易燃易爆环境下激光液位监测系统的研究与实现

　　1 引言

　　在石油、化工等一些易燃易爆行业的生产过程中，液位变送器是使用最多的仪器之一，它将现场的液位高度传送给操作室，以便操作室的工作人员能对现场的工作情况进行实时监控。当前，一些传统的液位监测的方法都是接触式的，而且大多采用磁浮子的测量方法。虽然这种方法具有结构简单、成本低、安全性好等优点，但是由于受到磁敏感元件本身所具有的局限性而使它的精度和稳定度大大降低。因而研制高精度、稳定性能好、用于危险场所下液位监测的智能化仪表就具有非常重要的意义。

　　本文从实际应用出发，对危险场所电气防爆特性进行了研究，并在此基础上，设计出了一种符合国家本质安全的非接触式激光液位监测系统。该系统采用了徕卡(Leica)公司最近几年新推出的手持式激光测距仪DISTO作为探测头，其激光波长与功率安全可靠。该测距仪具有标准的RS一232通信接口，因而很容易与单片机、微机接口。

　　2系统的组成及工作原理

　　该系统的组成如图1所示。大致可分为数据采集、远传变送和防爆电源3个部分。

　　据采集部分包括激光测距仪、单片机及其外围电路等，它的功能是完成高度基准的输人、数据的采集、处理及现场显示工作;远传变送主要由V江转换器D421完成;防爆电源为系统提供具有本质安全的+5v和+6V工作电压。

　　系统的工作原理:高度基准H，事先已存放在外部存储器中，系统上电后，会提示是否需要更新高度基准H，，如果需要则由键盘输人高度基准并存储在外部存储器中;否则就由标志位控制电路重新启动系统，转向数据采集流程，此时单片机不断地向测距仪发送采数指令，测距仪接收到指令后就开始工作并且每采完一次后就将数据HZ传送给主机。

　　主机将传来的BCD码经过一系列处理后与高度基准相减即得液体高度H，液体高度H经量程转换后通过AD421转化成相应的4一20mA工业控制电流并传送给各DCS进行处理。主机是采用定时循环的方式来实现上述整个过程的。

　　3硬件电路设计

　　本系统主要的硬件设计包括:数据采集接口及单片机外围电路、AD421接口电路和防爆电路等几个部分。

　　3.1数据采集及外围电路

　　数据采集头采用手持式激光测距仪DISTO。该激光测距仪具有用于测量结果传送的RS一232接口。其工作过程为:激光测距仪的发射头发出激光脉冲到被测液面，反射或散射回来的激光脉冲被激光器接收端所接收。测距仪的内部调整电路通过发送和接收脉冲的相位差算出激光脉冲往返一次所花的时间t，再根据公式D=(1/2)。t得到激光测距仪到被测液面的距离D，其中C为光速，其精度达士1.smm，为使反射或散射的光能尽量地被测距仪所接收，在实际应用中常常在液体的表面放一个浮标。加一块MAX232芯片，测距仪就可与单片机进行通信了。