超高精度磁致伸缩液位传感器的实现

　　总体路径

　　通过几何法计算确定油品体积与油罐液位的换算关系，基于不平整的罐车停靠位置考虑，液位受到的倾斜角度影响也需要得到重视，需结合姿态传感器提供的三维坐标描述信息进行叠加。为简化计算，开展三维坐标描述信息与罐体倾斜的数学建模，通过微元法建立无变化位时油面高度与椭圆形罐体罐容的定积分模型，结合等效数学思想，等效倾斜角度纵向变位状态为无变位状态，液体在倾斜放置时的体积能够顺利获取，测量的倾斜角度通过姿态传感器输出，二次修正模型，保证超高精度磁致伸缩液位传感器模型符合要求。以 HART协议为对外接口，兼顾罐车油品体积数据输出和液位计常用输出。

　　细节要点

　　为精确计量液位，需要设法精确测量反射扭力脉冲时间，具体采用时间数字转换器和电压比较器，型号分别为TDC-GP2、 MAX9202，以此完成回波信号时间测量，对于呈纺锤体状包络且近似于正弦波的回波信号，回波检到时间设定为其两波峰之间过零点，回波时间可比较发射波时间得出。

　　在电压比较器的具体应用过程中，选择双比较通道协作形式，设定存在V1比较电压的通道A，对于到达V1的检测波形电压，控制信号由芯片给出，通道 B 由此打开，结合设置为 0 的通道 B 比较电压，通道 B 能够在波形电压过零点时实现信号检出，时间数字转换器接收该信号，此时CPLD控制下的电压比较值（通道 A）变为大于 V1 的 V2，在V2 由通道 A 检出时，通道 B 关闭，电压比较器的过零点检测由此完成。对于变化趋势最快的过零点时电压，最小化计时误差可同时获取，时间精确测量能够在超声波流量计和时间数字转换器支持下完成，存在50ps的典型分辨率。时间数字转换器在受到START和STOP信号间计时，时间值获取后由串行外围设备接口进行传递，最终送至微控制处理器。

　　在设计对外数据接口的过程中，超高精度磁致伸缩液位传感器使用的协议为 HART，其能够满足罐车油品体积数据输出的宽量程和大数据量需要，4-20mA 的液位传感器模拟量输出也能够同时较好满足。对外数据接口设计采用 DS8500 型号的芯片作为HART 调制解调器芯片，数 / 模转换器型号为AD420，HART 调制解调器芯片具体应用如图所示。HART 协议下允许最多存在两个主设备，且能够在第一主设备通讯不受干扰的前提下使用第二主设备，手持通信设备属于典型的第二主设备，其能够与监测、控制系统等第一主设备同时应用，HART调制解调器芯片可通过频移键控实现载波频率变化控制的调制，通过 4～20mA 的模拟信号实现传递及反馈。

　　具体设计需要初始化主程序，在看门狗复位或上电后，设置串口工作方式、波特率，基于准备接收状态，上位机首先发出命令，低电平的载波检测口触发中断，接收由此时启动。主机命令解释完成之后，操作能够随之开展，应答帧也能够同时形成，最终将发送启动，SCI之后关闭。

　　综上所述，超高精度磁致伸缩液位传感器具备较高推广价值。在此基础上，本文涉及的设计目标、硬件框架、细节要点等内容，则直观展示了超高精度磁致伸缩液位传感器设计和实现路径。为更好设计超高精度磁致伸缩液位传感器，超高精度磁致伸缩液位传感器的原位校准功能设计同样需要得到业内人士高度重视。