制总线接通第二开关（14）的第一端口和第三端口，断开第二端口，使实部方向低通滤波器（11）的输出信号经第二开关（14）流入数据总线（15）；再接通第二开关（14）的第二端口和第三端口，断开第一端口，使虚部方向低通滤波器（13）的输出信号经第二开关（14）流入数据总线（15）；图像重建计算机（5）实现图像重建，第一个信号处理电路（3）进入激励模式，其他所有的信号处理电路（3）均进入检测模式并完成信号检测后，数据采集处理模块（4）控制第二个信号处理电路（3）进入激励模式，并控制第三个信号处理电路（3）至第N个信号处理电路（3）进入检测模式并完成信号检测，接着数据采集处理模块（4）控制第三个信号处理电路（3）进入激励模式，并控制第四个信号处理电路（3）至第N个信号处理电路（3）进入检测模式并完成信号检测，并按此种规律依次往下进行，直到第N‑1个信号处理电路（3）进入激励模式，第N个信号处理电路（3）进入检测模式并完成对信号的检测后，整个测量过程结束；所有进入检测模式的信号处理电路（3）产生的直流电压信号通过数据总线（15）传递到数据采集处理模块（4），并经过A/D转换以及滤波处理后发送给图像重建计算机（5）来计算得到被测流体的电容值，从而利用各电极对之间的电容值重建绝缘管道截面上气泡分布的图像。