动态液位超声检测装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种动态液位超声检测方法与装置，由三个超声波传感器S1、S2、S3组成三角形阵列，阵列置于被测容器C的外侧底部，同步模块U1控制超声波收发模块U2发射超声脉冲，超声波传感器包括发射传感器和接收传感器，接收脉冲经放大模块U3、检波模块U4、滤波模块U5处理后，经A/D模块U6采样送入单片机系统U7，经信号处理算法A处理后，得到液体在动态晃动情况下的液位静态当量，由显示模块U8显示。该发明专利技术可用于各种液体在贮运过程中液位、液体体积和质量的实时监测场合。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种动态液位超声检测方法与装置，由三个超声波传感器S1、S2、S3组成三角形阵列，阵列置于被测容器C的外侧底部，同步模块U1控制超声波收发模块U2发射超声脉冲，超声波传感器包括发射传感器和接收传感器，接收脉冲经放大模块U3、检波模块U4、滤波模块U5处理后，经A/D模块U6采样送入单片机系统U7，经信号处理算法A处理后，得到液体在动态晃动情况下的液位静态当量，由显示模块U8显示。该专利技术可用于各种液体在贮运过程中液位、液体体积和质量的实时监测场合。【专利说明】
本专利技术涉及一种动态液位超声检测方法与装置，通过将三角形布阵的超声传感器安装在容器底部，结合本专利技术中液位计算方法，可实现液体在动态情况下的液位实时监测。可用于各种液体在贮运过程中液位、液体体积和质量的实时监测场合。
技术介绍
液位测量广泛应用于石油、化工等部门。实现无接触、智能化测量是液位计目前的发展方向。随着工业的发展，计算机、微电子、传感器等高新技术的应用和研究，近年来液位仪表的研制得到了长足的发展，以适应越来越高的应用要求。现有对于静态液位的测量方法及测量设备已经很完善，而对于动态液位的测量还有所欠缺。国外液位计量仪表早期大多采用机械原理，但近年来随着电子技术的应用，逐步向机电一体化发展，并且发展了许多新的测量原理。在传统原理中也渗透了电子技术及微机技术，结构有了很大的改善、功能有了很大的提高。现有液位检测方法主要有:浮子式液位计、差压式液位计、电容式液位计、磁致伸缩式液位计、光纤液位传感器、射线式液位计及雷达超声波液位计等(杨万国，贾延刚.多种液位仪表的应用对比.石油工程建设，2004，30(1): 38?43)。这些液位检测方法，一般只适应于静态工况下的液位检测，当液体在运输或输送状态下处于动态时，这些方法就无法对液位进行有效测量。超声波液位计(刘艳艳.超声波液位计的研究.北京:国防科技大学,2006)适用于各种液体如高粘度液体，其表面为水平即可、开闭口容器和槽渠等场合。它的各个部件不需接触液体，从而克服了浮子式、差压式、电容式等接触测量所带来的泄漏、清洗等麻烦。但是其换能器仍要安装在容器内部顶端，易被蒸汽腐蚀，且工作温度、湿度都会影响超声波传播速度，从而造成测量误差。超声波液位计的安装还需要有一条从换能器到液面的垂直、反射通畅通道，不能被内部件所阻挡。这个要求在内装空冷、加热盘管的容器上是难以满足的。近来美国七个厂家对其超声波液位计进行了改进，采用了人工智能软件，通过建立超声波分布图，消除了粉尘、蒸汽、反射面泡沫、反射面凹凸不平、容器内虚假目标如横梁阻挡声波通道的影响，从而提高了测量精度。超声波测量液位技术基于超声波在液体中的传播速度及遇到被测液体表面产生反射的原理。通过计算发射超声波与接收到回波之间的时间差，由时间乘以声波速度，可以知道液位的高度。智能化的超声波液位仪带有一个功能很强的智能回波分析软件包。它可以将各种干扰过滤出来，识别多重回波，分折信号强度和环境温度等有关信息，这样即便在有扰动条件下读数也是精确的。新型气密结构、耐腐蚀的超声换能器可测量高达15m的液位，E+H公司研制的ProsonicFMU860/861/862超声液位仪精度可达±0.2%，输出信号符合HART协议或profibus总线标准或FF总线标准。鉴于目前液位计只能进行静态液位测量，本专利技术给出了一种动态液位检测的方法及装置，当然，该方法和装置也可以实现静态液位的测量，适用于动态及静态液位的实时检测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用于液体贮运过程中容器内液体液位、体积及质量的动态监测方法及装置。一种动态液位超声检测方法与装置，其技术方案如下，其包括:收发超声波信号的超声传感器、信号处理模块以及信号转换模块及单片机。I) S1、S2、S3三个超声传感器组成三角形阵列结构，置于被测容器C的外侧底部；S1、S2、S3三个超声传感器为同型传感器，工作频率相同，组成任意三角形阵列时，其相对空间座标及相对空间位置为已知，以其中任意一个传感器作为相对位置的参考点，传感器置于被测容器C底部，向容器上方有液体的方位发射超声波,传感器在容器外部,不破坏原容器结构及整体性，传感器布阵完成后，应保证其空间相对位置不能变动。2)同步模块Ul控制超声波收发模块U2使三个超声传感器S1、S2、S3同时发射超声脉冲信号；同步模块Ul是用来控制超声波收发模块U2同步发射超声波，以保证三个超声传感器检测各自对应点的液位时，其液位是同一时刻的液位。3)三个超声波传感器S1、S2、S3，接收液面反射回波信号；4)三路超声传感器将各自接收的超声回波信号进入处理模块进行模拟信号处理，主要模块包括放大模块U3、检波模块U4及滤波模块U5 ;为三路独立模块，分别处理三路回波信号。5)超声回波信号经模拟信号处理后，输入A/D采样模块U6进行数字化处理；所述A/D采样模块U6为三路独立采样，以保证采样数据的同步性。6)数字化处理后信号送入单片机系统U7，经算法A处理后，得到液位值，并由显示模块U8进行显示。三个超声波传感器S1、S2、S3包括发射传感器和接收传感器，接收液面反射回波信号。一种动态液位超声检测方法，其检测装置按照要求安装好，进行检测，其步骤包括:(I)同步模块Ul控制超声波收发模块U2使三个超声传感器S1、S2、S3同时发射超声脉冲信号，超声波遇液面表面发生反射；(2)由液面反射回来的回波信号，由三个超声波传感器S1、S2、S3，接收液面反射回来的各自的回波信号；(3)三路超声传感器将各自接收的超声回波信号进入处理模块进行模拟信号处理，主要包括放大模块U3、检波模块U4及滤波模块U5 ；(4)超声回波信号经模拟信号处理后，输入A/D采样模块U6进行数字化处理；(5)数字化处理后信号送入单片机系统U7，经算法A处理后，得到液位值，并由显示模块U8进行显示。所述算法A具体为:I)将三路传感器同一时刻发射的超声波的回波信号存储在单片机中；2)预先将被测容器内部高度与内部体积的关系输入到单片机中；3)由超声回波信号最大峰值点计算各自对应延时；4)由测得的延时值和超声波在被测液体中的声速，计算三路传感器对应点的液位高度；5)建立晃动液位斜面的平面方程，其与容器内部相交部分以下体积就是晃动情况下液体的体积，若要计算液体质量，乘以液体比重就可以得到；若是计算液位的静态当量高度，则根据体积不变的原理，利用测容器内部高度与内部体积的关系，就可得到液位高度。本专利技术的特点是在被监测容器底部安装三个同型号超声收、发传感器，传感器组成位置相对固定的三角阵列，同步向上方发射脉冲超声波，由接收回波时差计算对应点液面高度，再由本专利技术中提供的算法得到液体动态和静态情况下的液面高度、体积或质量参数。这些参数可以用来显示，也可用作监控。本专利技术尤其适用于低粘度、晃动频率较低的场口 ο【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术方法及装置的组成及原理示意图；图2是本专利技术用于液位计算时坐标系建立示意图；图3是本专利技术超声传感器超声波激励电路原理图；图4是本专利技术超声回波信号放大电路原理图；图5是本专利技术超声回波信号包络检波电路原理图；图6是本专利技术装置主控电路原理图。【具体实施方式】以下将结合附图和所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动态液位超声检测装置，其特征在于，所述装置包括： 1）S1、S2、S3三个超声传感器组成三角形阵列结构，置于被测容器C的外侧底部； 2）同步模块U1控制超声波收发模块U2使三个超声传感器S1、S2、S3同时发射超声脉冲信号； 3）三个超声波传感器S1、S2、S3，接收液面反射回波信号； 4）三路超声传感器将各自接收的超声回波信号进入处理模块进行模拟信号处理，主要包括放大模块U3、检波模块U4及滤波模块U5； 5）超声回波信号经模拟信号处理后，输入A/D采样模块U6进行数字化处理； 6）数字化处理后信号送入单片机系统U7，经算法A处理后，得到液位值，并由显示模块U8进行显示。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋寿鹏，赵腾飞，耿伟，彭成庆，杨阳，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32