一种精确流量获取装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术为一种精确流量获取装置及方法，由储水箱、直流电机驱动泵、产生数字信号的流量传感器和产生模拟信号的液面传感器、启动与控制机构以及PC端数据处理模块组成。储水箱模拟实际储存液体容器体积，直流电机驱动泵用于改变实时流量，流量传感器用于获取实时的液体流量，液面传感器用于测量位于容器中的液体绝对体积，启动与控制机构通过AVR单片机输出PWM信号控制泵的转速、获得传感器信号并输出测量参数，数据处理模块将传感器所采集的信号进行处理，利用多传感器反馈数据并设计卡尔曼滤波信号处理算法进行数据融合，实现流量的精确测量。此装置与传统的流量测量方式相比具有精度高，实时测量准确，算法简单计算量小等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种精确流量获取装置及方法
本专利技术涉及一种精确流量获取装置及方法，用于油量获取、自动化喷洒等多个领域。
技术介绍
在电子式控制系统高速发展的今天，精确流量装置广泛应用于航空器、汽车和农业生产等诸多领域。随着经济社会的持续发展，越来越多的领域对精确流量装置提出更多的需求。在有关计量系统的研究中，在传感器及其数据融合方面。白文浩在液面监测实验[1]([1]白文浩.面向液面监测时滞效应的多传感器融合算法[D].长安大学，2017.)中在国内外液面监测技术分析的基础上，从测量精度、可靠度、成本、安装方便性等方面对比各种液面监测技术，选择超声波液面测量法，并针对单传感器测量技术的不足，采用多传感器融合算法，使用多传感器采集数据并且进行数据融合。从准确度和实时性两方面详细讨论了多传感器融合算法。并将采集到的数据使用多传感器融合算法进行融合，交由上位机进行分析。而朱黎在水塔水位的控制实验[2]([2]朱黎.水塔水位的自动控制[J].商，2013(8)：216-216)中，融合多个电容式液面传感器进行监测以提升计量系统输出精度，认为此方案增强了系统的可靠性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种精确流量获取装置，其特征在于，包括：储水箱、直流电机驱动泵、流量传感器、液面传感器、启动与控制模块、及PC端内的数据处理模块；/n储水箱，储水并模拟实际储存液体容器的体积；/n直流电机驱动泵，由一个直流电机和齿轮泵组成，由无刷电调控制直流电机，从而控制齿轮泵的转速，用于改变储水箱中液体流量，模拟不同工况下的液体流量；/n流量传感器，安装在直流电机驱动泵出水端一侧，当液体流过流量传感器内部的磁性转子组件时，冲击磁性转子开始转动，产生不同磁极的旋转磁场，通过切割磁感线，流量传感器内部的霍尔元件产生相应的高低脉冲电平并输出流量信号至PC端；/n液面传感器，安装在储水箱的上方，测量储水箱的液面...

【技术特征摘要】
1.一种精确流量获取装置，其特征在于，包括：储水箱、直流电机驱动泵、流量传感器、液面传感器、启动与控制模块、及PC端内的数据处理模块；
储水箱，储水并模拟实际储存液体容器的体积；
直流电机驱动泵，由一个直流电机和齿轮泵组成，由无刷电调控制直流电机，从而控制齿轮泵的转速，用于改变储水箱中液体流量，模拟不同工况下的液体流量；
流量传感器，安装在直流电机驱动泵出水端一侧，当液体流过流量传感器内部的磁性转子组件时，冲击磁性转子开始转动，产生不同磁极的旋转磁场，通过切割磁感线，流量传感器内部的霍尔元件产生相应的高低脉冲电平并输出流量信号至PC端；
液面传感器，安装在储水箱的上方，测量储水箱的液面高度，产生的液面高度信号输出至PC端，与储水箱截面积相乘得到液体变化体积；
启动与控制模块，以Arduino单片机开发板为平台，通过AVR单片机控制产生电信号启动直流电机，直流电机驱动齿轮泵、流量传感器及液面传感器；通过脉冲宽度调制调压的方法，利用滑调电位器控制，改变齿轮泵的转速以达到不同流量下测量的目的；同时将流量传感器、液面传感器获得的数字的流量信号与模拟的液面高度信号输入至PC端Arduino单片机开发板平台，由Arduino单片机开发板的程序转换为流量大小并在Arduino单片机开发板平台的串口监视器中显示输出；
数据处理模块，基于卡尔曼滤波算法，对PC端接收的流量传感器与液面传感器输出的流量信号与液面高度信号，进行卡尔曼滤波融合处理，最终得到精确的流量值。


2.根据权利要求1所述的一种精确流量获取装置，其特征在于：所述数据处理模块中，卡尔曼滤波算法实现过程如下：
(1)利用当前时刻来自流量传感器和液面传感器的观测值对前一时刻的估计值进行修正得到Dk-1为前一时刻液体流量的最优偏差值；Rk2＝Bk2+Ck2为不确定度；Bk为当前时刻流量传感器的协方差；Ck为当前时刻液面传感器的协方差；Ak为当前时刻预测偏差值，为流量传感器得到的增益权重；为液面传感器得到的增益权重；得到偏差预测方程、滤波增益权重方程为下式：






(2)得到滤波权益增重之后，通过上一时刻流量传感器和液面传感器得到的预测值以及当前时刻得到的流量传感器的流量值Yk和当前时刻得到的液面传感器的流量值Zk，得到滤波估计方程如下：






其中为当前时刻用流量传感器得到的估计值，为当前时刻用液面传感器得到的估计值，为当前时刻融合后得到的流量估计值。


3.根据权利要求1所述的一种精确流量获取装置，其特征在于：所述储水箱中设置有压力传感器，用于测量储水箱内实际液面高度，PC端通过Arduino单片机开发板监测，液面高度过低时及时停止装置，确保直流电机驱动泵的正常工作。


4.根据权利要求1所述的一种精确流量获取装置，其特征在于：所述直流电机驱动泵为无刷直流电机驱动的齿轮泵，用于改变液体实际流量...

【专利技术属性】
技术研发人员：安斯奇，吕东晓，陈思成，徐星辰，曽钰峻，王玥峰，
申请(专利权)人：中国民用航空飞行学院，
类型：发明
国别省市：四川;51