一种液氮液位检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种液氮液位检测方法及装置。其中的方法包括：预先根据实际的实验测量数据建立状态空间模型，并生成包括一组分布特征满足液位先验概率分布的粒子的粒子集；通过设置在灌注液氮的容器顶部的传感器测量得到当前的温度数据；根据所述状态空间模型、粒子集和当前的温度数据，计算得到当前液面高度的估计值；通过粒子滤波算法对计算得到的当前液面高度的估计值进行修正，得到修正后的当前液面高度的估计值。通过使用本发明专利技术所提供的液氮液位检测方法及装置，可以很好的消除高温超导体磁悬浮列车运行过程中的振荡干扰，对车载杜瓦液氮液位进行准确的检测，得到更接近于真实值的液氮液位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高温超导磁悬浮列车试验运行参数测量技术，特别涉及一种液氮液位检测方法及装置。
技术介绍
与以电磁吸力和电磁斥力为基础的电磁悬浮(EMS)和电动悬浮(EDS)技术相比，高温超导磁悬浮技术依靠高温超导体块材与外部磁场之间的磁通钉扎作用实现无源自稳定悬浮。高温超导磁悬浮技术通过将超导块材浸泡在液氮中，使其温度降低进入超导状态，进入超导态的超导块材与外磁场作用可达到稳定悬浮。该技术无需主动控制，且结构简单，因此已经成为实用磁悬浮技术的理想选择之一。西南交通大学于2000年研制成功世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车，此后开展的大量针对悬浮、导向和驱动方面的研究工作大大推进了高温超导磁悬浮列车的实用化发展。在进行上述研究工作中，需要对实际运行中的超导磁浮车运行状态参数进行监测，尤其是车载杜瓦内的液氮余量。在整个列车运行过程中，必须保证超导体浸没在液氮里面，避免发生失超现象。高温超导体失超将导致列车失去悬浮力，和轨道发生摩擦甚至脱轨。然而，由于车载杜瓦的金属材质和真空绝热特性，无法用肉眼观察容器内的剩余液氮液位高度，所以必须使用合适的液位检测方法对液氮液位进行检测，判断是否需要及时加注液氮。目前，现有技术中的液氮液位检测方法只能进行静态检测。然而，在车辆实际运行过程中，车载杜瓦会以一定频率随车辆振动，其振动频率受复杂的车辆运行情况影响，如加速、减速、过弯、上下坡、外部干扰等。因此，现有技术中的检测方法都难以保证较高的测量精度，所以有必要使用一种新的液氮液位检测方法对车载杜瓦液氮液位进行准确的检测。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种液氮液位检测方法及装置，从而可以对灌注液氮的容器的液氮液位进行准确的检测，很好的消除灌注液氮的容器(例如，高温超导体磁悬浮列车上的车载杜瓦)在运行过程中的振荡干扰，得到更接近于真实值的液氮液位。本专利技术的技术方案具体是这样实现的：一种液氮液位检测方法，该方法包括如下步骤：A、预先根据实际的实验测量数据建立状态空间模型，并生成包括一组分布特征满足液位先验概率分布的粒子的粒子集；B、通过设置在灌注液氮的容器顶部的传感器测量得到当前的温度数据；C、根据所述状态空间模型、粒子集和当前的温度数据，计算得到当前液面高度的估计值；D、通过粒子滤波算法对计算得到的当前液面高度的估计值进行修正，得到修正后的当前液面高度的估计值。较佳的，该方法还进一步包括：E、当当前采样点不是最后一个采样点时，根据修正后的当前液面高度的估计值对粒子集进行重采样和加权，返回执行步骤B；当当前采样点为最后一个采样点时，则结束流程。较佳的，所述预先根据实际的实验测量数据建立状态空间模型包括：根据不同工况下静态蒸发实验的液氮蒸发特征数据，得到液氮蒸发经验公式，并根据液氮蒸发经验公式建立系统状态转移方程；对灌注液氮的容器进行模拟振荡试验和实测振荡试验，对试验数据进行分析，统计测试噪声分布模型，建立系统观测方程；根据所述系统状态转移方程和系统观测方程建立状态空间模型。较佳的，所述系统状态转移方程为：hk＝hk-1+Δh+ξk-1；其中，h为设置在灌注液氮的容器顶部的传感器到容器内的液氮液面的距离，脚标k和k－1分别示不同时间的变量序列；Δh为液氮液面的下降速度，ξk-1为系统噪声。较佳的，所述系统状态转移方程为：Tk＝TLN+a·hk+ηk其中，Tk为设置在灌注液氮的容器顶部的传感器在第k个时刻所测得的温度，TLN为液氮温度，a为温度分布系数，ηk为观测噪声。较佳的，所述设置在灌注液氮的容器顶部的传感器为铂电阻温度传感器。本专利技术还提供了一种液氮液位检测装置，该装置包括：至少两个传感器、信号采集单元、数据发送单元、液面高度估计单元和存储器；所述传感器分别设置在灌注液氮的容器内的顶部和底部；信号采集单元，用于接收设置在灌注液氮的容器内的顶部的传感器测量得到当前的温度数据，并将接收到的温度数据存储在存储器中并发送给所述数据发送单元；所述数据发送单元，用于将温度数据发送给液面高度估计单元；所述液面高度估计单元，用于预先根据实际的实验测量数据建立状态空间模型，并生成包括一组分布特征满足液位先验概率分布的粒子的粒子集；根据所述状态空间模型、粒子集和当前的温度数据，计算得到当前液面高度的估计值；通过粒子滤波算法对计算得到的当前液面高度的估计值进行修正，得到修正后的当前液面高度的估计值，并显示所述修正后的当前液面高度的估计值；所述存储器，用于存储温度数据。较佳的，所述液面高度估计单元，还用于当当前采样点不是最后一个采样点时，根据修正后的当前液面高度的估计值对粒子集进行重采样和加权，使用重采样后的粒子集结合传感器测量得到的下一时刻的温度数据，估计下一时刻的当前液面高度的估计值，直到对最后一个采样点完成上述操作。较佳的，所述传感器为铂电阻温度传感器。较佳的，所述数据发送单元为无线传输装置或有线传输装置。如上可见，在本专利技术所提供的液氮液位检测方法及装置中，由于使用温度传感器作为测温元件测量灌注液氮的容器内的温度变化情况，将粒子滤波算法应用到液氮液位状态估计之中，从而可以很好的消除灌注液氮的容器(例如，高温超导体磁悬浮列车上的车载杜瓦)在运行过程中的振荡干扰，对灌注液氮的容器的液氮液位进行准确的检测，得到更接近于真实值的液氮液位。附图说明图1为本专利技术实施例中的液氮液位检测方法的流程示意图。图2为本专利技术一个具体实施例中的液氮液位检测方法的流程示意图。图3为本专利技术实施例中的液氮液位检测装置的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本专利技术进一步详细说明。如果在灌注液氮的容器(例如，车载杜瓦)的顶部和底部分别设置两个温度传感器(例如，在车载杜瓦的顶部设置第一温度传感器Sensor1，用于检测液氮液位变化；在车载杜瓦的底部设置第二温度传感器Sensor2，用于限值报警，一旦位于底部的Sensor2温度高于预设阈值，则系统进行紧急制动并报警)，则根据所做静态蒸发实验测得数据可知，灌注液氮的容器内的液氮液位随液氮蒸发而逐渐降低，同时Sensor1测得的温度会随之升高；并且，液氮液位的降低随时间变化基本呈线性关系，Sensor1所测得的温度随液位降低也呈线性变化。但是，由于在运行过程中列车的车身会发生振动，灌注液氮的容器的液氮也会随之产生一定频率的振荡，因此此时Sensor1所测得的温度并不是线性变化，而是存在大幅度的抖动干扰，因此无法直接由测得温度根据经验公式直接得出液氮液位。所以，在本专利技术的具体实施例中，提供了一种液氮液位检测方法及装置，从而可以对灌注液氮的容器的液氮液位进行准确的检测，很好的消除灌注液氮的容器(例如，高温超导体磁悬浮列车上的车载杜瓦)在运行过程中的振荡干扰，得到更接近于真实值的液氮液位。图1为本专利技术实施例中的液氮液位检测方法的流程示意图。如图1所示，本专利技术实施例中的液氮液位检测方法主要包括如下所述的步骤：步骤11，预先根据实际的实验测量数据建立状态空间模型，并进行粒子集初始化，即生成包括一组分布特征满足液位先验概率分布的粒子的粒子集。在本专利技术的技术方案中，在进行当前液面高度的估计之前，需要预先建立一个状态空间模型，并生成包括一组分布特征满足液位先验概率分布的粒子的粒子集，即进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液氮液位检测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：A、预先根据实际的实验测量数据建立状态空间模型，并生成包括一组分布特征满足液位先验概率分布的粒子的粒子集；B、通过设置在灌注液氮的容器顶部的传感器测量得到当前的温度数据；C、根据所述状态空间模型、粒子集和当前的温度数据，计算得到当前液面高度的估计值；D、通过粒子滤波算法对计算得到的当前液面高度的估计值进行修正，得到修正后的当前液面高度的估计值。

【技术特征摘要】
1.一种液氮液位检测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：A、预先根据实际的实验测量数据建立状态空间模型，并生成包括一组分布特征满足液位先验概率分布的粒子的粒子集；B、通过设置在灌注液氮的容器顶部的传感器测量得到当前的温度数据；C、根据所述状态空间模型、粒子集和当前的温度数据，计算得到当前液面高度的估计值；D、通过粒子滤波算法对计算得到的当前液面高度的估计值进行修正，得到修正后的当前液面高度的估计值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还进一步包括：E、当当前采样点不是最后一个采样点时，根据修正后的当前液面高度的估计值对粒子集进行重采样和加权，返回执行步骤B；当当前采样点为最后一个采样点时，则结束流程。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先根据实际的实验测量数据建立状态空间模型包括：根据不同工况下静态蒸发实验的液氮蒸发特征数据，得到液氮蒸发经验公式，并根据液氮蒸发经验公式建立系统状态转移方程；对灌注液氮的容器进行模拟振荡试验和实测振荡试验，对试验数据进行分析，统计测试噪声分布模型，建立系统观测方程；根据所述系统状态转移方程和系统观测方程建立状态空间模型。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述系统状态转移方程为：hk＝hk-1+Δh+ξk-1；其中，h为设置在灌注液氮的容器顶部的传感器到容器内的液氮液面的距离，脚标k和k－1分别示不同时间的变量序列；Δh为液氮液面的下降速度，ξk-1为系统噪声。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述系统状态转移方程为：Tk＝TLN+a·hk+ηk其中，Tk为设置在灌注液氮的容器顶...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓自刚，任愈，胥译欢，张玉蕾，郑珺，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51