[發明專利]一種基于神經網絡的超聲波動態液位檢測方法和系統

有效

• 申請號: 201310401468.7
• 申請日: 2013-09-05
• 公開（公告）號: CN103499374A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 宋壽鵬;趙騰飛;王云蛟;耿偉;晏安貴
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01F23/296
• 分類號: G01F23/296
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 樊文紅

技術領域

本發明涉及一種檢測領域，尤其涉及一種基于神經網絡的超聲波動態液位檢測方法和系統。

背景技術

液體在運輸過程中會產生明顯的晃動，對液體的液位的實時動態監測一直是一個技術難題，至今沒有得到很好的解決。

現有技術中，存在多種在對運輸過程中的液位進行檢測的方法，例如：一種基于單超聲傳感器的動態液位監測方法，該方法通過采集長時窗內的超聲回波波達時刻，再運用小波濾波方法平滑回波信號提取的波達時刻曲線，結合運動物體的運動加速度、環境溫度等參數，利用支持向量機技術對運動狀態和模式進行了分類和識別，并且得到了動態液位值。但是，該方法也存在不足之處，首先，超聲傳感器安裝在罐體上方，超聲波在空氣中傳播聲能衰減大，不利于測量；其次，要想得到準確的液位參數，監測時間窗較長，實時性變差。

現有技術中，還存在另外一種聲納儲油罐液位動態監測系統，該系統采用主動聲納技術原理，由計算機控制傳感器從罐頂固定法蘭下端發出聲納波順著傳輸鋼纜下傳，根據油水不同的理化特性聲納會反饋不同的數值，采集的數據發送到采集模塊，基于RS485協議與上位機通訊，實現實時在線監測與分析，并顯示動態液位值。該系統也存在不足之處，首先，該系統設計復雜、集成度低不利于攜帶；其次，聲納探頭安裝在灌頂，聲能衰減較大。

發明內容

為了克服目前液體在運輸過程中液位檢測準確度不高，容易產生較大誤差的問題，本發明提出了一種基于神經網絡的超聲波動態液位檢測方法和系統。

一種基于神經網絡的超聲波動態液位檢測方法，包括：步驟1：單片機利用超聲波發射電路向三個超聲波傳感器發送控制信號，同時啟動定時器開始計時和激勵三路超聲波發射電路產生脈沖超聲波；步驟2：超聲波遇液面后反射，三個超聲波傳感器分別接收到反射后的回波信號后，并將回波信號轉化為電壓信號，并將該電壓信號發送到前置放大電路，步驟3：前置放大電路接收了電壓信號后，經前置放大電路放大后的電壓信號發送給超聲波接收檢波電路，實現對高頻輸入信號的包絡檢波；步驟4：將經包絡檢波電路檢波后的電壓信號發送給接收比較電路，接收比較電路將經包絡檢波電路檢波后的電壓信號和系統設置的參考電壓進行比較，根據比較結果輸出數字信號，并將輸出信號經反相器反向后送給單片機的外部中斷控制口，外部中斷控制口設為跳變觸發，當外部中斷控制口接收到有效下降沿后，單片機產生中斷,記錄當前時刻的定時器值，單片機中斷三次后定時器停止計時；步驟5：通過計算三次記錄的定時器值的平均值和晃動梯度，其中晃動梯度為三次測得時最大值與最小值的差值，將平均值和晃動梯度作為神經網絡所需的輸入參量，將這兩個參量發送給已訓練好的神經網絡數學模型，并獲得經神經網絡的輸出值，輸出值為當前時刻的液位值。

進一步的，上述基于神經網絡的超聲波動態液位檢測方法，還包括：神經網絡的數學模型的誤差函數為：

E=12NΣt=1N(y(t)-yd(t))2]]>

其中，N為訓練樣本數，y(t)為t時刻BP神經網絡輸出，y_d(t)為t時刻期望輸出值；用BP算法訓練神經網絡時，調整網絡的連接權值，其調整表達式為：