[發明專利]基于超聲脈沖回波法的非接觸式液體液位檢測系統及方法

在審

• 申請號: 201610239424.2
• 申請日: 2016-04-18
• 公開（公告）號: CN105758499A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 王超塵;何莉君;鄒衛軍;楊濱華;吳松;徐松;張展鵬
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01F23/296
• 分類號: G01F23/296
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬;朱顯國

技術領域

本發明涉及超聲波非接觸液體液位檢測領域，特別是一種基于超聲脈沖回波法的非接觸式液體液位檢測系統及方法。

背景技術

液體液位的精準測量是實現生產過程準確檢測的重要保障和生產過程實時控制的重要手段。在傳統工業控制領域，由于生產規模不大，儲罐液位測量主要采用法蘭式液位變送器和吹氣式等機械式測量方法以及微波式、激光式等液位計。但是隨著生產規模的擴大，所需儲罐數量變多，則顯現出傳統測量方法的弊端：法蘭式液位變送器需要保溫，且其施工及維護工作量較大；吹氣式用的吹氣管需要特殊訂貨，要定期更換，并且吹氣式要消耗儀表氣，有能耗并需要敷設氣源管，因而安裝及維護工作量較大；而微波、激光式液位儀不能實現真正意義上的非接觸。γ射線液位計可以實現罐外測量液位，但是受環境影響大。紅外液位計也可以實現“罐外測量液位”的要求，但要求被測介質與環境有較明顯的溫度差異。

相比之下，超聲波液位測量有諸多優點：它能夠實現定點和連續檢測液位，具有廣泛的適用性，并且該技術相對安全且價格較低，可選用多介質作為傳聲媒介，因而在超聲波外測液位儀設計無需對被測容器開孔，從而能夠實現真正的非接觸測量。超聲波連續測量液位的方法有很多種，如共振法、頻差法、超聲衰減法等，其中共振法檢測液位受到一些具體條件的限制，需要與液面建立駐波關系，并且它屬于一種接觸式測量方法；頻差法需要調頻器產生調制頻率；衰減法需測量超聲波的衰減量。現有技術中尚未有應用超聲脈沖回波法進行液體液位檢測的相關記載。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于超聲脈沖回波法的非接觸式液體液位檢測系統及方法。

實現本發明目的的技術方案為：一種基于超聲脈沖回波法的非接觸式液體液位檢測系統，包括：

超聲波發射電路，用于發射設定頻率的超聲波；

超聲波接收電路，用于接收超聲波在容器內壁和被測液體分界面產生的第一回波，以及超聲波在被測液體和上方氣體分界面產生的第二回波；

溫度測量電路，用于實時測定被測液體溫度；

補償電路，用于根據被測液體溫度對超聲波在被測液體中的傳播速度進行校正；

單片機控制系統，用于驅動超聲波發射電路發射超聲波，并計算兩回波之間的時間差，根據測出的時間差和校正后的傳播速度計算被測液體的液位。

一種基于超聲脈沖回波法的非接觸式液體液位檢測系統的檢測方法，包括以下步驟：

步驟1、超聲波發射電路通過超聲波探頭發射超聲波；

步驟2、利用超聲波接收電路接收超聲波在容器內壁和被測液體分界面產生的第一回波，以及超聲波在被測液體和上方氣體分界面產生的第二回波；

步驟3、測量當前被測液體溫度以及第一回波和第二回波之間的時間差；

步驟4、計算超聲波在被測液體中的傳播速度，并根據實時測得的被測液體溫度對傳播速度進行校正；

步驟5、根據測得是時間差和校正后的傳播速度確定被測液體的液位。

本發明與現有技術相比，其顯著效果為：(1)本發明可以在不需要防護的條件下實現非接觸定點和連續檢測封閉式液體液位；(2)本發明的檢測系統和檢測方法可以選用氣體、液體或固體作為傳播介質，具有較大的適用性；(3)本發明在測量液體液位時可以根據測量環境溫度的變化，實時進行補償，具有較高的檢測準確性；(4)本發明采用“延時接收的信號分離”技術，有效的抑制了噪聲的干擾；(5)本發明在實際應用中的安裝與維護方面有很大的應用性，更加有效且經濟。

附圖說明

圖1是本發明在應用中的測量原理圖。

圖2是本發明基于超聲脈沖回波法的非接觸式液體液位檢測系統總體設計框圖。

圖3是超聲波發射電路原理框圖。

圖4是超聲波接收電路結構框圖。

圖5是基于超聲波脈沖回波法的非接觸式液體液位檢測系統工作流程圖。

具體實施方式

結合圖1、圖2，本發明的一種基于超聲脈沖回波法的非接觸式液體液位檢測系統，包括：

超聲波發射電路，用于發射設定頻率的超聲波；

超聲波接收電路，用于接收超聲波在容器內壁和被測液體分界面產生的第一回波，以及超聲波在被測液體和上方氣體分界面產生的第二回波；

溫度測量電路，用于實時測定被測液體溫度；

補償電路，用于根據被測液體溫度對超聲波在被測液體中的傳播速度進行校正；