重力式毛细管粘度仪高精度自动计时方法技术

本发明专利技术公开了一种重力式毛细管粘度仪高精度自动计时方法：以光电传感器为液位检测部件，利用间歇采样方法和变采样率技术，采用罗曼诺夫斯基准则和基于最小二乘法曲线拟合方法，分别确定计时起点和计时终点，从而获得被测液体流经重力式毛细管粘度仪计时起点刻度线与计时终点刻度线的时间。该方法包括以下步骤：（１）液位检测电压采集与预处理；（２）非计时刻度线区液位检测电压变化曲线方程的确定；（３）计时刻度线区曲线拟合起点的确定；（４）计时刻度线区液位检测电压变化曲线方程的确定；（５）间歇采样的间歇时间ｔ↓［Ｇ］的模糊自适应确定。

【技术实现步骤摘要】

，本专利技术涉及一种自动计时方法，具体地说， 涉及一种重力式毛细管粘度测试仪器的高精度自动计时方法，属于光机电检测与信号处理领 域，也可用于其它领域的液位检测。
技术介绍
重力式毛细管粘度仪因原理简单、测量精度高，广泛应用于化工、纺织、医药、国防等 行业，它通过测量牛顿液体流经粘度管的计时起点刻度线与计时终点刻度线之间的时间差， 确定牛顿液体的粘度，因此，高精度计时是实现重力式毛细管粘度仪自动粘度测量的关键技 术之一。现有的重力式毛细管粘度仪计时方法有(1)传统的方法是通过人眼判断被测液体的凹 型液面流经粘度管计时刻度线，并配合秒表完成，这种方法工作效率低且测量误差大；(2) 以光电开关或光纤传感器为检测部件，根据液位变化时检测部件的输出电压不同，利用比较 电路和波形整形电路，完成计时起点刻度线和计时终点刻度线的检测，这种方法可以实现自 动计时，但没有考虑因不同被测液体液位改变而造成的检测电压的差异，也没有考虑被测液 体下降时产生的凹形液面对检测精度的影响，因此必然会产生较大的检测误差；(3)以光电传感器为检测部件，根据液位变化时，因凹型液面存在而使得检测部件的输出电压会产生一 个峰值(最小值)，利用微控制器，采用峰值检测方法，自动完成计时起点刻度线和计时终点 刻度线的检测，这种方法考虑了凹型液面对检测精度的影响，但同时却产生一个最大误差为 采样间隔时间的计时误差，考虑到硬件的限制而使得液位信息采样率不能太高，因此这种方 法也会存在较大的检测误差。
技术实现思路
为克服己有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种重力式毛细管粘度仪高精度自动计 时方法，该方法能够准确、实时完成重力式毛细管粘度仪自动计时，检测精度高，误差小。参见附图1，被测液体在粘度管中由于吸附作用和表面张力的作用，其表面呈近似球形 凹面，当被测液体的凹型液面没有处在计时刻度线时，即凹型液面处在非计时刻度线区，其 检测到的液位电压几乎保持不变；当被测液体的凹型液面下降到计时刻度线时，即凹型液面 处在计时刻度线区，光电检測部件红外光发射部分发出的红外光经液面反射、折射，接收部 分接收的红外光大大衰减，其产生的液位检测电压随之减小，经信号调理、模数转换得到的 电压信号较正常时发生改变。同时，凹型液面完全流过计时刻度线需要一定时间，因此液位检测电压不能突变，而是一个与液体下降速度有关的缓慢变化过程，该变化过程与被测液体 的粘度密切相关，该变化过程对重力式毛细管粘度仪的检测精度(即计时精度)产生极大的 影响。基于以上分析，本专利技术提出的，其特征在于， 以光电传感器为液位检测部件，利用间歇釆样方法，当凹型液面处于非计时刻度线区时，采 用最大的采样间歇时间，得到非计时刻度线区的液位检测电压，求得该计时刻度线区检测电 压方程(该区域的液位检测电压几乎不变，电压曲线为一水平直线)，记为/。；当凹型液面处 于计时刻度线区时(即以计时刻度线为中心的某个邻域，液位检测电压开始变化的区域)，利 用变采样率技术，调整采样间歇时间，通过检测重力式毛细管粘度仪中被测液体的液位电压 变化值，利用罗曼诺夫斯基准则，确定曲线拟合的起点，采用基于最小二乘法曲线拟合方法， 求得计时刻度线区检测电压的曲线方程，记为//， //与/。的交点即为计时点，通过上述方法找 到计时起点并自动开始计时，记为利用同样的方法，找到计时终点并自动停止计时，记 为A，两者之差即为被测液体流经重力式毛细管粘度仪计时起点刻度线与计时终点刻度线的 时间。它包括以下步骤(1)液位检测电压采集与预处理以光电传感器为液位检测部件，利用模数转换器，完成液位检测电压的采集。由于液位 检测电压受噪声和其它外界信号干扰，微控制器或其他嵌入式系统设备利用一种数字滤波方 法完成采样信号的预处理，该方法连续采样2个液位检测电压，并对其按从小到大顺序排列得到;c;，去掉前、后各『个采样值，对其余G-2W个》进行均值滤波，即以",为第^时刻的液位采样电压。(2)非计时刻度线区液位检测电压方程的确定 非计时刻度线区的液位检测电压几乎不变，电压变化曲线为一水平直线，因此其值可为 非计时刻度线区的窗口长度为&、去极大极小值后的滑窗均值滤波值，即<formula>formula see original document page 4</formula>式中，W似("("+ '))表示取极大值；W/W 0(" + /))表示取极小值。(3)计时刻度线区曲线拟合起点的确定 非计时刻度线区液位信息平稳，液位检测电压变化量小；而当进入计时刻度线区时，液位检测电压变化量大。以非计时刻度线区液位检测电压一阶差分的标准差^为先验知识，根据粗大误差的剔除方法，可以很方便地判断被测试样的液位是否已经进入计时刻度线区。设",为/时刻液位检测电压，",-1为/-1时刻液位检测电压，A",为,时刻w,的一阶差分，即<formula>formula see original document page 5</formula>(3)当液位检测数据较少时，采用罗曼诺夫斯基检验准则，即<formula>formula see original document page 5</formula>(4) 可以判别第/'点是否可能处于计时刻度线区。式中，^i为检验系数，可根据检测数据的个数，通过查表得到；^;为对非计时刻度线区液位检测电压(不包含第/点检测电压)的一阶差分进行窗口为&的滑动窗口均值滤波结果，即<formula>formula see original document page 5</formula>(5)式中，^为不含第/点液位检测电压一阶差分的标准差，即<formula>formula see original document page 5</formula>(6)如果第M点液位检测电压的一阶差分AMM满足式(4)，利用变采样率技术，改变间歇采 样的间歇时间，如果同时第M点后面连续^点均有A",^0，系统则判定第M点为计时刻度线 区曲线拟合起点，即<formula>formula see original document page 5</formula> (7)当丄A产1时，系统即判定第M点为计时刻度线区曲线拟合起点。(4)计时刻度线区液位检测电^方程的确定采用基于最小二乘法曲线拟合方'法，求得计时刻度线区检测电压的曲线方程。经多次实验发现，计时刻度线区液位检测电压方程近似为一条直线//，设其方程为<formula>formula see original document page 5</formula>(8)式中，a、 6为待定参数。当凹型液面处于计时起点刻度线区时，以M点为起点，连续采样W点液位检测电压，去 掉第W点和第M点，对W-2个液位检测电压数据按式(8)进行拟合，有<formula>formula see original document page 6</formula>解方程(9)，并将式(10)、 (11)代入方程(9本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种重力式毛细管粘度仪高精度自动计时方法，其特征在是：以光电传感器为液位检测部件，利用间歇采样方法和变采样率技术，采用罗曼诺夫斯基准则和基于最小二乘法曲线拟合方法，分别确定计时起点和计时终点，从而求得被测液体流经重力式毛细管粘度仪计时起点刻度线与计时终点刻度线的时间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：滕召胜，林海军，杨圣洁，迟海，谢彩云，吴阳平，杨平涛，周文杰，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43[]