【正文】 信息增強(qiáng)和提取， 捕捉到了油氣藏在地表的微滲漏所造成的烴異常，進(jìn)而達(dá)到直接探測(cè)的目的。該項(xiàng)目在新疆塔里木盆地的多次生產(chǎn)試驗(yàn)中得到了證實(shí)。這些技術(shù)的成功應(yīng)用為加快我國(guó)西部的開(kāi)發(fā)發(fā)揮了積極的作用。 [1] 此外，近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的干涉測(cè)量雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)在三峽大壩等大型工程的環(huán)境監(jiān)測(cè)和油氣區(qū)地面沉降等應(yīng)用領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。 目前，城市高層建筑越來(lái)越多，也越來(lái)越高，為了解決高層建筑供水水壓不足的問(wèn)題，通常采用兩種方式，一種是管道加壓，這種方式價(jià)格較貴。別一種價(jià)格便宜的是在高層建筑的頂部建造蓄水箱，利用加壓水泵向水箱壓水。過(guò)去蓄水 箱通常采用三線式水位控制器。這種控制器一般用晶體管或集成電路作為控制元件，其作用是將高層水箱內(nèi)的水拉控制在上，下水位電極之間，當(dāng)達(dá)到高水位時(shí)加壓水泵停止抽水，而水位降至低水位時(shí)加壓水泵開(kāi)始抽水。同時(shí)由于電極在水中長(zhǎng)期通電，容易引起電極腐蝕，一旦電極接觸不好，水拉超過(guò)上限后水泵仍不停機(jī)。便會(huì)造成水位失控，從而發(fā)生溢水事故，所以沒(méi)有水位顯示和超限保護(hù)是這種控制器的最大弊病。如果增加上述功能，采用原有技術(shù)而不增加控制導(dǎo)線是無(wú)法完成的，但增加多根長(zhǎng)距離導(dǎo)線又必定會(huì)大大增加成本，連接也不方便。 [2] 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及 日常生活應(yīng)用中， 也 常常會(huì)需要對(duì)容器中的液位進(jìn)行自動(dòng)控制。比如自動(dòng)控制水箱、水池、水槽、鍋爐等容器中的蓄水量，生活中抽水馬桶的自動(dòng)補(bǔ)水控制、自動(dòng)電熱水器、電開(kāi)水機(jī)的自動(dòng)進(jìn)水控制等。雖然各種水位控制的技術(shù)要求不同，精度不同，但基本的控制原理都可以歸納為一般的反饋控制方式，如下圖東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 緒論 2 所示，它們的主要區(qū)別在于檢測(cè)液位的方式、反饋形式，以及控制器上的區(qū)別。 (1).機(jī)電控制式水位控制 (2).全機(jī)械結(jié)構(gòu)的水位控制方式 (3).最簡(jiǎn)單的自動(dòng)水位控制裝置 但是 ,在一般的情況下 , 往往需要測(cè)量的水箱、水池或水塔和控制室都有比較 長(zhǎng)的距離 , 常常需要架設(shè)上百到近千米的輸電和控制線路 , 十分麻煩而且費(fèi)用很高，給測(cè)量和控制帶來(lái)了極大的不方便。這時(shí)我們就需要有一種可以遠(yuǎn)距離對(duì)液位進(jìn)行控制的方法。將對(duì)象參量的近距離測(cè)量值傳輸至遠(yuǎn)距離的測(cè)量站來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測(cè)量的技術(shù)。遙測(cè)是利用傳感技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的一門(mén)綜合性技術(shù)。遙測(cè)主要用于集中檢測(cè)分散的或難以接近的被測(cè)對(duì)象，如被測(cè)對(duì)象距離遙遠(yuǎn)，所處環(huán)境惡劣，或處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。遙測(cè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)研究和軍事技術(shù)等方面得到廣泛應(yīng)用。利用遙測(cè)可以實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)測(cè)，提高自動(dòng)化水平，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 。 [3,4] 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)框圖 3 1. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案和 設(shè)計(jì)框圖 設(shè)計(jì) 思路 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 ,要實(shí)現(xiàn)水位數(shù)據(jù)采集 ,并對(duì)水位采取控制 ,一般有以下兩種方案。 方案一：利用 A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)，將壓力傳感器的電壓量轉(zhuǎn)換成 二進(jìn)制 數(shù)字量，然后利用無(wú)線發(fā)射到單片機(jī)上，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 方案二：利用 V/F 轉(zhuǎn)換技術(shù)，將壓力傳感器的電壓量轉(zhuǎn)換成頻率的形式發(fā)射出去，然后單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)信號(hào)，利用頻率計(jì)數(shù)，將頻率算出，再 通過(guò)單片機(jī)處理 間接得到水位值。 相對(duì)而言，方案二在設(shè)備上比較少，既可以提高測(cè)量的精度，又可以簡(jiǎn)化電路，所以采用方案二比較好 。 總框架 本設(shè)計(jì)由 三部分組成：水位 數(shù)據(jù)采集 模塊、水位數(shù)據(jù) 顯示模塊、 單片機(jī) 控制 處理模塊 、 水泵控制模塊 （如 圖 11所示 ） 。 2 測(cè)量水位 發(fā)送模塊 51 單 片 機(jī) 數(shù)據(jù) 采集 水泵控制 模 塊 水位 顯示 設(shè)置 初始值 圖 11總設(shè)計(jì)框架圖 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 4 2. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)一般由上位機(jī)（ PC 或 IPC）和下位機(jī)（單片機(jī)）組成。上位機(jī)包括單片機(jī)及接收模塊，主要完成上傳采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理和顯示，并進(jìn)行判斷，若超過(guò)設(shè)定值，則采取相應(yīng)的動(dòng)作。下位機(jī)包括壓力傳感器、 V/F 轉(zhuǎn)換 電路 、單片機(jī)及發(fā)射模塊，主要完成數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸控制。上位機(jī)和下位機(jī)之間的信息交換以射頻無(wú)線通信的方式實(shí)現(xiàn)。下位機(jī)給出的測(cè)量信息通過(guò)發(fā)射模塊無(wú)線的方式發(fā)射出 去，由上位機(jī)接收模塊接收這一無(wú)線信號(hào)，在傳送給 PC 機(jī)做進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。 總的來(lái)說(shuō)可以可以按水位數(shù)據(jù)采集 模塊、水位數(shù)據(jù) 顯示模塊、 單片機(jī)控制處理 模塊、 水泵控制 模塊，進(jìn)行逐一設(shè)計(jì)。 水位數(shù)據(jù)采集模塊 水位數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì) 對(duì)于水位測(cè)量模塊，一般由 壓力傳感器 數(shù)據(jù)采集、 V/F 轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)處理、 編碼 數(shù)據(jù)并 發(fā)射 等三小模塊 組成。對(duì)于水位數(shù)據(jù)采集，我們可以利用水的特性進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，可以利用水中存在的壓力，我們知道壓力與水位深度存在一定的關(guān)系，已知壓力就可以算出水位深度。所以我們可以利用某一器件，即壓力傳感器進(jìn) 行對(duì)水位壓力的測(cè)量，并對(duì)采集的數(shù)值進(jìn)行轉(zhuǎn)換， 將電壓轉(zhuǎn)換成頻率，最后 以 無(wú)線 的形式發(fā)送出去（如圖21所示）。 其中 水壓與水深的關(guān)系： P=ρ gh（ρ =水的密度 1000kg/m3， g=重力加速度 h=深度 ） 1m水 壓 =9800 帕 ， 5m 水壓 =49000 帕 ， 他們 之間成線性關(guān)系。 在圖 1(a)中，壓力傳感器采用 MPX2050 型帶溫度補(bǔ)償和校正功能的壓力傳感器，它的壓力測(cè)量范圍為 050Kpa，滿(mǎn)量程輸出電壓為 40mV，壓力傳感器輸出的電壓值，水位測(cè)量變送電路 水位測(cè)量傳感器 編碼并發(fā)射 圖 21數(shù)據(jù)采集原理圖 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 5 通過(guò)水位測(cè)量變送電路，轉(zhuǎn)換成 0500Hz 的頻率信號(hào)加到 ED5026 編碼器的 D0端，通過(guò)編碼后由 MS303S 射頻發(fā)射器發(fā)射水位的測(cè)量信號(hào)。 ED5026 是 18 腳 CMOS 大規(guī)模數(shù)字編碼專(zhuān)用集成電路，有 812 位編碼地址，工作電壓 26V，靜態(tài)電流為 1mA， MS303S是射頻發(fā)射器，外形結(jié)構(gòu)為 35mm x 12mm x 8mm 的單列電路，有 5 個(gè)引腳，工作電壓912V，輸出功率為 20mW。發(fā)射距離為 200 米 左右，如果增加天線，可以增加發(fā)射的距離 (如 圖 22 所示 )。 [6,7] 圖 22數(shù)據(jù)采集電路圖 LM331 頻率電壓轉(zhuǎn)換器 V/F 變換和 F/V 變換采用集成塊 LM331， LM331 是美國(guó) NS 公司生產(chǎn)的性能價(jià)格比較高的集成芯片，可用作精密頻率電壓轉(zhuǎn)換器用。 LM331 采用了新的溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路，在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)和低到 電源電壓下都有極高的精度。同時(shí)它動(dòng)態(tài)范圍寬，可達(dá) 100dB；線性度好，最大非線性失真小于 ％，工作頻率低到 時(shí)尚有較好的線性；變換精度高，數(shù)字分辨率可達(dá) 12 位；外接電路簡(jiǎn)單，只需接入幾個(gè)外部元件就可方便構(gòu)成 V/F 或 F/V 等變換電路，并 且容易保證轉(zhuǎn)換精度。 12345678*lm331GNGVCCMPX2050*10VGND85234671A185234671A2OP0785234671A3OP07+151515151515R1R2R3R447100KR722K100KGNDGNDC1GND20KRSGNDC31μFC3GND100K1010A0A1A2A3A4A5A6A7VSS A8A9A10A11TEOSC1OSC2數(shù)據(jù)輸出VDDVD5026*Component_1GND+151IN2OUTVCC4GNGMS303S*MS303SVCCGNDR6C2GND10GNDVCCVCCGND東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 6 圖 23 LM331內(nèi)部電路圖 圖 23 是由 LM331 組成的電壓頻率變換電路， LM331 內(nèi)部由輸入比較器、定時(shí)比較器、 R－ S 觸發(fā)器、輸出驅(qū)動(dòng)、復(fù)零晶體管、能隙基準(zhǔn)電路和電流開(kāi)關(guān)等部分組成。輸出驅(qū)動(dòng)管采用集電極開(kāi)路形式，因而可以通過(guò)選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，以適配 TTL、 DTL 和 CMOS 等不同的邏輯電路。 當(dāng)輸入端 Vi＋輸入一正電壓時(shí)，輸入比較器輸出高電平，使 R－ S 觸發(fā)器置位，輸出高電平，輸出驅(qū)動(dòng)管導(dǎo)通 ，輸出端 f0 為邏輯低電平，同時(shí)電源 Vcc 也通過(guò)電阻R2 對(duì)電容 C2 充電。當(dāng)電容 C2 兩端充電電壓大于 Vcc 的 2/3 時(shí)，定時(shí)比較器輸出一高電平，使 R－ S 觸發(fā)器復(fù)位，輸出低電平，輸出驅(qū)動(dòng)管截止，輸出端 f0 為邏輯高電平，同時(shí)，復(fù)零晶體管導(dǎo)通，電容 C2 通過(guò)復(fù)零晶體管迅速放電；電子開(kāi)關(guān)使電容 C3 對(duì)電阻 R3 放電。當(dāng)電容 C3 放電電壓等于輸入電壓 Vi 時(shí)，輸入比較器再次輸出高電平，使 R－ S 觸發(fā)器置位，如此反復(fù)循環(huán)，構(gòu)成自激振蕩。輸出脈沖頻率 f0 與輸入電壓 Vi 成正比，從而實(shí)現(xiàn)了電壓－頻率變換。其輸入 電壓和輸出頻率的關(guān)系為： fo=(Vin R4)/( R3 R2 C2) 由式知電阻 R R R和 C2 直接影響轉(zhuǎn)換結(jié)果 f0，因此對(duì)元件的精度要有一定的要求，可根據(jù)轉(zhuǎn)換精度適當(dāng)選擇。電阻 R1 和電容 C1 組成低通濾波器，可減少輸入電壓中的干擾脈沖，有利于提高轉(zhuǎn)換精度。 壓力 傳感器 的概述 傳感器 是一種物理裝置或生物器官，能夠探測(cè)、感受外界的信號(hào)、物理?xiàng)l件（如光、熱、濕度） 或化學(xué)組成（如煙霧），并將探知的信息傳遞給其他裝置東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 7 或器官。 傳感器的分類(lèi) : 可以用不同的觀點(diǎn)對(duì)傳感器進(jìn)行分類(lèi)：它 們的轉(zhuǎn)換原理 (傳感器工作的基本物理或化學(xué)效應(yīng) )；它們的用途；它們的輸出信號(hào)類(lèi)型以及制作它們的材料和工藝等。 根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器二大類(lèi) ： 傳感器工作原理的分類(lèi)物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測(cè)信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測(cè)信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 有些傳感器既不能劃分到物理類(lèi)，也不能劃分為化學(xué)類(lèi)。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運(yùn)作的?；瘜W(xué)傳感器技術(shù)問(wèn)題較多，例如可靠性問(wèn)題，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價(jià)格問(wèn)題等，解決了這類(lèi)難題，化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會(huì)有巨大增長(zhǎng)。 常見(jiàn)傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域和工作原理列于下表。 (1).按照其用途，傳感器可分類(lèi)為： 壓力敏和力敏傳感器 位置傳感器 液面?zhèn)鞲衅? 能耗傳感器 速度傳感器 加速度傳感器 射線輻射傳感器 熱敏傳感器 (2).按照其原理，傳感器可分類(lèi)為： 振動(dòng)傳感器 濕敏傳感器 磁敏傳感器 氣敏傳感器 真空度傳感器 生物傳感 器等。 (3).以其輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)可將傳感器分為： 模擬傳感器 —— 將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)。 數(shù)字傳感器 —— 將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào) (包括直接和間接轉(zhuǎn)換 )。 膺數(shù)字傳感器 —— 將被測(cè)量的信號(hào)量轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)或短周期信號(hào)的輸出(包括直接或間接轉(zhuǎn)換 )。 開(kāi)關(guān)傳感器 —— 當(dāng)一個(gè)被測(cè)量的信號(hào)達(dá)到某個(gè)特定的閾值時(shí)，傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號(hào)。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 8 在外界因素的作用下，所有材料都會(huì)作出相應(yīng)的、具有特征性的反應(yīng)。它們中的那些對(duì)外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的 材料，被用來(lái)制作傳感器的敏感元件。從所應(yīng)用的材料觀點(diǎn)出發(fā)可將傳感器分成下列幾類(lèi)： (1)按照其所用材料的類(lèi)別分 金屬 聚合物 陶瓷 混合物 (2)按材料的物理性質(zhì)分 導(dǎo)體 絕緣體 半導(dǎo)體 磁性材料 (3)按材料的晶體結(jié)構(gòu)分 單晶 多晶 非晶材料 壓力傳感器 : 壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)，下面就簡(jiǎn)單介紹一 些常用傳感器原理及其應(yīng)用 1 ） .應(yīng)變片壓力傳感器原理與應(yīng)用 力學(xué)傳感器的種類(lèi)繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳