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专利号: 2022106153433
申请人: 河南工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种液位监测系统,其特征在于,所述液位监测系统包括液位监测装置和报警装置,液位监测装置包括液位检测组件、处理器和无线通讯组件;液位检测组件包括非接触式液位检测组件和倾角检测组件,非接触式液位检测组件包括多个设置在待监测容器外壁周侧的非接触式液位传感器,分别用于检测待监测容器内的液位数据;倾角检测组件包括水平放置在待监测容器上方的倾角传感器,倾角传感器包括加速度计和陀螺仪,分别用于检测待监测容器发生倾角的第一三轴角度数据和第二三轴角度数据;

处理器分别与非接触式液位检测组件和倾角检测组件通讯连接,用于根据第一三轴角度数据和第二三轴角度数据进行姿态融合,根据融合结果获取待监测容器内液位倾斜角度,并根据液位倾斜角度修正非接触式液位检测组件所检测的液位数据;其中,姿态融合包括卡尔曼滤波姿态融合,所述卡尔曼滤波姿态融合包括:(1)基于倾角和倾角角速度之间的导数关系系统,以真实倾角角度 和采用加速度计估算出陀螺仪常值偏差 分别作为状态参量,获取相应状态方程和测量方程:式中,ωgyro为包含固定偏差的陀螺仪输出角速度, 为加速度计经处理后得到的角速度值,wg为陀螺仪测量噪声,b为陀螺仪漂移误差;

(2)获取系统采样周期T对应的状态方程和测量方程:

式中,X(k)为k时刻的估算倾角,Vi(k)为加速度在k时刻的角速度;

(3)基于卡尔曼滤波滤波器获得k时刻的最优预测倾角X(k∣k):X(k∣k)=X(k∣k‑1)+K(k)(Z(k)‑HX(k∣k‑1))其中,X(k∣k‑1)为k时刻的预测倾角,根据k‑1时刻的最优预测倾角X(k‑1∣k‑1)对k时刻的估算倾角X(k)进行校正获得:X(k∣k‑1)=AX(k‑1∣k‑1)+BU(k);

式中, U(k)为控制输入参数,B是对应的控制输入增益;

T T

H=[1 0],K为卡尔曼增益:K(k)=P(k∣k‑1)H/(HP(k∣k‑1)H+R);

T

式中,H 为H的转置矩阵,R为系统过程测量误差的协方差:R=[racce],racce为加速度计T T和陀螺仪测量误差;P(k∣k‑1)为X(k∣k‑1)的协方差,P(k∣k‑1)=AP(k‑1∣k‑1)A+Q;其中,A表示A的转置矩阵,Q是系统过程的噪声协方差, qacce和qgyro分别是加速度计和陀螺仪测量的协方差;

处理器还通过无线通讯组件与报警装置通讯连接,用于根据修正后的液位数据控制报警装置发出提示信息。

2.根据权利要求1所述的一种液位监测系统,其特征在于,所述卡尔曼滤波姿态融合还包括:根据系统过程噪声协方差矩阵Q和测量误差的协方差矩阵R对卡尔曼滤波器进行校正。

3.根据权利要求1所述的一种液位监测系统,其特征在于,所述卡尔曼滤波姿态融合还包括:更新X(k∣k)的协方差,P(k∣k)=(I‑Kg(k)H)P(k∣k‑1);

其中,I为单位矩阵,g(k)为陀螺仪测量的倾角角度。

4.根据权利要求1所述的一种液位监测系统,其特征在于,所述根据液位倾斜角度修正非接触式液位检测组件所检测的液位数据,包括:在非接触式液位检测组件中高度最低的非接触液位传感器检测到待监测容器中的液位时,根据H=h‑WtanX修正非接触式液位检测组件所检测的液位数据;

其中,H为修正后的液位高度,h为传非接触式液位检测组件的安装高度,W为待检测容器的宽度。

5.根据权利要求1所述的一种液位监测系统,其特征在于,所述液位监测系统还包括固定套组件,多个非接触式液位传感器均匀检测地设置在固定套组件内侧,固定套组件用于套设在待监测容器上,使多个非接触式液位传感器贴附到待监测容器外壁上。

6.根据权利要求1所述的一种液位监测系统,其特征在于,所述报警装置包括蜂鸣器、指示灯、语音提示装置中一个或多个。

7.根据权利要求1所述的一种液位监测系统,其特征在于,所述无线通讯组件包括基于ZigBee通讯组件、WiFi通讯组件、4G或5G通讯组件中的一种。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的一种液位监测系统,其特征在于,所述液位监测系统包括多个液位监测装置,各液位检测装置的处理器用于在修正后的液位数据超过预设液位阈值时,向报警装置发送携带当前液位监测装置所对应待监测容器的标识信息的报警控制指令。