CN104501909B - 一种基于超声波的小量程液位测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于液位测量技术领域，具体涉及一种基于超声波的小量程液位测量装置及测量方法。一种基于超声波的小量程液位测量装置，包括用于发射超声波的压电陶瓷片、用于接收超声波的圆形压电陶瓷片，用于发射和接收超声波的两个压电陶瓷片固定于基板，两个压电陶瓷片裸露与被测液体接触；用于发射超声波的压电陶瓷片通过引线与超声波信号发生器相连，通过超声波信号发生器驱动发射超声波；用于接收超声波的圆形压电陶瓷片通过引线与信号检测器相连。本发明克服了0～5cm的测量盲区，可以实现了液位的小量程测量，可用于公路积水量小量程测量。
Description
技术领域
本发明属于液位测量技术领域，具体涉及一种基于超声波的小量程液位测量装置及测量方法。
背景技术
超声波测液位技术广泛应用于水文、水利工程和各种矿山、井下等易燃易爆场合观测液位或仓储物位检测等领域，但在目前使用的超声波测液位技术中，应用最多的是脉冲回波检测法，其原理是通过超声波传感器发射超声波，并接收从被测目标反射回来的回波信号，确定超声脉冲从发射到接收的时间，然后再根据超声波传播的速度，计算出超声波传感器与被测物体之间的距离。例如，中国专利CN102865905A公开的一种超声波液位计和中国专利CN102679918A公开的一种超声波米尺都是采用脉冲回波检测的方法。然而这种方法需要依赖能否精确获得超声波在介质中的传播速度，但是超声波在介质中的传播速度与介质材料、环境温度、湿度等因素有关，因此测量精度有限。而且，由于超声波发射时的余震，导致超声波回波检测法测液位存在至少5cm的盲区，因此，无法实现0～5cm的小量程液位测量，无法用于公路积水量小量程测量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于超声波的小量程液位测量装置，本发明的目的还在于提供一种基于超声波的小量程液位测量方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于超声波的小量程液位测量装置，包括用于发射超声波的压电陶瓷片、用于接收超声波的圆形压电陶瓷片，用于发射和接收超声波的两个压电陶瓷片固定于基板，两个压电陶瓷片裸露与被测液体接触；用于发射超声波的压电陶瓷片通过引线与超声波信号发生器相连，通过超声波信号发生器驱动发射超声波；用于接收超声波的圆形压电陶瓷片通过引线与信号检测器相连；超声波信号产生器产生正弦波激励用于发射超声波的圆形压电陶瓷片发射超声波，超声波在液体中传播并衰减，另一个放置在液体底部的用于接收超声波的圆形压电陶瓷片接收经过衰减了的超声波，由于压电效应产生电压信号，将用于接收超声波的圆形压电陶瓷片产生的电压信号送至信号检测器，检测两端电压值所处的判决区间，检测当前液位的高度值。
一种基于超声波的小量程液位测量方法，包括：
(1)在液体底部放置一用于发射超声波的圆形压电陶瓷片，在液体底部距离用于发射超声波的圆形压电陶瓷片距离h放置一同规格的圆形压电陶瓷片，用于接收经过衰减了的超声波；
(2)超声波信号发生器驱动放置在液体底部的压电陶瓷片产生超声波，在液体中传播；
(3)用于接收超声波的圆形压电陶瓷片接收到超声波后由于压电效应产生电压U；
(4)将用于接收超声波的圆形压电陶瓷片产生的电压U送至信号检测器，检测电压U所处的判决区间(Ui,Ui+1),从而可以检测当前液位的高度值hi。
本发明的有益效果在于：克服了0～5cm的测量盲区，可以实现了液位的小量程测量，可用于公路积水量小量程测量。
附图说明
图1为本发明的工作原理图；
图2为本发明的实现装置放置的剖面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
图1为本发明的工作原理图，其中，1用于发射超声波的圆形压电陶瓷片；2用于接收超声波的圆形压电陶瓷片；3超声波信号发生器；4信号检测器；
图2为本发明的实现装置放置的剖面图，1.用于发射超声波的圆形压电陶瓷片；2.用于接收超声波的圆形压电陶瓷片；3.液面；4传感器基板。
为了克服超声波回波检测法存在5cm盲区的问题、实现0～5cm小量程液位测量的目的，本发明采用如下技术方案来解决：
由于超声波在液体传播时要克服液体粘滞力，会产生衰减，其衰减程度取决于传播通道介质高度(如液体液面高度)和传播距离。利用这一原理，本发明采用超声波信号发生器驱动放置在液体底部的压电陶瓷片，产生的超声波在液体中传播，在液体底部距离发生超声波的圆形压电陶瓷片远处放置一同规格的圆形压电陶瓷片，来接收经过衰减了的超声波，接收到超声波后压电陶瓷片由于压电效应产生电压，接收到的超声波强度随着液位的变化而变化，并且超声波强度与液高正相关，因此用于接收超声波的压电陶瓷片两端电压也与液高也正相关，亦即压电陶瓷片的电压值线性地反映了液位高度。最后通过信号检测器检测用于接收超声波的压电陶瓷片两端电压压值所处的判决区间，从而检测当前液位的高度值。
根据这一方案，本发明中基于超声波的小量程液位测量方法包括如下步骤：
(1)在液体底部放置一用于发射超声波的圆形压电陶瓷片，在液体底部距离用于发射超声波的圆形压电陶瓷片一定远处放置一同规格的圆形压电陶瓷片，用于接收经过衰减了的超声波。
(2)超声波信号发生器驱动放置在液体底部的压电陶瓷片产生超声波，在液体中传播；
(3)用于接收超声波的圆形压电陶瓷片接收到超声波后由于压电效应产生电压U；
(4)将用于接收超声波的圆形压电陶瓷片产生的电压U送至信号检测器，检测电压U所处的判决区间(Ui,Ui+1),从而可以检测当前液位的高度值hi；
本发明的基于超声波的小量程液位测量方法是通过这样的装置来实现的：
小量程液位测量实现装置，其特征在于，包括用于发射超声波的压电陶瓷片1、用于接收超声波的圆形压电陶瓷片2。用于发射和接收超声波的两个压电陶瓷片固定于基板中央处，两者相距约3～5cm。两个压电陶瓷片为同规格圆形状，尺寸、材质、谐振频率等完全相同且匹配。两个压电陶瓷片金属面裸露保证与被测液体接触，其余部分密封来确保超声波发生器和接收器引线绝缘。工作时传感器放置在液体底部
小量程液位测量实现装置，用于发射超声波的压电陶瓷片1通过引线与超声波信号发生器相连，通过超声波信号发生器驱动发射超声波；用于接收超声波的圆形压电陶瓷片2通过引线与信号检测器相连。
由于本发明的基于超声波的小量程液位测量方法不需要测得超声波在介质中的传播速度，因此克服了超声波回波检测法存在的由于超声波传播速度测量不精确而导致的液位测量精度有限的问题。
用本发明的基于超声波的小量程液位测量方法，需要如下步骤：
(1)在液体底部放置一用于发射超声波的圆形压电陶瓷片，在液体底部距离用于发射超声波的圆形压电陶瓷片一定远处放置一同规格的圆形压电陶瓷片，用于接收经过衰减了的超声波。
(2)超声波信号发生器驱动放置在液体底部的压电陶瓷片产生超声波，在液体中传播；
(3)用于接收超声波的圆形压电陶瓷片接收到超声波后由于压电效应产生电压U；
(4)将用于接收超声波的圆形压电陶瓷片产生的电压U送至信号检测器，检测电压U所处的判决区间(Ui,Ui+1),从而检测当前液位的高度值hi；
另外，用于接收超声波的圆形压电陶瓷片和用于发射超声波的圆形压电陶瓷片规格选择的不同和两者安装位置的不同对小量程液位测量的结果都有一定的影响，因此本发明的基于超声波的小量程液位测量方法的实现装置有以下典型方式：
实施例一：
根据本发明的工作原理图1和实现装置放置剖面图2，用于发射超声波的圆形压电陶瓷片1和用于接收超声波的圆形压电陶瓷片2相距3cm，两者规格相同完全匹配，按照图2示意图安装，用于发射超声波的压电陶瓷片1和用于接收超声波的圆形压电陶瓷片2固定于基板中央处，传感器放置在液体底部。两个压电陶瓷片金属面裸露保证与被测液体接触，其余部分密封来确保超声波发生器和接收器引线绝缘。压电陶瓷片1通过引线与超声波信号发生器相连，圆形压电陶瓷片2通过引线与信号检测器相连。超声波信号产生器产生一定功率的正弦波激励圆形压电陶瓷片1发射超声波，超声波在液体中传播并衰减，另一个放置在液体底部的压电陶瓷片2接收经过衰减了的超声波，产生电压信号，电压值与液高正相关，随着液位的变化而变化，将压电陶瓷片2产生的电压信号送至信号检测器，检测两端电压值所处的判决区间，从而检测当前液位的高度值。
实施例二：
按照图2示意图安装，用于发射超声波的圆形压电陶瓷片1和用于接收超声波的圆形压电陶瓷片2相距5cm，两者规格相同完全匹配，其余部分和具体实施方式一相同，圆形压电陶瓷片1和圆形压电陶瓷片2固定于基板中央处，传感器放置在液体底部。两个压电陶瓷片金属面裸露保证与被测液体接触，其余部分密封来确保超声波发生器和接收器引线绝缘。压电陶瓷片1通过引线与超声波信号发生器相连，圆形压电陶瓷片2通过引线与信号检测器相连。和具体实施方式一相比，工作原理相同，不过由于压电陶瓷片1和2相距比具体实施方式一中的距离远，压电陶瓷片2接收到的超声波衰减程度在相同液位情况下更严重，导致其电压值会偏小，相应的判决区间也变小，这就要求信号检测器的灵敏度更高，否侧会导致液位判别误差过大。
实施例三：
按照图2示意图安装，用于发射超声波的圆形压电陶瓷片1和用于接收超声波的圆形压电陶瓷片2相距3cm，两者规格不同，谐振频率不同，其余部分和具体实施方式一相同，圆形压电陶瓷片1和圆形压电陶瓷片2固定于基板中央处，传感器放置在液体底部。两个压电陶瓷片金属面裸露保证与被测液体接触，其余部分密封来确保超声波发生器和接收器引线绝缘。压电陶瓷片1通过引线与超声波信号发生器相连，圆形压电陶瓷片2通过引线与信号检测器相连。和具体实施方式一相比，工作原理也相同，由于用于发射和接收的压电陶瓷片1、2不匹配，压电陶瓷片2接收的超声波频率与其固有谐振频率不匹配，从而使得压电陶瓷片2压电效应不明显，导致在相同液位情况下压电陶瓷片2的电压值远远偏小于具体实施方式一的情况，而且使其更易受到噪声的干扰，信号检测器的判决结果严重失真。
本领域技术人员不脱离本发明的实质和精神，压电陶瓷片1和2的规格和安装位置可以有多种变形方案，以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围。凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。
Claims (1)
1.一种基于超声波的小量程液位测量装置，其特征在于，包括用于发射超声波的压电陶瓷片(1)、用于接收超声波的圆形压电陶瓷片(2)，用于发射和接收超声波的两个压电陶瓷片固定于基板，两个压电陶瓷片裸露与被测液体接触；用于发射超声波的压电陶瓷片(1)通过引线与超声波信号发生器相连，通过超声波信号发生器驱动发射超声波；用于接收超声波的圆形压电陶瓷片(2)通过引线与信号检测器相连；超声波信号产生器产生正弦波激励用于发射超声波的圆形压电陶瓷片发射超声波，超声波在液体中传播并衰减，另一个放置在液体底部的用于接收超声波的圆形压电陶瓷片接收经过衰减了的超声波，由于压电效应产生电压信号，将用于接收超声波的圆形压电陶瓷片产生的电压信号送至信号检测器，检测两端电压值所处的判决区间，检测当前液位的高度值；用于发射超声波的圆形压电陶瓷片和用于接收超声波的圆形压电陶瓷片相距3cm，两者规格相同完全匹配，用于发射超声波的压电陶瓷片和用于接收超声波的圆形压电陶瓷片固定于基板中央处，传感器放置在液体底部。
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Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107569740B (zh) * | 2017-09-05 | 2021-03-26 | 纪笑纳 | 一种多功能医疗智能输液器 |
| CN110160602B (zh) * | 2018-02-11 | 2020-11-24 | 宁波方太厨具有限公司 | 一种吸油烟机的油杯液位测量方法 |
| CN111609901B (zh) * | 2020-05-24 | 2022-08-02 | 哈尔滨理工大学 | 一种高精度短距离超声波液位测量装置 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6192751B1 (en) * | 1997-11-18 | 2001-02-27 | Scientific Solutions, Inc. | Non-invasive low frequency elastic wave fluid level sensing system for sludge laden environments |
| WO2002035190A1 (fr) * | 2000-10-25 | 2002-05-02 | Zhi Lu | Procede permettant de mesurer un niveau de liquide dans des reservoirs d'huile de grande dimension en faisant intervenir des ondes ultrasonores |
| CN1348091A (zh) * | 2001-11-19 | 2002-05-08 | 武汉大学 | 一种利用超声波检测容器定点液位的方法 |
| CN201060029Y (zh) * | 2007-08-03 | 2008-05-14 | 李士开 | 双传感器超声波换能器 |
| CN101561305A (zh) * | 2009-06-05 | 2009-10-21 | 长沙理工大学 | 桥下或隧道路面积水监测预警系统及监测预警方法 |
| CN101718642B (zh) * | 2009-11-06 | 2012-02-01 | 广东省生态环境与土壤研究所 | 一种高速公路路面降雨径流污染的监测方法和装置 |
| CN202869605U (zh) * | 2012-04-11 | 2013-04-10 | 赵吉庆 | 基于调频脉冲回波法的超声液位测量装置 |
-
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6192751B1 (en) * | 1997-11-18 | 2001-02-27 | Scientific Solutions, Inc. | Non-invasive low frequency elastic wave fluid level sensing system for sludge laden environments |
| WO2002035190A1 (fr) * | 2000-10-25 | 2002-05-02 | Zhi Lu | Procede permettant de mesurer un niveau de liquide dans des reservoirs d'huile de grande dimension en faisant intervenir des ondes ultrasonores |
| CN1348091A (zh) * | 2001-11-19 | 2002-05-08 | 武汉大学 | 一种利用超声波检测容器定点液位的方法 |
| CN201060029Y (zh) * | 2007-08-03 | 2008-05-14 | 李士开 | 双传感器超声波换能器 |
| CN101561305A (zh) * | 2009-06-05 | 2009-10-21 | 长沙理工大学 | 桥下或隧道路面积水监测预警系统及监测预警方法 |
| CN101718642B (zh) * | 2009-11-06 | 2012-02-01 | 广东省生态环境与土壤研究所 | 一种高速公路路面降雨径流污染的监测方法和装置 |
| CN202869605U (zh) * | 2012-04-11 | 2013-04-10 | 赵吉庆 | 基于调频脉冲回波法的超声液位测量装置 |
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