CN107063392B - 一种基于微波传输线及dsp技术的智能液位测量器 - Google Patents

一种基于微波传输线及dsp技术的智能液位测量器 Download PDF

Info

Publication number
CN107063392B
CN107063392B CN201710476563.1A CN201710476563A CN107063392B CN 107063392 B CN107063392 B CN 107063392B CN 201710476563 A CN201710476563 A CN 201710476563A CN 107063392 B CN107063392 B CN 107063392B
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
pulse
signal
transmission line
programmable controller
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710476563.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107063392A (zh
Inventor
聂在平
宗显政
孙向阳
胡俊
胡宇轩
周国牛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN201710476563.1A priority Critical patent/CN107063392B/zh
Publication of CN107063392A publication Critical patent/CN107063392A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107063392B publication Critical patent/CN107063392B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284—Electromagnetic waves
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/05—Programmable logic controllers, e.g. simulating logic interconnections of signals according to ladder diagrams or function charts
    • G05B19/054—Input/output
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B3/00—Line transmission systems
    • H04B3/02—Details

Abstract

本发明涉及一种基于微波传输线及DSP技术的智能水位测量器，属于电磁波测量技术领域；包括可编程控制器，用于发送脉冲信号，根据脉冲信号在传播过程中遇到的液体介质传播的速度差异，处理反射脉冲信号和原始脉冲信号的时间差，通过计算从而确定液位的值；脉冲发射电路，接收可编程控制器的脉冲信号，用于将脉冲信号加载到传输线上；传输线，用于承载脉冲信号；脉冲接收电路，用于接收脉冲信号和反射脉冲信号，并将两个信号传递给可编程控制器；电源管理模块，为可编程控制器、脉冲发射电路、脉冲接收电路提供不同幅值的电压，保证各个模块稳定可靠的工作。本发明测量反射脉冲的时间间隔可计算出液位的真实高度。

Description

一种基于微波传输线及DSP技术的智能液位测量器
技术领域
本发明涉及电磁波测量技术领域，特别涉及一种基于微波传输线及DSP技术的智能水位测量器。
背景技术
当前，在城镇建设过程中形成了较多的低于地平面的地下空间，包括下穿式隧道、地下停车场、地下商城。在暴雨天气及排水不畅的双重作用下，极易发生由于水位上涨而造成财产甚至生命的损失。在人力可及的情况下，一般简单地通过肉眼及标尺进行水位高度的判断，但其往往实时性差、效率低、精度低，亟需基于新技术的应用，提出新的解决方案。
发明名称超声波液位计及超声波液位检测方法，申请号为201410457624.2，公开了利用外贴于容器侧面的第一超声波探头实现容器内声速的测量，利用外贴于容器底部的第二超声波探头实现液位的测量，使测量精度不受液体温度的影响，测量精度不随介质成分变化而降低，但是其存在的问题是结构过于复杂，第一脉冲回波信号与第二脉冲回波信号之间存在信号衰减，造成测量不准确。
发明名称一种智能超声波液位控制器，申请号为201410493067.3，公开一种采用控制装置与电磁阀相互配合实现液位精确测量的装置，利用超声波的速度比光速小，传播时间比较容易检测，并且易于定向发射，方向性好，强度好控制的优点来实现液位的测量，再利用电磁阀调节液位的高低，具有使用方便，操作简单，成本低廉、实用性好，但是其存在的缺点是原有超声波信号和反射的超声波信号之间存在信号的衰减，不适宜长距离传输，且易被障碍物干扰，会造成液位测量不准确。
因此，有必要改进现有的液位测量装置，使其测量的过程中减小脉冲信号的干扰，保证测量液位的准确性。
发明内容
为了克服背景技术中的问题，本发明提出一种基于微波传输线及DSP技术的智能水位测量器，其产生脉冲信号并沿传输线传播，在遇到液面后形成反射，通过克服超声波在测量液位过程中的衰减问题，测量反射脉冲的时间间隔可计算出液位的真实高度，并借助有线或无线方式将高度信息的变化提供决策者、或直接发出预警。
为了实现上述目的，本发明是按照以下方式实现的：
所述的一种基于微波传输线及DSP技术的智能水位测量器包括
可编程控制器，用于发送0～1MHz的矩形窄脉冲信号，根据脉冲信号在传播过程中遇到的液体介质传播的速度差异，处理反射脉冲信号和原始脉冲信号的时间差，通过计算从而确定液位的值；
脉冲发射电路，接收可编程控制器的脉冲信号，用于将脉冲信号加载到传输线上；
传输线，用于承载脉冲信号；
脉冲接收电路，用于接收脉冲信号和反射脉冲信号，并将两个信号传递给可编程控制器；
电源管理模块，为可编程控制器、脉冲发射电路、脉冲接收电路提供不同幅值的电压，保证各个模块稳定可靠的工作。
电源管理模块，为可编程控制器、脉冲发射电路、脉冲接收电路、功率放大电路、第一隔离电路、第一脉冲整形电路、叠加脉冲分离电路、第二隔离电路、第二脉冲整形电路、时间间隔测量电路提供幅值不同电压，保证各个模块稳定的工作；
可编程控制器与脉冲发射电路电信号相连，脉冲发射电路与传输线电信号相连，传输线与脉冲接收电路电信号相连，脉冲接收电路与可编程控制器电信号相连，电源管理模块与可编程控制器、脉冲发射电路、脉冲接收电路电连接。
另一方面，本发明提供一种基于微波传输线及DSP技术的智能水位测量器为：
可编程控制器，用于发送0～1MHz的矩形窄脉冲信号，根据脉冲信号在传播过程中遇到的液体介质传播的速度差异，处理反射脉冲信号和原始脉冲信号，通过计算从而确定液位的值；
功率放大电路，经过功率放大电路后的脉冲信号具备10w的驱动能力，用于放大矩形窄脉冲信号；
第一隔离电路，用于将脉冲和大电压脉冲发射电路进行隔离，避免后级电路的脉冲信号影响前级电路的脉冲信号；
第一脉冲整形电路，用于将高压脉冲信号整形以获得失真度最小的脉冲信号；
脉冲发射电路，接收可编程控制器的0～1MHz的矩形窄脉冲信号；用于将0～1MHz的矩形窄脉冲信号加载到传输线上；
传输线，用于承载0～1MHz的矩形窄脉冲信号；
脉冲接收电路，用于接收0～1MHz的矩形窄脉冲信号和反射脉冲信号，并将两个信号传递给叠加脉冲分离电路；
第二隔离电路，用于将高压的反射脉冲信号转换为低压的反射脉冲信号；
叠加脉冲分离电路，用于将脉冲信号和反射脉冲信号分离出来，得到液面反射的反射脉冲信号；
第二脉冲整形电路，用于将低压的反射脉冲信号整形为边沿陡峭的矩形脉冲电路；
时间间隔测量电路，通过反脉冲信号和原始脉冲信号，计算出两个脉冲信号之间的时间间隔，并将时间间隔转换为相应的数字信号；
电源管理模块，为可编程控制器、脉冲发射电路、脉冲接收电路、功率放大电路、第一隔离电路、第一脉冲整形电路、叠加脉冲分离电路、第二隔离电路、第二脉冲整形电路、时间间隔测量电路提供幅值不同电压，保证各个模块稳定的工作；
进一步的，所述的叠加脉冲分离电路由差分放大电路组成。
进一步的，功率放大电路能够最大输出2A的电流。
所述的电源管理模块与可编程控制器、脉冲发射电路、脉冲接收电路、功率放大电路、第一隔离电路、第一脉冲整形电路、叠加脉冲分离电路、第二隔离电路、第二脉冲整形电路、时间间隔测量电路电连接；
可编程控制器与功率放大电路电信号相连，功率放大电路与第一隔离电路电信号相连，第一个隔离电路与第一脉冲整形电路电信号相连，第一脉冲整形电路与脉冲发射电路电信号相连，脉冲发射电路与传输线电信号相连；
脉冲接收电路与第二隔离电路电信号相连，第二隔离电路与叠加脉冲分离电路电信号相连，叠加脉冲分离电路与第二脉冲整形电路电信号相连，第二脉冲整形电路与时间间隔测量电路电信号相连，时间间隔测量电路与可编程控制器信号电信号相连。
再一方面，本发明提供一种基于微波传输线及DSP技术的智能水位测量器包括
可编程控制器，用于发送0～1MHz的矩形窄脉冲信号，根据脉冲信号在传播过程中遇到的液体介质传播的速度差异，处理反射脉冲信号和原始脉冲信号的时间差，通过计算从而确定液位的值；
功率放大电路，经过功率放大电路后的脉冲信号具备10w的驱动能力，用于放大矩形窄脉冲信号；
第一隔离电路，用于将脉冲和大电压脉冲发射电路进行隔离，避免后级电路的脉冲信号影响前级电路的脉冲信号；
第一脉冲整形电路，用于将高压脉冲信号整形以获得失真度最小的脉冲信号；
脉冲发射电路，接收可编程控制器的0～1MHz的矩形窄脉冲信号，用于将0～1MHz的矩形窄脉冲信号加载到传输线上；
传输线，用于承载0～1MHz的矩形窄脉冲信号；
脉冲接收电路，用于接收0～1MHz的矩形窄脉冲信号和反射脉冲信号，并将两个信号传递给叠加脉冲分离电路；
第二隔离电路，用于将高压的反射脉冲信号转换为低压的反射脉冲信号；
叠加脉冲分离电路，用于将脉冲信号和反射脉冲信号分离出来，得到反射脉冲信号；
第三隔离电路，将叠加脉冲分离电路与时间间隔测量电路进行隔离，防止后级电路模块的脉冲信号影响前一级的电路的脉冲信号；
第二脉冲整形电路，用于将低压的反射脉冲信号整形为边沿陡峭的矩形脉冲电路；
时间间隔测量电路，通过反脉冲信号和原始脉冲信号，计算出两个脉冲之间的时间间隔，并将时间间隔转换为相应的数字信号；
电源管理模块，为可编程控制器、脉冲发射电路、脉冲接收电路、功率放大电路、第一隔离电路、叠加脉冲分离电路、第二隔离电路、脉冲整形电路、时间间隔测量电路、第三隔离电路提供不同幅值的电压，使各个模块均能正常稳定的工作；
进一步的，所述的可编程控制器为包括复位电路、时钟电路、状态指示电路、输出接口电路、输入接口电路组成的单片机，其中复位电路、时钟电路组成最小系统，状态指示电路用于检测系统工作状态和调试工作程序。
进一步的，所述的叠加脉冲分离电路由差分放大电路组成。
进一步的，功率放大电路能够最大输出2A的电流。
进一步的，所述的第二隔离电路包括电光转换模块、光电转换模块，功率放大电路与电光转换模块信号相连，电光转换模块与光电转换模块信号相连，光电转换模块与第一脉冲整形电路信号相连。
所述的电源管理模块与可编程控制器、脉冲发射电路、脉冲接收电路、功率放大电路、第一隔离电路、第一脉冲整形电路、叠加脉冲分离电路、第二隔离电路、第二脉冲整形电路、时间间隔测量电路电连接；
可编程控制器与功率放大电路电信号相连，功率放大电路与第一隔离电路电信号相连，第一隔离电路与第一脉冲整形电路电信号相连，第一脉冲整形电路与脉冲发射电路电信号相连，脉冲发射电路与传输线相连；
传输线与脉冲接收电路相连，脉冲接收电路与第二隔离电路电信号相连，第二隔离电路与叠加脉冲分离电路电信号相连，叠加脉冲分离电路与第三隔离电路电信号相连；
第三隔离电路与第二脉冲整形电路信号相连，第二脉冲整形电路与时间间隔测量电路信号相连，时间间隔测量电路与可编程控制器电信号相连，可编程控制器与告警唤醒电路电信号相连。
进一步的，所述的脉冲发射电路由高速开关晶体管组成。
进一步的，所述的脉冲接收电路由集成运放构成的电压跟随器组成。
进一步的，所述的传输线沿墙壁或PVC管道外侧铺设，传输线底端位置处于地面或原有液位的表面，传输线安装方式选择柔性印刷微带、平行双线布置。
进一步的，所述的电源管理模块采用的电压是12V电压，采用线性稳压芯片。
进一步的，所述的基于微波传输线及DSP技术的智能水位测量器还包括告警唤醒电路，告警唤醒电路包括蜂鸣器或LED灯，蜂鸣器或LED灯均与可编程控制器电连接，当液位超过警戒值后蜂鸣器发出报警声、LED灯闪烁。
本发明的有益效果：
1.本发明克服肉眼及标尺进行水位高度判断带来的实时性差、效率低及精度低的问题，通过可编程控制器处理相干累积的脉冲信号，精度可达到毫米级甚至更高。
2.本发明可实现无人值守，降低了人员值守时的劳动强度，并且自动化程度高，通过有线，无线方式可将信息传递给监管部门或直接发出预警信号，实现水位的检测，检测的效率高。
3.相比于汽车防撞雷达技术，由于不需要发射、接收、及处理无线射频信号，具有明显的低复杂度、低成本的优势。
4.电磁波的传输是通过传输线引导的，可以实现大距离传输，它的中、长距离的衰减较超声波更小；液面所造成的电磁信号在传输线末端的反射，特别适合于测试点与液面距离较大的情况(例如对高架桥下液位的探测)，较超声波经空气传输后在液面的反射要更强；轻质障碍物或干扰物，如植物、塑料，电磁波透射性更好，受到的干扰也更小，而超声波的衰减较大。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的实施例1的结构框图；
图3为本发明的实施例2的结构框图；
图4为本发明的实施例3的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚、明白，下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的说明，以方便技术人员理解。
实施例1
所述的一种基于微波传输线及DSP技术的智能水位测量器包括
可编程控制器，是基于微波传输线及DSP技术的智能水位测量器的控制核心。用于发送0～1MHz的矩形窄脉冲信号，根据脉冲在传播过程中遇到液体介质时，因为介电常数突变，会将脉冲反射回来，接收到反射脉冲信号和原始脉冲信号的时间差，时间差经过可编程控制器的分析计算可以得到液位的值。
脉冲发射电路，接收可编程控制器的脉冲信号，用于将脉冲信号加载到传输线上。
传输线，用于承载脉冲信号。
脉冲接收电路，用于接收脉冲信号和反射脉冲信号，并将两个信号传递给可编程控制器。
电源管理模块，为可编程控制器、脉冲发射电路、脉冲接收电路提供不同幅值的电压，以保证各模块稳定的工作。
优选的，所述的可编程控制器为包括复位电路、时钟电路、状态指示电路、输出接口电路、输入接口电路组成的单片机，其中复位电路、时钟电路组成最小系统，状态指示电路用于检测系统工作状态和调试工作程序。
优选的，所述的脉冲发射电路由高速开关晶体管组成。
优选的，所述的脉冲接收电路由集成运放构成的电压跟随器组成。
优选的，所述的传输线沿墙壁或PVC管道外侧铺设，传输线底端位置处于地面或原有液位的表面，传输线安装方式选择柔性印刷微带、平行双线布置。
优选的，所述的电源管理模块采用的电压是12V电压，采用线性稳压芯片。
进一步的，所述的基于微波传输线及DSP技术的智能水位测量器还包括告警唤醒电路，告警唤醒电路包括蜂鸣器或LED灯，当液位超过警戒值后，蜂鸣器发出报警声、LED灯闪烁。
可编程控制器与脉冲发射电路电信号相连，脉冲发射电路与传输线电信号相连，传输线与脉冲接收电路电信号相连，脉冲接收电路与可编程控制器电连接，电源管理模块与可编程控制器、脉冲发射电路、脉冲接收电路电连接。
下面结合图1、图2说明实施例1的原理，可编程控制器发出0～1MHz的矩形窄脉冲信号，可编程控制器将脉冲信号发送给脉冲发射电路，脉冲发射电路将脉冲信号加载到传输线上，脉冲沿着传输线传输，当脉冲信号碰着液面后，脉冲信号因为介电常数的突变，脉冲信号反射回来，反射回来的脉冲信号被脉冲接收电路检测到，脉冲接收电路将脉冲信号发送给可编程控制器，根据原始发送的脉冲信号与反射脉冲信号的差异，通过可编程控制器的计算和分析，即可得到液位的值，当液位值超过可编程控制器的设定值时，与可编程控制器相连的蜂鸣器发出蜂鸣声报警，与可编程控制器相连的LED灯点亮，并且可编程控制器通过有线或无线的形式发送给监控人员。
实施例2
所述的一种基于微波传输线及DSP技术的智能水位测量器为：
可编程控制器，是基于微波传输线及DSP技术的智能水位测量器的控制核心。用于发送0～1MHz的矩形窄脉冲信号，根据脉冲在传播过程中遇到液体介质，介电常数会发生突变，并将脉冲反射回来，接收到反射脉冲信号和原始脉冲信号的时间差，根据差异经过可编程控制器的分析计算可以得到液位的值。
功率放大电路，经过功率放大电路后的脉冲信号具备10w的驱动能力，用于放大矩形窄脉冲信号。
第一隔离电路，用于将脉冲和大电压脉冲发射电路进行隔离，避免后级电路的脉冲信号影响前级电路，后级电路的脉冲信号包括第一脉冲整形电路，脉冲发射电路，前级电路包括功率放大电路。
第一脉冲整形电路，用于将高压脉冲信号整形以获得失真度最小的脉冲信号。
脉冲发射电路，接收可编程控制器的0～1MHz的矩形窄脉冲信号，用于将0～1MHz的矩形窄脉冲信号加载到传输线上。
传输线，用于承载0～1MHz的矩形窄脉冲信号。
脉冲接收电路，用于接收0～1MHz的矩形窄脉冲信号和反射脉冲信号，并将两个信号传递给叠加脉冲分离电路。
叠加脉冲分离电路，用于将传输线发出的原始脉冲信号和液面反射的反射脉冲信号分离出来，得到液面反射的反射脉冲信号。
第二隔离电路，用于将高压的反射脉冲信号转换为低压的反射脉冲信号。
第二脉冲整形电路，用于将低压的反射脉冲信号整形为边沿陡峭的矩形脉冲电路。
时间间隔测量电路，通过反脉冲信号和脉冲发射电路发出的原始脉冲信号，计算出两个脉冲之间的时间间隔，并将时间间隔转换为相应的数字信号。
电源管理模块，为可编程控制器、功率放大电路、第一隔离电路、第一脉冲整形电路、脉冲发射电路、传输线、脉冲接收电路、第二隔离电路、叠加脉冲分离电路、第二脉冲整形电路、时间间隔测量电路提供不同幅值的电压，保证各模块稳定的工作。
所述的电源管理模块与可编程控制器、脉冲发射电路、脉冲接收电路、功率放大电路、第一隔离电路、第一脉冲整形电路、叠加脉冲分离电路、第二隔离电路、第二脉冲整形电路、时间间隔测量电路电连接。
可编程控制器与功率放大电路电信号相连，功率放大电路与第一隔离电路电信号相连，第一个隔离电路与第一脉冲整形电路电信号相连，第一脉冲整形电路与脉冲发射电路电信号相连，脉冲发射电路与传输线电信号相连。
脉冲接收电路与第二隔离电路电信号相连，第二隔离电路与叠加脉冲分离电路电信号相连，叠加脉冲分离电路与第二脉冲整形电路电信号相连，第二脉冲整形电路与时间间隔测量电路电信号相连，时间间隔测量电路与可编程控制器电信号相连。
优选的，所述的可编程控制器为包括复位电路、时钟电路、状态指示电路、输出接口电路、输入接口电路组成的单片机，其中复位电路、时钟电路组成最小系统，状态指示电路用于检测系统工作状态和调试工作程序。
优选的，所述的脉冲发射电路由高速开关晶体管组成。
优选的，所述的脉冲接收电路由集成运放构成的电压跟随器组成。
所述的传输线沿墙壁或PVC管道外侧铺设，传输线底端位置处于地面或原有液位的表面，传输线安装方式选择柔性印刷微带、平行双线布置。
优选的，所述的电源管理模块采用的电压是12V电压，采用线性稳压芯片。
优选的，所述的基于微波传输线及DSP技术的智能水位测量器还包括告警唤醒电路，告警唤醒电路包括蜂鸣器或LED灯，当液位超过警戒值后、蜂鸣器发出报警声、LED灯闪烁。
下面结合图1、图3进行详细的说明，可编程控制器发出0～1MHz的矩形窄脉冲信号，可编程控制器将脉冲信号发送给功率放大电路，功率放大电路将脉冲信号放大，用于驱动脉冲发射电路稳定工作。
第一隔离电路，隔离放大后的脉冲信号和原始脉冲信号，避免后级电路影响前级电路，放大后的脉冲信号用于驱动脉冲发射电路，脉冲发射电路可以加载到传输线上，放大后的脉冲信号沿着传输线传递。
当脉冲信号碰到液面后被反射，形成反射脉冲，反射脉冲和脉冲信号被脉冲接收电路接收，脉冲接收电路将反射脉冲信号和脉冲信号传递给第二隔离电路，第二隔离电路将放大后的脉冲信号和发射脉冲信号变为低电压的脉冲信号和反射脉冲信号，脉冲信号和反射脉冲信号传递给叠加脉冲分离电路。
叠加脉冲分离电路，将反射脉冲信号分离出来，并将反射脉冲信号传递给时间间隔测量电路，时间间隔测量电路将原始的脉冲信号与反射脉冲信号的时间间隔转换为数字信号，并将数字信号传递给可编程控制器，可编程控制器经过分析计算得到液位的值，当液位值超过可编程控制器的设定值时，与可编程控制器相连的蜂鸣器发出蜂鸣声报警，与可编程控制器相连的LED灯点亮，并且可编程控制器通过有线或无线的形式发送给监控人员。
实施例3
所述的一种基于微波传输线及DSP技术的智能水位测量器包括
可编程控制器，是基于微波传输线及DSP技术的智能水位测量器的控制核心。用于发送一矩形窄脉冲信号，根据脉冲在传播过程中遇到的液体介质时，介电常数会发生突变，会将脉冲反射回来，接收到反射脉冲信号和原始脉冲信号的时间间隔数字信号差异，从而确定液位的值。
由于液位高度的不同，接收到的反射脉冲信号的时间也会有差异，根据差异，可编程控制器通过分析计算可以得到液位的值。
功率放大电路，经过功率放大电路后的脉冲信号具备10w的驱动能力，用于放大矩形窄脉冲信号，以保证经传输、反射及再传输后到达接收端的反射脉冲仍然具有足够的信噪比。
第一隔离电路，用于将脉冲和大电压脉冲发射电路进行隔离，避免后级电路的脉冲信号影响前级电路，后级电路的脉冲信号包括第一脉冲整形电路，脉冲发射电路，前级电路包括功率放大电路。
第一脉冲整形电路，用于将高压脉冲信号整形以获得失真度最小的脉冲信号。
脉冲发射电路，接收可编程控制器的0～1MHz的矩形窄脉冲信号，用于将0～1MHz的矩形窄脉冲信号加载到传输线上。
传输线，用于承载0～1MHz的矩形窄脉冲信号。
脉冲接收电路，用于接收0～1MHz的矩形窄脉冲信号和反射脉冲信号，并将两个信号传递给叠加脉冲分离电路。
第二隔离电路，用于将高压的反射脉冲信号转换为低压的反射脉冲信号。
叠加脉冲分离电路，用于将沿传输线发出的脉冲和液面反射的反射脉冲叠加而成的脉冲分离出来，得到液面反射的反射脉冲信号，以便于后续通过反射脉冲和发射脉冲的时间差间接获得液位高度。
第二脉冲整形电路，用于将低压的反射脉冲信号整形为边沿陡峭的矩形脉冲电路，便于可编程控制器进行边沿检测，以计算出反射脉冲电路与原始脉冲信号之间的时间间隔。
第三隔离电路，将叠加脉冲分离电路与时间间隔测量电路进行隔离，防止后级电路模块的脉冲信号影响前一级的电路的脉冲信号。
时间间隔测量电路，通过反脉冲信号和脉冲发射电路发出的原始脉冲信号，计算出两个脉冲之间的时间间隔，并将时间间隔转换为相应的数字信号。
电源管理模块，为可编程控制器、功率放大电路、第一隔离电路、第一脉冲整形电路、脉冲发射电路、脉冲接收电路、第二隔离电路、叠加脉冲分离电路、第二脉冲整形电路、时间间隔测量电路提供电能。
所述的电源管理模块与可编程控制器、脉冲发射电路、脉冲接收电路、功率放大电路、第一隔离电路、第一脉冲整形电路、叠加脉冲分离电路、第二隔离电路、第二脉冲整形电路、时间间隔测量电路电连接。
可编程控制器与功率放大电路电信号相连，功率放大电路与第一隔离电路电信号相连，第一隔离电路与第一脉冲整形电路电信号相连，第一脉冲整形电路与脉冲发射电路电信号相连，脉冲发射电路与传输线相连。
传输线与脉冲接收电路相连，脉冲接收电路与第二隔离电路电信号相连，第二隔离电路与叠加脉冲分离电路电信号相连，叠加脉冲分离电路与第三隔离电路电信号相连。
第三隔离电路与第二脉冲整形电路电信号相连，第二脉冲整形电路与时间间隔测量电路电信号相连，时间间隔测量电路与可编程控制器电信号相连，可编程控制器与告警唤醒电路电信号相连。
优选的，所述的可编程控制器为包括复位电路、时钟电路、状态指示电路、输出接口电路、输入接口电路组成的单片机，其中复位电路、时钟电路组成最小系统，状态指示电路用于检测系统工作状态和调试工作程序。
优选的，所述的脉冲发射电路由高速开关晶体管组成，高速开关晶体管成本较低，电流从0上升到饱和电流或从饱和电流下降到0的时间极短，产生的发射脉冲能等效成方波脉冲。
优选的，所述的脉冲接收电路由集成运放构成的电压跟随器组成，电压跟随器能将电磁传输线与第二隔离电路进行隔离。
所述的传输线沿墙壁或PVC管道外侧铺设，借助墙壁或管道实现长期且稳定的支撑，传输线底端位置处于地面或原有液位的表面，例如下穿隧道的最底部，以便能覆盖所有可能的液位高度，传输线安装方式优选柔性印刷微带的平行双线。
所述的电源管理模块采用的电压是12V电压，采用线性稳压芯片是为了满足线性稳压芯片的工作电压。
所述的基于微波传输线及DSP技术的智能水位测量器还包括告警唤醒电路，告警唤醒电路包括蜂鸣器或LED灯，当液位超过警戒值后蜂鸣器发出报警声、LED灯闪烁。
下面结合图1、图4进行详细的说明，可编程控制器发出0～1MHz的矩形窄脉冲信号，可编程控制器将脉冲信号发送给功率放大电路，功率放大电路将脉冲信号放大，经过功率放大电路后的脉冲信号具有10w的驱动能力，用于驱动脉冲发射电路，使其稳定的工作，第一隔离电路用于隔离放大后的脉冲信号和原始脉冲信号，隔离电路包括光电转换模块和电光转换模块，隔离电路的作用是将脉冲发射电路与脉冲产生电路进行隔离，防止后级电路影响前一级的电路。
放大后的脉冲信号用于驱动脉冲发射电路，脉冲发射电路可以加载到传输线上，放大后的脉冲信号沿着传输线传递，当脉冲信号碰到液面后被反射，形成沿离开液面方向传输的反射脉冲，反射脉冲和脉冲信号被脉冲接收电路接收，脉冲接收电路将反射脉冲信号和脉冲信号传递给第二隔离电路，第二隔离电路将放大后的脉冲信号和发射脉冲信号转化为低电压的脉冲信号和低电压的反射脉冲信号，脉冲信号和反射脉冲信号传递给叠加脉冲分离电路，叠加脉冲分离电路将反射脉冲信号分离出来，叠加脉冲分离电路由差分电路实现，反射脉冲信号传递给第三隔离电路。
反射脉冲信号传递给时间间隔测量电路，时间间隔测量电路将脉冲信号与反射脉冲信号的时间间隔转换为数字信号，并将数字信号传递给可编程控制器，可编程控制器经过分析计算，得到液位的值，
具体计算液位的方式可通过下式进行计算：
h＝H0-V0t/2
其中，h为待求的液位高度，V0为电磁波沿传输线传输的速度，可通过查阅所采用传输线的产品手册获得；t为反射脉冲到达时间与发射脉冲时间之差；而H0为传输线顶端所处的垂直高度。
当液位值超过可编程控制器内部的设定值时，与可编程控制器相连的蜂鸣器发出蜂鸣声报警，与可编程控制器相连的LED灯点亮，并且可编程控制器通过有线或无线的形式发送给监控人员，可编程控制器还包括一个显示电路，用于实时显示水的深度。
本发明所提供的技术与采用超声波的技术相比，由于直接检测传输线上的电信号，无需“电—声”及“声—电”换能，因此具有能量利用效率更高及系统更简单的优点。同时，与背景中所述的两种发明相比，也具有更高的检测精度。
本发明基于传输线引导电磁波，更适合较复杂环境下的传输探测。例如，因贴墙铺设，即使传输路径被爬山虎、苔藓植物覆盖，也完全不影响探测，但超声波探测就不行，会造成误判。
最后说明的是，以上所述为本发明的优选实施方式，尽管通过上述优选实施例，已经对本发明进行了详细的说明，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种改变，而不偏离本发明的权利要求书所要求的范围。

Claims (5)

1.一种基于微波传输线及DSP技术的智能水位测量器，其特征在于：
其，包括：
传输线，用于承载脉冲信号；传输线为柔性印刷微带的平行双线；
可编程控制器，用于发送脉冲信号，根据脉冲信号在传播过程中遇到的液体介质传播的速度差异，处理反射脉冲信号和原始脉冲信号的时间差，通过计算从而确定液位的值；
脉冲发射电路，接收可编程控制器的脉冲信号，用于将脉冲信号加载到传输线上；
脉冲接收电路，用于接收脉冲信号和反射脉冲信号，并将两个信号传递给可编程控制器；
电源管理模块，为可编程控制器、脉冲发射电路、脉冲接收电路提供不同幅值的电压，保证各个模块稳定可靠的工作；
可编程控制器与脉冲发射电路电信号相连，脉冲接收电路与可编程控制器信号相连，电源管理模块与可编程控制器、脉冲发射电路、脉冲接收电路电连接；
所述的可编程控制器为包括复位电路、时钟电路、状态指示电路、输出接口电路、输入接口电路组成的单片机，其中复位电路、时钟电路组成最小系统，状态指示电路用于检测系统工作状态和调试工作程序；
所述的脉冲发射电路由高速开关晶体管组成；
所述的脉冲接收电路由集成运放构成的电压跟随器组成；
所述的传输线沿墙壁或PVC管道外侧铺设，借助墙壁或管道实现长期且稳定的支撑，传输线底端位置处于地面或原有液位的表面；
脉冲发射电路与传输线电信号相连，传输线与脉冲接收电路电信号相连。
2.如权利要求1所述的一种基于微波传输线及DSP技术的智能水位测量器，其特征在于：
还包括功率放大电路，用于放大脉冲信号，以保证经传输、反射及再传输后，到达接收端仍具有足够的信噪比；
第一隔离电路，用于将原始脉冲和大电压脉冲进行隔离，避免后级电路模块的脉冲信号影响前级电路模块的脉冲信号；
第一脉冲整形电路，用于将高压脉冲信号整形以获得失真度最小的脉冲信号；
叠加脉冲分离电路，用于将原始脉冲信号和反射脉冲信号分离出来，得到反射脉冲信号；
第二隔离电路，用于将高压的反射脉冲信号转换为低压的反射脉冲信号；
第二脉冲整形电路，用于将低压的反射脉冲信号整形为矩形脉冲电路；
时间间隔测量电路，通过反射脉冲信号和原始脉冲信号，计算出两个脉冲之间的时间间隔，将时间间隔转换为相应的数字信号，将数字信号传递给可编程控制器；
所述的可编程控制器与功率放大电路电信号相连，功率放大电路与第一隔离电路电信号相连，第一隔离电路与第一脉冲整形电路电信号相连，第一脉冲整形电路与脉冲发射电路电信号相连，脉冲发射电路与传输线电信号相连；
传输线与脉冲接收电路电信号相连，脉冲接收电路与第二隔离电路电信号相连，叠加脉冲分离电路与第二脉冲整形电路电信号相连，第二脉冲整形电路与时间间隔测量电路电信号相连，时间间隔测量电路与可编程控制器电信号相连；
电源管理模块与可编程控制器、功率放大电路、第一隔离电路、第一脉冲整形电路、脉冲发射电路、传输线、脉冲接收电路、第二隔离电路、叠加脉冲分离电路、第二脉冲整形电路、时间间隔测量电路电连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于微波传输线及DSP技术的智能水位测量器，其特征在于：
还包括第三隔离电路，用于将叠加脉冲分离电路与时间间隔测量电路进行隔离，防止后级电路模块的脉冲信号影响前一级电路的脉冲信号；
所述的可编程控制器与功率放大电路电信号相连，功率放大电路与第一隔离电路电信号相连，第一隔离电路与第一脉冲整形电路电信号相连，第一脉冲整形电路与脉冲发射电路电信号相连，脉冲发射电路与传输线电信号相连；
传输线与脉冲接收电路电信号相连，脉冲接收电路与第二隔离电路电信号相连，第二隔离电路与叠加脉冲分离电路电信号相连，叠加脉冲分离电路与第三隔离电路电信号相连，第三隔离电路与时间间隔测量电路电信号相连，时间间隔测量电路与可编程控制器相连；
电源管理模块与可编程控制器、功率放大电路、第一隔离电路、第一脉冲整形电路、脉冲发射电路、脉冲接收电路、第二隔离电路、叠加脉冲分离电路、第三隔离电路、时间间隔测量电路电连接。
4.根据权利要求1、2、3中的任意一项所述的一种基于微波传输线及DSP技术的智能水位测量器，其特征在于：所述的电源管理模块采用的输入电压是12V电压，采用线性稳压芯片将电压转换为不同的幅值，提供给各个模块。
5.根据权利要求1、2、3中的任意一项所述的一种基于微波传输线及DSP技术的智能水位测量器，其特征在于：所述的基于微波传输线及DSP技术的智能水位测量器还包括告警唤醒电路，告警唤醒电路包括蜂鸣器或LED灯，蜂鸣器或LED灯均与可编程控制器电连接，当液位超过警戒值后蜂鸣器发出报警声，LED灯闪烁。
CN201710476563.1A 2017-06-21 2017-06-21 一种基于微波传输线及dsp技术的智能液位测量器 Active CN107063392B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710476563.1A CN107063392B (zh) 2017-06-21 2017-06-21 一种基于微波传输线及dsp技术的智能液位测量器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710476563.1A CN107063392B (zh) 2017-06-21 2017-06-21 一种基于微波传输线及dsp技术的智能液位测量器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107063392A CN107063392A (zh) 2017-08-18
CN107063392B true CN107063392B (zh) 2019-11-29

Family

ID=59595431

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710476563.1A Active CN107063392B (zh) 2017-06-21 2017-06-21 一种基于微波传输线及dsp技术的智能液位测量器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107063392B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109978097A (zh) * 2019-03-29 2019-07-05 中国联合网络通信集团有限公司 输液器监控方法及系统、阅读器、感知标签和接入服务器

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3832900A (en) * 1971-06-28 1974-09-03 Sperry Rand Corp Apparatus and method for measuring the level of a contained liquid
CN1173222A (zh) * 1994-12-19 1998-02-11 加利福尼亚大学 电子多用途材料平面高度传感器
US6085589A (en) * 1996-12-23 2000-07-11 Venture Measurement Company Llc Material level sensing system calibration
CN101033996A (zh) * 2005-12-29 2007-09-12 恩德莱斯和豪瑟尔两合公司 用于料位测量的方法及装置
CN101896797A (zh) * 2007-12-18 2010-11-24 恩德莱斯和豪瑟尔两合公司 用于物位测量的方法
CN105705913A (zh) * 2013-10-31 2016-06-22 恩德莱斯和豪瑟尔两合公司 确定或监测容器中介质的料位的设备
CN106716081A (zh) * 2014-10-01 2017-05-24 霍尼韦尔国际公司 使用多个搜索步骤的水平寻找

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3832900A (en) * 1971-06-28 1974-09-03 Sperry Rand Corp Apparatus and method for measuring the level of a contained liquid
CN1173222A (zh) * 1994-12-19 1998-02-11 加利福尼亚大学 电子多用途材料平面高度传感器
US6085589A (en) * 1996-12-23 2000-07-11 Venture Measurement Company Llc Material level sensing system calibration
CN101033996A (zh) * 2005-12-29 2007-09-12 恩德莱斯和豪瑟尔两合公司 用于料位测量的方法及装置
CN101896797A (zh) * 2007-12-18 2010-11-24 恩德莱斯和豪瑟尔两合公司 用于物位测量的方法
CN105705913A (zh) * 2013-10-31 2016-06-22 恩德莱斯和豪瑟尔两合公司 确定或监测容器中介质的料位的设备
CN106716081A (zh) * 2014-10-01 2017-05-24 霍尼韦尔国际公司 使用多个搜索步骤的水平寻找

Also Published As

Publication number Publication date
CN107063392A (zh) 2017-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101173986B (zh) 一种无盲区的超声测距仪
CN101915917B (zh) 超声波测距装置
CN103499374B (zh) 一种基于神经网络的超声波动态液位检测方法和系统
DE602004023651D1 (de) Entfernungsmessung mit einer auf differenzen basierenden schätztechnik
RU2014109546A (ru) Способ определения уровня наполнения резервуара
KR101238387B1 (ko) 초음파를 이용한 빙해수조 얼음두께 계측 시스템 및 그 계측 방법
CN201622097U (zh) 超声波汽油箱油位传感器
CN102841343A (zh) 一种基于工控机的回声测深仪校准系统及其校准方法
CN107063392B (zh) 一种基于微波传输线及dsp技术的智能液位测量器
CN103591975A (zh) 一种超声波传感器指标检测方法及装置
CN103644953A (zh) 一种透明液体液位测量方法及实现装置
CN104296836B (zh) 联合收割机超声波实时检测粮仓仓位的方法
CN102508249B (zh) 一种基于dsp的高精度超声波测距系统及其测距方法
CN109782376A (zh) 一种基于步进频的雷达雪深自动观测仪
CN104568060B (zh) 一种脉冲雷达物位计及其本振功率的调节方法和控制器
CN107390276B (zh) 一种基于互补格雷码的地下管线定位装置及方法
CN105467395B (zh) 一种超远距离超声波测量仪
CN200989943Y (zh) 一种无盲区的超声测距仪
CN202869605U (zh) 基于调频脉冲回波法的超声液位测量装置
CN207908009U (zh) 用于界面测量的雷达物位计系统
CN207611143U (zh) 一种基于dsp的超声波测距仪
CN107179061B (zh) 一种自校准超声测钎装置及测量方法
CN206756715U (zh) 雷达型水分测试系统
CN202770989U (zh) 基于模式匹配的井下超宽带电磁波超声联合定位系统
CN205861915U (zh) 一种自动进行水气介质识别的触底传感器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Nie Zaiping

Inventor after: Zong Xianzheng

Inventor after: Sun Xiangyang

Inventor after: Zhou Guoniu

Inventor after: Hu Jun

Inventor before: Nie Zaiping

Inventor before: Zong Xianzheng

Inventor before: Sun Xiangyang

Inventor before: Hu Jun

Inventor before: Hu Yuxuan

Inventor before: Zhou Guoniu