CN101271012A - 一种非接触便携式超声波液位测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明为非接触便携式超声波液位测量装置。包括数据处理模块和与之相连的超声波收发探头、显示屏、指示灯、频率控制键、功率控制键。其中，超声波收发探头为可发送可接收的超声波换能器。数据处理模块的信号处理器输出端口通过功放驱动器连接到超声波收发探头的一端；超声波收发探头另一端与数据处理模块中限幅保护器相连后，又与接收放大器、接收检波器连接。信号处理器控制信号输入端口与控制键连接；信号处理器的指示信号输出端口与LCD显示屏、指示灯连接，通过LCD显示屏数值和指示灯颜色的不同进行液位指示。结构简单，无须安装，操作简单。可广泛用于船舶，化工，医疗，食品等行业。

Description

一种非接触便携式超声波液位测量装置
技术领域
本发明涉及对容器中某一高度有无液体进行测量的一种装置，具体涉及是一种非接触便携式超声波液位测量装置。
背景技术
在医药、石油、化工、电力、食品等行业的液位工程控制中，必须对储罐内的液位进行监控，当储罐内的液位到达上限位或下限位时，液位报警设备需对此给出警示。当前已有的超声波液位报警设备大体分为外贴式和插入式两种，外贴式需用两个超声探头，超声发射探头连接变送器的输出端子，超声接收探头连接变送器的输入端子，并且安装时两个探头还要在同一水平线上，且相邻距离要小；插入式安装时需要停产进行开孔焊接，这在有防爆要求或用于有毒性、有腐蚀性液体液位越限报警时不太适宜。而且这两类设备大都存在采用超声探头和变送器分离结构及无显示的缺陷，增加了系统体积及拖拽损坏的可能性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述应用缺陷，设计出了安全、方便、灵活、可靠的非接触便携式超声波液位测量装置。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是这样解决的：包括一个超声波收发探头置于储液罐的外壁，其特殊之处在于装置包括一个手持表壳，其手持表壳内部置放数据处理模块；超声波收发探头通过引线连接到手持表壳，最终连接至内部数据处理模块；数据处理模块由信号处理器，发射信号功放驱动器，接收信号限幅保护器，接收信号放大器，接收信号检波器五部分组成，所述数据处理模块的处理逻辑如下：超声波收发探头一端连接至手持表壳内部数据处理模块的发射信号功放驱动器，另一端连接至数据处理模块的接收信号限幅保护器，接收信号限幅保护器与接收信号放大器连接，接收信号放大器与接收信号检波器连接，接收信号检波器与信号处理器连接，发射信号功放驱动器与信号处理器连接，信号处理器的控制信号输入端口与手持表壳的控制键连接，信号处理器的指示信号输出端口与手持表壳的LCD显示屏及指示灯、频率及功率控制器连接，供电电路分别给数据处理模块、频率及功率控制器、显示屏及指示灯供电。
所述装置超声探头的频率范围为100K-1MHz。发射信号功放驱动器输送给超声探头的电信号的电压幅度为100-1000V的短时脉冲，持续时间为20-100微秒。
所述非接触便携式超声波液位测量装置采用收发合置的单个超声波探头。
本发明非接触便携式超声波液位测量装置与现有技术相比，只需将手持探头放于储罐的不同位置进行测量，测量完成后便可以拿下，不需要任何安装，尤其对于测量不便于打开的容器或密闭容器，有毒、有腐蚀性或侵害性的液体以及各种高纯液体装置，不与测量液体接触，即开即用，对测量罐体和其中液体不产生任何影响。该装置具有结构简单、适用范围广、可靠性强、安全性好、测量精度高，操作简单，使用方便等特点，可广泛应用于密封容器内各种有毒物质、强酸、强碱的精确测量，并且对被测液体介质、容器材料及容器压力都没有特殊要求。
附图说明
图1为本发明便携式液位指示器的使用示意图；
图2为本发明便携式液位指示器的电原理图；
图3为本发明便携式液位指示器的信号处理器电路原理图；
图4为本发明便携式液位指示器的发射信号功放驱动器原理图；
图5为本发明便携式液位指示器的接收信号限幅保护器、放大器、检波器部分电路原理图；
图6为本发明便携式液位指示器的指示灯电路原理图部分；
图7为本发明便携式液位指示器的电源供电部分电路。
具体实施方式
附图为本发明的实施例。
下面结合附图对本发明的内容作进一步说明：
图1所示为便携式液位指示器典型应用示意图，超声波收发探头3置于储液罐11的外壁，手持表壳12的数据处理模块10中的信号处理器1给出一个激励脉冲，经过功放驱动器2电路放大后，加到超声波收发射探头3上发射超声波信号，超声信号在罐壁及罐内液体分界面发生反射，同时沿着整个罐体11及在介质中传播，然后超声接收发探头3接收该信号，经限幅保护器4、信号放大器5、包络信号检波器6处理后，根据信号的强弱判断出放置的高度上有没有液体，进而由指示灯7-1指示结果并由液晶显示屏7-2输出测量数据。
图2所示为便携式液位指示器的电原理框图，数据处理模块10由信号处理器1、发射信号功放驱动器2、接收信号限幅保护器4、接收信号放大器5、接收信号检波器6组成。所述信号处理器1的信号输出端口通过发射信号功放驱动器2与超声收发探头3相连，信号处理器1的信号接收端口依次通过接收信号检波器6、接收信号放大器5、接收信号限幅保护器4与超声收发探头3相连，数据处理模块10中信号处理器1的控制信号输入端口与控制键连接，用以控制发射频率和发射功率8；信号处理器1的指示信号输出端口与LCD显示屏7-2、指示灯7-1连接，用以显示数值和指示某一高度液位的有无，供电电路9对数据处理模块10，LCD显示屏7-2和指示灯7-1以及频率、功率控制键8提供不同幅值的电压。
图3所示为便携式液位指示器的信号处理器电路原理图。信号处理器中的U1的第5脚并联有电容C39、C40，电容C39、C40另一端与AGND相连；U1的第40脚并联有电容C2、C3，电容C2、C3另一端与GND相连；U1的第62脚并联有电容C1、C43，电容C1、C43另一端与GND相连。U1的第5、8～15脚接AGND；U1的第30、41、61脚与GND相连。第16、17脚与供电电路相连。U1的第34～36脚与LCD液晶屏7-2相连；U1的第42、47～50脚与指示灯7-1相连。U1的第55～56、59～60脚与频率、功率控制键8相连。U1的第32脚与功率选择芯片相连。U1的第7脚与接收信号检波器6相连。U1为C8051F005，用于对发射信号以及对接收信号的采样、处理。信号处理器1通过输出端口P1.0、P1.1与发射信号功放驱动器2中的高速功率驱动器件输入端相连。
图4所示为便携式液位指示器的发射信号功放驱动器电路原理图。高速功率驱动器件U5输入端与信号处理器1中U1的输出端口P1.0、P1.1相连，U5的第1脚连接在场效应管Q1的1脚上，第7脚连接在场效应管Q2的1脚上；场效应管Q1的2脚与二极管D3负端和变压器一次侧的第14脚连接，二极管D3正端连二极管D4正端，二极管D4另一端与场效应管Q1的3脚相连并接GND；场效应管Q2的2脚与二极管D5的负端和变压器一次侧的第11脚连接，二极管D5正端连二极管D6正端，二极管D6另一端与场效应管Q2的3脚相连并接GND，变压器一次侧的第12、13脚连接在一起，接电源电路9中的VOUT，变压器二次侧的第10脚连接到探头3，产生超声波信号。
图5所示为便携式液位指示器的接收信号限幅保护器1、放大器2、检波器3部分电路原理图。接收信号限幅保护器由两个二极管反向并联组成，用于对接收信号限幅保护，其输入端与探头通过R17相连，另一端连接放大电路。接收信号放大器主要由场效应管Q3和集成运放U7、U8及外围电路组成，对信号进行放大。接收信号放大器的输出端U8的第6脚与接收信号检波器电路输入端相连。检波电路由D10、R33和C24组成。D10正端与放大器的输出相连，另一端与R33和C24连接后，经过限流电阻R48和由D11、D12组成的限幅电路后与信号处理器的7脚相连；R33和C24并联相连，另一端与AGND连接。
图6所示为指示灯电路原理图部分。指示灯电路与信号处理器的对应管脚相连，同时与电源电路相连。
图7所示为电源供电部分电路。该部分电路将4节AA电池提供的6V直流电压转换成不同的电压供给数据处理模块、指示灯、显示屏等其他电路。

Claims (3)

1. 一种非接触便携式超声波液位测量装置，包括一个超声波收发探头(3)置于储液罐(11)的外壁，其特征在于装置包括一个手持表壳(12)，其手持表壳(12)内部置放数据处理模块(10)；超声波收发探头(3)通过引线连接到手持表壳(12)，最终连接至内部数据处理模块(10)；数据处理模块(10)由信号处理器(1)，发射信号功放驱动器(2)，接收信号限幅保护器(4)，接收信号放大器(5)，接收信号检波器(6)五部分组成，所述数据处理模块(10)的处理逻辑如下：超声波收发探头(3)一端连接至手持表壳内部数据处理模块(10)的发射信号功放驱动器(2)，另一端连接至数据处理模块(10)的接收信号限幅保护器(4)，接收信号限幅保护器(4)与接收信号放大器(5)连接，接收信号放大器(5)与接收信号检波器(6)连接，接收信号检波器(6)与信号处理器(1)连接，发射信号功放驱动器(2)与信号处理器(1)连接，信号处理器(1)的控制信号输入端口与手持表壳(12)的控制键连接，信号处理器(1)的指示信号输出端口与手持表壳(12)的LCD显示屏(7-1)及指示灯(7-2)、频率及功率控制器(8)连接，供电电路(9)分别给数据处理模块(10)、频率及功率控制器(8)、显示屏(7-1)及指示灯(7-2)供电。
2. 根据权利要求1所述一种非接触便携式超声波液位测量装置，其特征在于所述装置超声探头(3)的频率范围为100K-1MHz，发射信号功放驱动器(2)输送给超声探头(3)的电信号的电压幅度为100-1000V的短时脉冲，持续时间为20-100微秒。
3. 根据权利要求1或2所述一种非接触便携式超声波液位测量装置，其特征在于采用收发合置的单个超声波探头(3)。
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