文章编号: 1002-6673 200) 02-39-03 引言汽车加油站埋地油罐的容积表对于油品管理和税额确 定具有重要意义。 为了防止汽车加油站偷税漏税, 税务部 门正逐渐由传统的在销售环节采用税控加油机确定税额转 变到在采购、 库存、 销售这 在库存环节,税收管理员按月测量罐内油品高度、 密度,通过容积表计算库存油品质量。 这个容积表由 技术监督局按照有关的国家法规和标准来测量。 对此, 本文在几何法测量容积的基础上提出了激光 断层扫描的方法, 设计了仪器的电气和机械结构, 推导 了规划测量路径的控制公式, 给出了在后期数据处理中 的面积和体积计算公式。 测量方法1.1 激光断层扫描法 如图 (a所示中断层扫描测量时, 将油罐在高度上 自动分为 个断层。如图 (b所示当激光测距传感器置 (n=,,2,3,…N的层面内靠近 (但非必须 对称中心的一点, 旋转一周的同时扫描其到油罐内壁的 距离 (i=,,2,3,…,并同步获取测距传感器对应的 转角 (i=,,2,3,…,从而得到第 由顶到底在不同的断层上重 复这一测量过 程,就得到油罐 的全部分层测 量数据。 1.2 仪器的结构 电气结构。考虑到仪器的便携性及系统的稳定性、 扩展性, 采用便 携式工控机控制测量过程。 工控机通过 PCI 总线上的运动控制卡发送位置指令 信号至放大器驱动步进电机。 步进电机 调整激光传感器到不同高度的层面, 由齿轮轴的光电编码器 测量丝39 测试与控制 杠转角 以确定传感器所在高度。此动作完成后, 工控 机发速度信号给步进电机 II 使其以一定得角速度带动激 光传感器旋转,同时发信号给激光传感器开始测量距离。 工控机同步采集来自光电编码器 II 的激光传感器旋转角 采用RS485 串行通信 总线实现工控机与传感器的通信。 这样工控机可以快速 地得到在一个高度层上测量点的原始数据(R 360zp, 其中: 的转角;z—齿轮齿数; p齿条齿距。 机械结构测量装置结构如图 所示,采用分 段式齿条、 伸缩式套筒等结构实现激光传感器的升降, 减小仪器尺寸, 便于技术监督局工作人员携带; 采用软 轴传动实现油罐外的步进电机 II 激光传感器的旋转, 免了步进电机安装在油罐内部,提高防火防爆安全。 机械部分在测量时固定在油罐入孔处, 下端探头部 分伸入油罐内部, 通过入孔将仪器固定。 测量时, 步进 电机 通过齿条驱动探头部分的升降。分段式齿条可根 据探测层面高度的需要逐段安装。 齿条外的套筒起到导向的作用, 作时伸出需要的长度。为了油罐的 防火防爆安全, 步进电机 II 安装在 油罐外, 通过软轴驱动油罐内的激 光传感器旋转。 传感器的旋转轴和 步进电机 处的齿轮轴都通过光电编码器测量转角。 1.3 测量路径规划 建立测量坐标系。仪器在 设计时有自身的圆柱坐标系, 但不 利于测量数据的后期处理, 所以应 先在油罐中建立测量坐标系, 轴的移动范围。由操作人员估计油罐深度, 初步给出 要求在这四个高度处仪器不会和油罐的顶部及底部发生碰撞, 在第一个断层内以随机初始角度等角距扫描 190, 取次断层内最短向径所在坐标,记为R 在第三、四个断层内重复此过程, 所得坐标记为R 回转中心为原点,从上向下看顺时针 90方向为 对上述三点用圆方程R-x 最小二乘拟合, 计算出 处的纵截面,采用高度步长控 制算法,进行扫描,测量数据记为R 轴的原点,转轴向上为 防止碰撞,仪器在 分别为仪器探头距离油罐顶部和底部的安全距离。 对于高度步长采用正弦分布控制策略。 国标 中规定油罐的纵界面是圆形, 当仪器在第 断层内扫描完毕后,到达下一个规划断层的移动量为 =ar-ccos =arccosb-H =180-arccos b-H 为扫描规划层数由于定位 误差的存在, 于实际扫描层数会不同), n=1,2,...N)。直到 作为最后一次向下移动。少数非标油罐的纵截面是椭 圆形, 此方法仍然合适。 N=10时的一个 断层分布图, 为截面,没有计入定位误差。 截面扫描时,为了提高在后续 的数据处理中 样条的插值的精度, 要求扫描线上 型值点的间距比值不超出 1/3~3, 考虑到数据预处理中 要剔除跳点, 因此采用等弦长控制策略。 假设已经给定 间距 个测量点,采用牛顿 代数插值的方法计算下一个测量点的位置, 实时控制方 法如下: 回到零角重新测量向径 层面内第一个转角增量应控制为 后测量此层面内点1,n)数据记为R 开始,都是利用前四个测量点采用进行 阶牛顿代数插值, 个采用降阶处理;循环第 叟360退出循环,完成此断层内的扫 Z0Zi ZN 140 测试与控制 数据处理原理采用工控机处理测量数据, 自动生成容积表。 2.1 预处理 利用 Open Graphics Librry 中的函数实现三维数据 可视化。 通过人机交互, 半自动化的分析坐标点的变 剔除由油罐附件引起的跳点。2.2 样条插值[3,4] 对同一条扫描线上的测量点 将其作为型值点,采用三次均匀 样条在已知的离散的坐标之间进行插值。 样条的参数方程为 为已知多项式函数,特征多边 形顶点 因为扫面线是闭合的且插值时需要保证光顺性, 以样条曲线应为周期闭曲线,须补充型值点 代入线性方程组,求特征多边形顶点的向 Boor递推算法可求得 K+1等分插值 2.3利用求断层的面积 在用插值加密数据点之后, 在区间骔x 采用梯形公式计算面积,求和后既得断层面积S 其中xT+1 处容积与容积值规则化用梯形求积法可得在 容积值规则化:容积表中的高度是间隔 1mm, 的取值是非均匀的,因此还要采用拉格朗日抛物插值 结论与传统的检测方法相比, 该方法自动化程度高, 短了测量所需时间,仪器操作简便, 数据处理没有人工 误差, 能够减少加油站在检测时的停业时间 但在检测 时仍然需要腾空油罐, 因此对于埋地油罐的检测方法还 需要进一步研究 参考文献: JJ266-1996.卧式金属罐检定规程[]. GB/1765-1998. 石油和液体石油产品卧式圆筒形金属油罐容 积标定法手工法 Boor.APrcticl uid Splinsvisd Edition 插值算法在油罐储油量测量中的应用J.科技情报开发与经济,26,12. 168) ASCII字符集 利用 该模块灵活的接口方式和简单、 方便的操作指令, 成全中文人机交互图形界面,低电压低功耗是其显著特 位并行接口方式,其硬件电路结构比 较简洁, 显示程序也不复杂 系统软件设计本设计中程 MCS-51 语言编写 主程序流 程如图 所示系统开机后程序 进入初始化子程 等待外围器件初始化完成后, 进入自动校准子 程序, 完成后程 序进行功能选择 键读取, 根据功能选择键的值, 进入相应的程序 测量 子程序或模拟输出子程序, 最后调用显示子程序, 示完毕后,再返回继续读取功能选择键的值 结论本设计针对目前使用中的温度校验仪功能单一、 不利于现场校验等缺点,提出了新的具体解决 方案, 应用了多种新型元器件和新颖的设计方案, 通过 软硬件紧密结合, 实现对现场不同的温度二次仪表的现 场校验 校验仪通过实测结果证明方案是可行的, 满足 设计要求 参考文献: 陈玉林,徐飞等.新型热电偶温度测量仪的研制J.实验室研究与探索,294. AT89S52的多路多功能温度监测器设计J.硅 谷,2922. 刘亭莉黄廷磊.热疗温控系统中热电偶的冷端补偿J.微计算机 信息,295~2. 主程序流程图Fig.4 mainprogram flow chart (上接第 136