CN105571686A - 多普勒超声波液位计 - Google Patents

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林豪杰
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Abstract

本发明公开了多普勒超声波液位计，包括相连接的主机和探头，主机包括发射电路、接收电路、信号调理电路、DDR存储器、高速AD芯片、输出电路、DSP处理器和显示装置；发射电路的一端与探头连接，且用于向探头发射信号，发射电路的另一端与DSP处理器连接，接收电路的一端与探头连接，且用于接收探头发出的信号，接收电路的另一端与信号调理电路相连接，信号调理电路的另一端与高速AD芯片相连接，高速AD芯片的另一端与DSP处理器相连接，输出电路和DDR存储器均与DSP处理器相连接。该多普勒超声波液位计安装时不需破坏罐体，不接触容器内的介质，降低了盲区，提高了大量程测量的可靠性，且安装、调试简单，仪表的自适应性大幅提高。

Description

多普勒超声波液位计
技术领域
本发明属于液位计技术领域，具体涉及多普勒超声波液位计。
背景技术
在压力容器、危险化学液体、易燃易爆、高纯度液体等液位测量领域，应用传统的液位计测量存在较大困难。目前的外贴式超声波液位计普遍存在测量盲区大，大量程测量效果差，安装、调试、售后麻烦，仪表在现场的自适应能力差等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种安装时不需破坏罐体，不接触容器内的介质，且安装、调试简单，降低了测量盲区的多普勒超声波液位计。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，多普勒超声波液位计，包括相连接的主机和探头，主机包括发射电路、接收电路、信号调理电路、DDR存储器、高速AD芯片、输出电路、DSP处理器和显示装置；发射电路的一端与探头连接，且用于向探头发射信号，发射电路的另一端与DSP处理器连接，接收电路的一端与探头连接，且用于接收探头发出的信号，接收电路的另一端与信号调理电路相连接，信号调理电路的另一端与高速AD芯片相连接，高速AD芯片的另一端与DSP处理器相连接，输出电路和DDR存储器均与DSP处理器相连接；
发射电路包括推挽驱动电路、开关MOS管和变压器，推挽驱动电路的输入端与DSP处理器的PWM接口相连接，用于接收DSP处理器发出的超声脉冲信号，推挽驱动电路的输出端与开关MOS管的栅极相连接；开关MOS管的源极接地，开关MOS管的漏极与变压器初级的一端相连接，变压器初级的另一端与电源相连，变压器次级与探头相连接。
进一步地，该接收电路包括耦合电容和限幅电路，耦合电容的输入端与探头相连接，耦合电容的输出端与限幅电路相连接，耦合电容用于接收探头发射的信号。
进一步地，该信号调理电路包括依次相连接的前置滤波放大电路、初级增益可调的放大电路和二级增益可调的放大电路，前置滤波放大电路的输入端与限幅电路的输出端相连接，二级增益可调的放大电路的输出端与高速AD芯片相连接。
进一步地，该探头包括水平且间隔设置在金属壳内的接线板和压电片，压电片设置于金属壳内的底部，压电片与金属壳通过导电胶相连接，接线板和压电片间竖直连接有导电柱，接线板还与信号电缆连接；所述接线板与金属壳的接触处设置有挡圈，所述挡圈成对对称分布于接线板的对应端，压电片上部设置有用于吸收和抑制杂波干扰的吸声材料。
本发明多普勒超声波液位计具有如下优点：通过自适应的变频技术和动态增益调节技术，降低了测量盲区，提高了大量程测量的可靠性，现场安装、调试更加简单，仪表的自适应性大幅提高。
附图说明
图1是本发明多普勒超声波液位计的结构示意图；
图2是本发明多普勒超声波液位计中发射电路的电路图；
其中：A.主机；1.显示屏；2.发射电路，2-1.推挽驱动电路，2-2.变压器，2-3.开关MOS管；3.接收电路；4.信号调理电路；5.探头；6.输出电路；7.DSP处理器；8.DDR存储器；9.高速AD芯片。
具体实施方式
如图1所示，本发明多普勒超声波液位计，包括相连接的主机A和探头5，主机A包括发射电路2、接收电路3、信号调理电路4、DDR存储器8、高速AD芯片9、输出电路6、DSP处理器7和显示装置1；发射电路2的一端与探头5连接，且用于向探头5发射信号，发射电路2的另一端与DSP处理器7连接，接收电路3的一端与探头5连接，且用于接收探头5发出的信号，接收电路3的另一端与信号调理电路4相连接，信号调理电路4的另一端与高速AD芯片9相连接，高速AD芯片9的另一端与DSP处理器7相连接，输出电路6和DDR存储器8均与DSP处理器相连接。DSP处理器7对大量采集数据进行复杂的算法处理，根据提取的信号特征，不断调节信号发射频率和接收增益，以达到测量的最佳状态，再根据声速和回波时间计算出液位值。采用德州仪器(TI)的高性能DSP处理器TMS320C6424，工业级芯片最高主频600MHz，最高性能可达4800MIPS，用于测量算法中大量数据的运算处理，并提高了系统的响应能力。
DDR存储器8用于暂存大量采集数据以及中间运算处理数据；高速AD芯片9用于信号采集，在信号采集时，由于高速采集数据量很大，此时需要使用DSP处理器7的EDMA协处理器单元，辅助数据的转存，以便减轻DSP处理器7的负担，同时DSP处理器7还可以执行其他任务；输出电路6实现4～20mA电流信号，由DSP处理器7控制输出电流；显示装置1实现测量结果的显示，由DSP处理器7控制输出结果。
如图2所示，发射电路2包括推挽驱动电路2-1、开关MOS管2-3和变压器2-2，推挽驱动电路2-1的输入端与DSP处理器7的PWM接口相连接，用于接收DSP处理器7发出的超声脉冲信号，推挽驱动电路2-1的输出端与开关MOS管2-3的栅极相连接；开关MOS管2-3的源极接地，开关MOS管2-3的漏极与变压器2-2初级的一端相连接，变压器2-2初级的另一端与电源相连，变压器2-2次级与探头5相连接。发射电路2采用自适应的变频技术、动态增益调节技术和复杂测量算法，是提高了产品性能。
本发明多普勒超声波液位计，其接收电路3包括耦合电容和限幅电路，耦合电容的输入端与探头5相连接，耦合电容的输出端与限幅电路相连接，耦合电容用于接收探头5发射的信号。
本发明多普勒超声波液位计，其信号调理电路4包括依次相连接的前置滤波放大电路、初级增益可调的放大电路和二级增益可调的放大电路，所述前置滤波放大电路的输入端与限幅电路的输出端相连接，所述二级增益可调的放大电路的输出端与高速AD芯片9相连接。信号调理电路4用于滤除干扰信号以及放大接收信号，接收信号通过信号调理后，送入高速AD芯片9进行信号采集。
本发明多普勒超声波液位计，其探头5包括水平且间隔设置在金属壳内的接线板和压电片，压电片设置于金属壳内的底部，压电片与金属壳通过导电胶相连接，接线板和压电片间竖直连接有导电柱，接线板还与信号电缆连接；接线板与金属壳的接触处设置有挡圈，挡圈成对对称分布于接线板的对应端，压电片上部设置有用于吸收和抑制杂波干扰的吸声材料。
本发明多普勒超声波液位计，主机A和探头5配合使用，主机A产生的声波信号经由信号电缆传输至探头5，探头5将能量转换为声波，发射到被测液体的表面后反射回来，经由探头5接收，并由信号电缆传回至液位计主机1，经主机A信号处理后，计算出当前液位，进行显示或远传。该液位计突破传统开罐接触的安降低了测量盲区，同时提高了大量程测量的可靠性，现场安装、调试更加简单，仪表的自适应性大幅提高。实现了对密闭容器内液位高度的真正非接触测量。

Claims (4)

1.多普勒超声波液位计，其特征在于，包括相连接的主机(A)和探头(5)，所述主机(A)包括发射电路(2)、接收电路(3)、信号调理电路(4)、DDR存储器(8)、高速AD芯片(9)、输出电路(6)、DSP处理器(7)和显示装置(1)；所述发射电路(2)的一端与探头(5)连接，且用于向探头(5)发射信号，所述发射电路(2)的另一端与DSP处理器(7)连接，所述接收电路(3)的一端与探头(5)连接，且用于接收探头(5)发出的信号，所述接收电路(3)的另一端与信号调理电路(4)相连接，所述信号调理电路(4)的另一端与高速AD芯片(9)相连接，所述高速AD芯片(9)的另一端与DSP处理器(7)相连接，所述输出电路(6)和DDR存储器(8)均与DSP处理器相连接；
所述发射电路(2)包括推挽驱动电路(2-1)、开关MOS管(2-3)和变压器(2-2)，所述推挽驱动电路(2-1)的输入端与DSP处理器(7)的PWM接口相连接，用于接收DSP处理器(7)发出的超声脉冲信号，推挽驱动电路(2-1)的输出端与开关MOS管(2-3)的栅极相连接；所述开关MOS管(2-3)的源极接地，所述开关MOS管(2-3)的漏极与变压器(2-2)初级的一端相连接，变压器(2-2)初级的另一端与电源相连，所述变压器(2-2)次级与探头(5)相连接。
2.根据权利要求1所述的多普勒超声波液位计，其特征在于，所述接收电路(3)包括耦合电容和限幅电路，所述耦合电容的输入端与探头(5)相连接，所述耦合电容的输出端与限幅电路相连接，所述耦合电容用于接收探头(5)发射的信号。
3.根据权利要求2所述的多普勒超声波液位计，其特征在于，所述信号调理电路(4)包括依次相连接的前置滤波放大电路、初级增益可调的放大电路和二级增益可调的放大电路，所述前置滤波放大电路的输入端与限幅电路的输出端相连接，所述二级增益可调的放大电路的输出端与高速AD芯片(9)相连接。
4.根据权利要求3所述的多普勒超声波液位计，其特征在于，所述探头(5)包括水平且间隔设置在金属壳内的接线板和压电片，所述压电片设置于金属壳内的底部，所述压电片与金属壳通过导电胶相连接，所述接线板和压电片间竖直连接有导电柱，所述接线板还与信号电缆连接；所述接线板与金属壳的接触处设置有挡圈，所述挡圈成对对称分布于接线板的对应端，所述压电片上部设置有用于吸收和抑制杂波干扰的吸声材料。
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