CN111189513A - 一种超声波液位测量方法、装置及超声波液位计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波液位测量方法、装置及超声波液位计，通过获取预设障碍信号；向待测液面发射检测信号；接收并按照预设的放大阶数放大第一回波信号；从中截取出信号强度大于第一预设阈值的第一回波信号，作为第一有效信号；计算第一有效信号与预设障碍信号之间的信号强度误差以及回波距离误差，并根据计算结果确定障碍信号和正常信号；根据第一有效信号中是否存在正常信号，确定第一测量结果。本申请通过比较预设障碍信号与有效信号的信号强度误差及回波距离误差，可以准确地识别出障碍信号和正常信号，能够避免将障碍物误判为待测液面，提高了超声波液位计的测量正确率，也能够突破检测环境对使用超声波液位计的限制，增强了环境适用性。

Description

一种超声波液位测量方法、装置及超声波液位计

技术领域

本发明涉及超声波测距领域，更具体地，涉及一种超声波液位测量方法、装置及超声波液位计。

背景技术

液位测量在工业生产中非常重要，而超声波液位计以其低成本、高精度、非接触测量、稳定性好等优点受到了广泛青睐，已被应用于石油化工、航空航天、水利、气象等多个领域。

测量过程中，超声波液位计的换能器发出超声波，超声波遇到液体表面反射后被换能器接收，并通过压电晶体或磁致伸缩器件转换成电信号，根据发射超声波与接收到超声波之间的时间，即可计算出换能器到被测液体表面的距离。

但是，超声波具有较强的扩散特性，因此在复杂环境中进行液位测量时，超声波容易受到环境中障碍物的影响，使其产生干扰回波，最终导致超声波液位计测量错误。这不仅大大降低了超声波液位计的测量准确度，也限制了超声波液位计的应用范围，是当前超声波液位计应用推广中的亟待解决的难题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种超声波液位测量方法、装置及超声波液位计，能够避免测量过程中障碍物的干扰，不仅提高了超声波液位计的测量正确率，也能够增强超声波液位计的环境适用性。

第一方面，本申请提供一种超声波液位测量方法，其特征在于，所述液位测量方法包括：

获取预设障碍信号；

向待测液面发射检测信号；所述检测信号为超声波信号；

接收经所述待测液面反射后得到的第一回波信号，并按照预设的放大阶数放大所述第一回波信号；

根据第一预设阈值，从放大后的第一回波信号中，截取出信号强度大于所述第一预设阈值的第一回波信号，作为第一有效信号；

计算所述第一有效信号与所述预设障碍信号之间的信号强度误差以及回波距离误差，并根据计算结果，确定所述第一有效信号中的障碍信号和正常信号；

若所述第一有效信号中存在至少一个所述正常信号，则将回波距离最近的正常信号确定为第一测量结果；若所述第一有效信号中不存在所述正常信号，则将回波距离最远的障碍信号确定为第一测量结果。

可选地，所述获取预设障碍信号的步骤之前，还包括：

获取超声波液位计的量程和可放大阶数；

将所述超声波液位计的量程分割为预设数量个扫描区间；

分别在每个所述扫描区间内，向所述待测液面发送超声波，并采用各个放大阶数放大接收到的第二回波信号；

记录所述第二回波信号中，信号强度大于所述第一预设阈值的第二回波信号的回波距离、信号强度以及对应的放大阶数，获得回波数据；

接收用户从所述回波数据中确定的液位数据，将所述回波数据中除所述液位数据外的回波数据作为预设障碍信号并保存。

可选地，所述记录所述第二回波信号中，信号强度大于所述第一预设阈值的回波信号的回波距离、信号强度以及对应的放大阶数，获得回波数据的步骤之后，还包括：

合并所述回波数据中，回波距离差异小于第二预设阈值的回波数据；

接收用户从合并后的回波数据中确定的液位数据，将所述回波数据中除所述液位数据外的回波数据作为预设障碍信号并保存。

可选地，所述合并所述回波数据中，回波距离差异小于第二预设阈值的回波数据的步骤，包括：

针对每个所述扫描区间内的回波数据，判断是否存在回波距离差异小于所述第二预设阈值的回波数据；如果是，则仅保留所述回波距离差异小于所述第二预设阈值的回波数据中，最早获得的回波数据，作为待处理数据；

针对各个扫描区间内的待处理数据，判断是否存在回波距离之差小于所述第二预设阈值的待处理数据；如果是，则仅保留所述回波距离之差小于所述第二预设阈值的回波数据中，最早扫描得到的待处理数据，作为合并后的回波数据。

可选地，在各个所述扫描区间内进行超声波扫描时，至少采用各个放大阶数扫描两次。

可选地，所述计算所述第一有效信号与预设障碍信号之间的信号强度误差以及回波距离误差，并根据计算结果，确定所述第一有效信号中的障碍信号和正常信号的步骤，包括：

获取所述第一有效信号中，与预设障碍信号之间的信号强度误差以及回波距离误差小于等于预设精度的回波信号，作为障碍信号，

获取所述第一有效信号中，与预设障碍信号之间的信号强度误差或回波距离误差大于预设精度的回波信号，作为正常信号。

可选地，所述接收经所述待测液面反射后得到的第一回波信号，并按照预设的放大阶数放大所述第一回波信号的步骤包括：

判断上一次测量过程中获得的第一有效信号中是否含有正常信号；如果是，则本次测量采用与上一次测量时相同的放大阶数放大所述第一回波信号；

如果否，则将上一次测量过程中的放大阶数增大一级后，对所述第一回波信号进行放大。

可选地，所述若所述第一有效信号中存在至少一个所述正常信号，则将回波距离最近的正常信号作为第一测量结果；若所述第一有效信号中不存在所述正常信号，则将回波距离最远的障碍信号作为第一测量结果的步骤之后，还包括：

获得多组液位测量后得到的多个第一测量结果；

当所述多个第一测量结果中不存在正常信号时，将所述多个第一测量结中回波距离最远的障碍信号作为液位测量结果；

当所述多个第一测量结果中存在多个正常信号时，计算所述多个正常信号的回波距离的平均值，并在删除与所述平均值误差超过所述第一预设阈值的正常信号后，再次计算剩余正常信号的平均值，作为最终的液位测量结果。

第二方面，本申请提供一种超声波液位测量装置，其特征在于，所述液位测量装置包括：

获取单元，用于获取预设障碍信号；

发射单元，用于向待测液面发射检测信号；所述检测信号为超声波信号；

接收单元，用于接收经所述待测液面反射后得到的第一回波信号，并按照预设的放大阶数放大所述第一回波信号；

截取单元，用于根据第一预设阈值，从放大后的第一回波信号中，截取出信号强度大于所述第一预设阈值的第一回波信号，作为第一有效信号；

计算单元，用于计算所述第一有效信号与所述预设障碍信号之间的信号强度误差以及回波距离误差，并根据计算结果，确定所述第一有效信号中的障碍信号和正常信号；

确定单元，用于若所述第一有效信号中存在至少一个所述正常信号，则将回波距离最近的正常信号确定为第一测量结果；若所述第一有效信号中不存在所述正常信号，则将回波距离最远的障碍信号确定为第一测量结果。

第三方面，本申请还提供一种超声波液位计，其特征在于，所述超声波液位计包括中央处理器、信号激励电路、超声波换能器、和信号放大调理电路；其中，

所述中央处理器，用于控制所述信号激励电路产生激励信号，并将所述激励信号发送至所述超声波换能器；接收所述信号放大调理电路发送的放大后的第一回波信号，并根据第一预设阈值，从放大后的第一回波信号中，截取出信号强度大于所述第一预设阈值的第一回波信号，作为第一有效信号；获取预设障碍信号后，计算所述第一有效信号与所述预设障碍信号之间的信号强度误差以及回波距离误差，并根据计算结果，确定所述第一有效信号中的障碍信号和正常信号；若所述第一有效信号中存在至少一个所述正常信号，则将回波距离最近的正常信号作为第一测量结果；若所述第一有效信号中不存在所述正常信号时，将回波距离最远的障碍信号作为第一测量结果；

所述信号激励电路，用于产生激励信号，并发送至所述超声波换能器；

所述超声波换能器，用于在接收到所述中央处理器产生的激励信号后，向待测液面发射检测信号，并接收经所述待测液面反射后得到的第一回波信号，将所述第一回波信号发送至所述信号放大调理电路；所述检测信号为超声波信号；

所述信号放大调理电路，用于按照预设的放大阶数放大所述第一回波信号。

与现有技术相比，本发明提供的一种超声波液位测量方法、装置及超声波液位计，至少实现了如下的有益效果：

本申请所提供的一种超声波液位测量方法、装置及超声波液位计，该液位测量方法包括：获取预设障碍信号；向待测液面发射检测信号；该检测信号为超声波信号；接收经待测液面反射后得到的第一回波信号，并按照预设的放大阶数放大第一回波信号；根据第一预设阈值，从放大后的第一回波信号中，截取出信号强度大于第一预设阈值的第一回波信号，作为第一有效信号；计算第一有效信号与预设障碍信号之间的信号强度误差以及回波距离误差，并根据计算结果，确定第一有效信号中的障碍信号和正常信号；若第一有效信号中存在至少一个正常信号，则将回波距离最近的正常信号确定为第一测量结果；若第一有效信号中不存在正常信号，则将回波距离最远的障碍信号确定为第一测量结果。本申请通过比较预设障碍信号与有效信号之间的信号强度误差及回波距离误差，可以从有效信号中准确地识别出障碍信号和正常信号，进而避免将障碍物误判为待测液面，不仅提高了超声波液位计的测量正确率，也能够突破检测环境对使用超声波液位计的限制，增强了环境适用性。

当然，实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1所示为本申请实施例所提供的超声波液位测量方法的一种流程图；

图2所示为图1实施例所提供的超声波液位测量方法的实例图；

图3所示为本申请实施例所提供的超声波液位测量装置的一种结构示意图；

图4所示为本申请实施例所提供的超声波液位计的一种结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

现有技术中，由于超声波液位计向待测液面发射检测信号之后，接收的回波信号中既包含经待测液面反射得到的正常信号，也包含经障碍物反射得到的障碍信号，而超声波液位计并不能从回波信号中识别出正常信号、滤除障碍信号，因此可能会将障碍物误判为待测液面，降低了液位测量的正确率；同时，现有技术提供的超声波液位测量方法中，对检测环境的要求也十分严格，超声波液位计的下缘至待测液面之间，即所发射超声波波束的辐射区域内不得有障碍物，这就对超声波液位计的使用环境造成了极大限制。

有鉴于此，本发明提供了一种超声波液位测量方法、装置及超声波液位计，能够避免测量过程中障碍物的干扰，不仅提高了超声波液位计的测量正确率，也能够增强超声波液位计的环境适用性。

以下将结合附图和具体实施例进行详细说明。

图1所示为本申请实施例所提供的超声波液位测量方法的一种流程图。请参见图1，超声波液位测量方法包括：

步骤101、获取预设障碍信号；

步骤102、向待测液面发射检测信号；该检测信号为超声波信号；

步骤103、接收经待测液面反射后得到的第一回波信号，并按照预设的放大阶数放大第一回波信号；

步骤104、根据第一预设阈值，从放大后的第一回波信号中，截取出信号强度大于第一预设阈值的第一回波信号，作为第一有效信号。

步骤105、计算第一有效信号与预设障碍信号之间的信号强度误差以及回波距离误差，并根据计算结果，确定第一有效信号中的障碍信号和正常信号。

步骤106、若第一有效信号中存在至少一个正常信号，则将回波距离最近的正常信号确定为第一测量结果；若第一有效信号中不存在正常信号，则将回波距离最远的障碍信号确定为第一测量结果。

具体地，超声波液位计向待测液面发射超声波信号，在发射时刻的同时开始计时，超声波在传播过程中遇到障碍物后立即返回，超声波液位计接收到第一回波信号就立即停止计时，进而可以根据传播时间以及超声波在不同介质中的传播速度计算出回波距离。其中，超声波液位计在传播过程中遇到的障碍物可以是待测液面，也可以是位于超声波液位计与待测液面之间的人梯、横梁等无需测量物位的障碍装置。

通过比较放大后的第一回波信号与预设障碍信号之间的差异，可以确定出障碍信号以及正常信号。由于在液位测量过程中，声波的二次反射现象可能导致有效信号中包含多个正常信号，此时，可以将回波距离最近的正常信号作为第一测量结果。以测量井内液位为例，若超声波液位计的探头在距离待测液面1米的位置处向待测液面发射超声波，那么发射的超声波波束经待测液面反射后，一部分被超声波液位计接收，另一部分则会打在井盖上，并由井盖反射回待测液面，然后经待测液面再次反射后，被超声波液位计接收。因此，超声波液位计会接收到回波距离分别为1米和2米的两个正常信号。显然，回波距离为2米的正常信号是由井盖二次反射后形成的，应当将回波距离较近的正常信号作为第一测量结果。

另一方面，若第一有效信号中不存在正常信号、只有障碍信号，则认为此时待测液面的液位已与障碍物重合。例如，第一有效信号中含有两个障碍信号，回波距离分别为2米和3米；可以理解的是，如果待测液面与回波距离为2米的障碍物重合，那么第一有效信号中应当只含有回波距离为2米的障碍信号、而没有回波距离为3米的障碍信号；反之，如果待测液面与回波距离为3米的障碍物重合，则第一有效信号中会同时含有回波距离为2米的障碍信号，以及回波距离为3米的障碍信号。因此，第一有效信号中存在多个障碍信号时，可以将回波距离最远的障碍信号作为第一测量结果。

可选地，在通过上述步骤101获取预设障碍信号的步骤之前，上述液位测量方法还包括：

步骤201、获取超声波液位计的量程和可放大阶数；

步骤202、将超声波液位计的量程分割为预设数量个扫描区间；

步骤203、分别在每个扫描区间内，向待测液面发送超声波，并采用各个放大阶数放大接收到的回波信号；

步骤204、记录第二回波信号中，信号强度大于第一预设阈值的回波信号的回波距离、信号强度以及对应的放大阶数，获得回波数据；

步骤205、接收用户从回波数据中确定的液位数据，将回波数据中除液位数据外的回波数据作为预设障碍信号并保存。

具体地，为了精确测量障碍物的回波距离，可以先将超声波液位计的量程分割为多个扫描区间；针对每个扫描区间进行超声波扫描时，利用各个放大阶数分别放大障碍物反射得到的回波信号，并通过对放大后的回波信号的筛选及分析，确定出障碍物的回波距离。

示例性地，若一超声波液位计的可放大阶数为3阶，则放大阶数可以为1阶、2阶和3阶，将其量程分割为扫描区间1和扫描区间2，那么在扫描过程中，可以先后对扫描区间1和扫描区间2进行扫描，并且，在每个扫描区间内，应当分别基于1阶、2阶和3阶这三种放大阶数进行扫描。每次扫描后，记录回波信号中信号强度大于第一预设阈值的回波信号的回波距离、信号强度以及对应的放大阶数，获得回波数据。显然，整个扫描过程完成后，会获得六组回波数据。

可选地，上述步骤203中，在各个扫描区间内进行超声波扫描时，至少采用各个放大阶数扫描两次。

可以理解的是，将超声波液位计的量程分割为多个扫描区间，能够对超声波液位计与待测液面之间的区域进行完整、全面的扫描，从而获得更加准确的预设障碍信号，有利于后续测量时准确区分出障碍信号和正常信号。进一步地，本申请采用各个放大阶数对回波信号进行了放大，能够避免回由于波信号的信号强度均小于第一预设阈值而无法获得回波数据的情况发生，进行多次测量也进一步提高了上述液位测量方法的准确性。

可选地，上述步骤204记录接收到的第二回波信号中，信号强度大于第一预设阈值的回波信号的回波距离、信号强度以及对应的放大阶数，获得回波数据的步骤之后，还包括：

合并回波数据中，回波距离差异小于第二预设阈值的回波数据；

接收用户从合并后的回波数据中确定的液位数据，将回波数据中除液位数据外的回波数据作为预设障碍信号并保存。

具体地，用户可以通过人工测量的方法获得液位数据。若障碍物所处的位置与待测液面相距较远，也可以直接通过目测判断出障碍物与待测液面的位置关系，以便从合并后的回波数据中快速、高效地辨别出液位数据和预设障碍信号。

合并回波数据时，可以将回波距离差异小于第二预设阈值的多组回波数据合并为一组。具体地，回波距离差异采用如下公式计算获得：

其中，D₁、D₂分别表示两组回波数据中的回波距离，第二预设阈值可以为0.5％。

基于各个放大阶数对每个扫描区间进行至少一次的超声波扫描之后，会获得大量回波数据，通过将回波距离之差小于第二预设阈值的回波数据合并，可以大大减少数据量，提高超声波液位计的数据处理速度。

可选地，合并回波数据中，回波距离差异小于第二预设阈值的回波数据的步骤，包括：

针对每个扫描区间内的回波数据，判断是否存在回波距离之差小于第二预设阈值的回波数据；如果是，则仅保留回波距离差异小于第二预设阈值的回波数据中，最早获得的回波数据，作为待处理数据；

针对各个扫描区间内的待处理数据，判断是否存在回波距离差异小于第二预设阈值的待处理数据；如果是，则仅保留回波距离差异小于第二预设阈值的回波数据中，最早扫描得到的待处理数据，作为合并后的回波数据。

具体地，合并回波数据时，可以先在各个扫描区间内将回波距离差异小于第二预设阈值的回波数据加以合并，得到待处理数据；然后再次在超声波液位计的整个量程范围内，将待处理数据中回波距离差异小于第二预设阈值的回波数据进行第二次合并。

其中，将多组回波数据合并为一组时，仅保留最早得到的回波数据。例如，分别基于1阶、2阶和3阶这三种放大阶数对超声波液位计的扫描区间1和扫描区间2进行扫描，若针对扫描区间1获得的回波数据中，2阶和3阶这两种放大阶数对应的回波数据的回波距离差异小于第二预设阈值，则仅保留2阶放大阶数所对应的回波数据。

当然，本实施例不对各个扫描区间的扫描先后顺序进行限定。

可选地，所述计算第一有效信号与预设障碍信号之间的信号强度误差以及回波距离误差，并根据计算结果，确定第一有效信号中的障碍信号和正常信号的步骤，包括：

获取第一有效信号中，与预设障碍信号之间的信号强度误差以及回波距离误差小于等于预设精度的第一回波信号，作为障碍信号；

获取第一有效信号中，与预设障碍信号之间的信号强度误差或回波距离误差大于预设精度的第一回波信号，作为正常信号。

具体地，第一有效信号与预设障碍信号之间的信号强度误差可以采用如下公式计算获得：

式中，I′表示第一有效信号的信号强度，I表示预设障碍信号的信号强度。

第一有效信号与预设障碍信号之间的回波距离误差可以采用如下公式计算获得：

式中，D′表示第一有效信号的回波距离，D表示预设障碍信号的回波距离。

其中，预设精度可以为超声波液位计的测量精度α％。第一有效信号中，将与预设障碍信号之间的信号强度误差以及回波距离误差均小于等于±α％的第一回波信号，作为障碍信号，将与预设障碍信号之间的信号强度误差或回波距离误差大于±α％的第一回波信号，作为正常信号。

通过计算第一有效信号与预设障碍信号之间的误差，可以方便、快速地识别出障碍信号和正常信号；同时，由于仅在第一有效信号与预设障碍信号之间的信号强度误差和回波距离误差均小于等于预设精度时，才将第一有效信号确定为障碍信号，可以降低将正常信号误判为障碍信号的风险，有利于提高液位测量的准确度。

可选地，接收经待测液面反射后得到的第一回波信号，并按照预设的放大阶数放大第一回波信号的步骤，包括：

判断上一次测量过程中，放大后的第一有效信号中是否含有正常信号；如果是，则本次测量采用与上一次测量时相同的放大阶数放大所述第一回波信号；

如果否，则将上一次测量过程中的放大阶数增大一级后，对第一回波信号进行放大。

具体地，如果上一次测量获得的有效信号中不含有正常信号，则说明上一次测量所使用的放大阶数过小，回波信号被放大后也无法达到第一预设阈值，故本次测量时可以将上一次测量所使用的放大阶数增大一级后，继续进行本次测量。这样，能够避免本次测量过程中，第一回波信号因放大阶数太小而未被作为第一有效信号的情况发生，降低了检测不到正常信号的风险。

可选地，若第一有效信号中存在至少一个正常信号时，则将回波距离最近的正常信号作为第一测量结果；当若第一有效信号中不存在正常信号时，则将回波距离最远的障碍信号作为第一测量结果的步骤之后，还包括：

获得多组液位测量后得到的多个第一测量结果；

当多个第一测量结果中不存在正常信号时，将多个第一测量结中回波距离最远的障碍信号作为液位测量结果；

当多个第一测量结果中存在多个正常信号时，计算多个正常信号的回波距离的平均值，并在删除与平均值之差超过第一预设阈值的正常信号后，再次计算剩余正常信号的平均值，作为最终的液位测量结果。

下面结合具体的应用场景对上述超声波液位测量方法进行说明。图2所示为图1实施例所提供的超声波液位测量方法的实例图，请参见图2，现利用超声波液位计对井内的液位进行测量。

假设超声波液位计的量程为0.3m～6m，测量精度为0.5％，可放大阶数为8阶，第一预设阈值为100mv，第二预设阈值为0.5％；井内存在两处障碍物，障碍物1位于超声波液位计下方2.1m处，障碍物2位于超声波液位计下方5m处；将液位计的量程划分为3个扫描区间，分别为扫描区间1、扫描区间2和扫描区间3的量程分别为：0.3m-2.5m、2m-4.5m和4m-6m。

分别在每个扫描区间内，向待测液面发送超声波，并采用各个放大阶数放大接收到的第二回波信号，记录第二回波信号中，信号强度大于100mv的第二回波信号的回波距离、信号强度以及对应的放大阶数，获得回波数据。

表1所示为在扫描区间1内基于各个放大阶数扫描后得到的回波数据，表2所示为在扫描区间2内基于各个放大阶数扫描后得到的回波数据，表3所示为在扫描区间3内基于各个放大阶数扫描后得到的回波数据。请参见表1、表2及表3，在对上述三个扫描区间完成扫描后，比较各个回波数据的回波距离并进行合并处理。例如，在扫描区间1内，放大阶数为一阶和二阶时对应的回波距离分别为2.09m和2.1m，由于

则只记录一阶放大的回波数据；扫描区间1和扫描区间2合并后得到的回波距离分别为2.09m和2.1m，二者误差也为0.47％，则只记录扫描区间1内的回波数据。以此类推，合并后的回波数据如表4所示。

表1

放大阶数	回波距离(m)	信号强度(mv)
			1	2.09	114
2	2.1	213
			3	2.11	328
4	2.09	431
			5	2.09	554
6	2.1	642
			7	2.11	765
8	2.08	864

表2

放大阶数	回波距离(m)	信号强度(mv)
			1	2.1	108
2	2.09	214
			3	2.1	332
4	2.12	428
			5	2.09	536
6	2.11	624
			7	2.11	762
8	2.1	869

表3

表4

将表4中的回波数据发送至用户，显然，第二回波信号3为正确的液位数据，待用户将标记后，将第二回波信号1和第二回波信号2标记为预设障碍信号并存档。

获取预设障碍信号后，超声波液位计在全量程范围内开始测量，待测液面的液位也在不断变化。表5所示为第一有效信号的回波数据，参见表5，第一组测量时，对第一回波信号进行一阶放大，仅获得一个第一有效信号，将其与预设障碍信号比较，回波距离误差小于0.5％，则判定其为已障碍信号。第一组测量得到的第一有效信号不是正常信号，因此在第二组测量时将放大阶数增加一级。由表5可知，前四组测量得到的第一有效信号中均不含有正常信号，直至第5组测量时得到3个第一有效信号，前两个第一有效信号为障碍信号，而第三个被判定为正常信号，此时，不再增加放大阶数，完成剩余的3组测量，共得到8组回波数据。

表5

最终，通过上述8组测量，得到了4个正常信号，分别为5.82m，5.81m，5.78m和5.81m，它们的平均值为5.81m，而4个正常信号与平均值的误差都在0.5％之内，故平均值5.81m即为最终的液位测量结果。

本申请所提供的一种超声波液位测量方法，包括：获取预设障碍信号；向待测液面发射检测信号；该检测信号为超声波信号；接收经待测液面反射后得到的第一回波信号，并按照预设的放大阶数放大第一回波信号；根据第一预设阈值，从放大后的第一回波信号中，截取出信号强度大于第一预设阈值的第一回波信号，作为第一有效信号；计算第一有效信号与预设障碍信号之间的信号强度误差以及回波距离误差，并根据计算结果，确定第一有效信号中的障碍信号和正常信号；若第一有效信号中存在至少一个正常信号，则将回波距离最近的正常信号确定为第一测量结果；若第一有效信号中不存在正常信号，则将回波距离最远的障碍信号确定为第一测量结果。本申请通过比较预设障碍信号与有效信号之间的信号强度误差及回波距离误差，可以从有效信号中准确地识别出障碍信号和正常信号，进而避免将障碍物误判为待测液面，不仅提高了超声波液位计的测量正确率，也能够突破检测环境对使用超声波液位计的限制，增强了环境适用性。

基于同一发明构思，本申请还提供一种超声波液位测量装置，图3所示为本申请实施例所提供的超声波液位测量装置的一种结构示意图。参见图3，液位测量装置包括：

获取单元310，用于获取预设障碍信号；

发射单元320，用于向待测液面发射检测信号；该检测信号为超声波信号；

接收单元330，用于接收经待测液面反射后得到的第一回波信号，并按照预设的放大阶数放大第一回波信号；

截取单元340，用于根据第一预设阈值，从放大后的第一回波信号中，截取出信号强度大于第一预设阈值的第一回波信号，作为第一有效信号；

计算单元350，用于计算第一有效信号与预设障碍信号之间的信号强度误差以及回波距离误差，并根据计算结果，确定第一有效信号中的障碍信号和正常信号；

确定单元360，用于若第一有效信号中存在至少一个正常信号，则将回波距离最近的正常信号确定为第一测量结果；若第一有效信号中不存在正常信号，则将回波距离最远的障碍信号确定为第一测量结果。

本申请的超声波液位测量装置通过比较预设障碍信号与有效信号之间的信号强度误差及回波距离误差，可以从有效信号中准确地识别出障碍信号和正常信号，进而避免将障碍物误判为待测液面，不仅提高了超声波液位计的测量正确率，也能够突破检测环境对使用超声波液位计的限制，增强了环境适用性。

基于同一发明构思，本申请还提供一种超声波液位计，图4所示为本申请实施例所提供的超声波液位计的一种结构示意图。参见图4，超声波液位计包括中央处理器410、信号激励电路420、超声波换能器430、和信号放大调理电路440；其中，

中央处理器410，用于控制信号激励电路420产生激励信号，并将激励信号发送至超声波换能器430；接收信号放大调理电路440发送的放大后的第一回波信号，并根据第一预设阈值，从放大后的第一回波信号中，截取出信号强度大于第一预设阈值的第一回波信号，作为第一有效信号；获取预设障碍信号后，计算第一有效信号与预设障碍信号之间的信号强度误差以及回波距离误差，并根据计算结果，确定第一有效信号中的障碍信号和正常信号；若第一有效信号中存在至少一个正常信号，则将回波距离最近的正常信号作为第一测量结果；若第一有效信号中不存在正常信号时，将回波距离最远的障碍信号作为第一测量结果；

信号激励电路420，用于产生激励信号，并发送至超声波换能器430；

超声波换能器430，用于在接收到中央处理器410产生的激励信号后，向待测液面发射检测信号，并接收经待测液面反射后得到的第一回波信号，将第一回波信号发送至信号放大调理电路440；该检测信号为超声波信号；

信号放大调理电路440，用于按照预设的放大阶数放大第一回波信号。

本申请的超声波液位计量通过比较预设障碍信号与有效信号之间的信号强度误差及回波距离误差，可以从有效信号中准确地识别出障碍信号和正常信号，进而避免将障碍物误判为待测液面，不仅提高了超声波液位计的测量正确率，也能够突破检测环境对使用超声波液位计的限制，增强了环境适用性。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种超声波液位测量方法，其特征在于，所述液位测量方法包括：

获取预设障碍信号；

向待测液面发射检测信号；所述检测信号为超声波信号；

接收经所述待测液面反射后得到的第一回波信号，并按照预设的放大阶数放大所述第一回波信号；

根据第一预设阈值，从放大后的第一回波信号中，截取出信号强度大于所述第一预设阈值的第一回波信号，作为第一有效信号；

计算所述第一有效信号与所述预设障碍信号之间的信号强度误差以及回波距离误差，并根据计算结果，确定所述第一有效信号中的障碍信号和正常信号；

若所述第一有效信号中存在至少一个所述正常信号，则将回波距离最近的正常信号确定为第一测量结果；若所述第一有效信号中不存在所述正常信号，则将回波距离最远的障碍信号确定为第一测量结果。

2.根据权利要求1所述的超声波液位测量方法，其特征在于，所述获取预设障碍信号的步骤之前，还包括：

获取超声波液位计的量程和可放大阶数；

将所述超声波液位计的量程分割为预设数量个扫描区间；

分别在每个所述扫描区间内，向所述待测液面发送超声波，并采用各个放大阶数放大接收到的第二回波信号；

记录所述第二回波信号中，信号强度大于所述第一预设阈值的第二回波信号的回波距离、信号强度以及对应的放大阶数，获得回波数据；

接收用户从所述回波数据中确定的液位数据，将所述回波数据中除所述液位数据外的回波数据作为预设障碍信号并保存。

3.根据权利要求2所述的超声波液位测量方法，其特征在于，所述记录所述第二回波信号中，信号强度大于所述第一预设阈值的回波信号的回波距离、信号强度以及对应的放大阶数，获得回波数据的步骤之后，还包括：

合并所述回波数据中，回波距离差异小于第二预设阈值的回波数据；

接收用户从合并后的回波数据中确定的液位数据，将所述回波数据中除所述液位数据外的回波数据作为预设障碍信号并保存。

4.根据权利要求3所述的超声波液位测量方法，其特征在于，所述合并所述回波数据中，回波距离差异小于第二预设阈值的回波数据的步骤，包括：

针对每个所述扫描区间内的回波数据，判断是否存在回波距离差异小于所述第二预设阈值的回波数据；如果是，则仅保留所述回波距离差异小于所述第二预设阈值的回波数据中，最早获得的回波数据，作为待处理数据；

针对各个扫描区间内的待处理数据，判断是否存在回波距离之差小于所述第二预设阈值的待处理数据；如果是，则仅保留所述回波距离之差小于所述第二预设阈值的回波数据中，最早扫描得到的待处理数据，作为合并后的回波数据。

5.根据权利要求2所述的超声波液位测量方法，其特征在于，在各个所述扫描区间内进行超声波扫描时，至少采用各个放大阶数扫描两次。

6.根据权利要求1所述的超声波液位测量方法，其特征在于，所述计算所述第一有效信号与预设障碍信号之间的信号强度误差以及回波距离误差，并根据计算结果，确定所述第一有效信号中的障碍信号和正常信号的步骤，包括：

获取所述第一有效信号中，与预设障碍信号之间的信号强度误差以及回波距离误差小于等于预设精度的回波信号，作为障碍信号，

获取所述第一有效信号中，与预设障碍信号之间的信号强度误差或回波距离误差大于预设精度的回波信号，作为正常信号。

7.根据权利要求1所述的超声波液位测量方法，其特征在于，所述接收经所述待测液面反射后得到的第一回波信号，并按照预设的放大阶数放大所述第一回波信号的步骤包括：

判断上一次测量过程中获得的第一有效信号中是否含有正常信号；如果是，则本次测量采用与上一次测量时相同的放大阶数放大所述第一回波信号；

如果否，则将上一次测量过程中的放大阶数增大一级后，对所述第一回波信号进行放大。

8.根据权利要求1所述的超声波液位测量方法，其特征在于，所述若所述第一有效信号中存在至少一个所述正常信号，则将回波距离最近的正常信号作为第一测量结果；若所述第一有效信号中不存在所述正常信号，则将回波距离最远的障碍信号作为第一测量结果的步骤之后，还包括：

获得多组液位测量后得到的多个第一测量结果；

当所述多个第一测量结果中不存在正常信号时，将所述多个第一测量结中回波距离最远的障碍信号作为液位测量结果；

当所述多个第一测量结果中存在多个正常信号时，计算所述多个正常信号的回波距离的平均值，并在删除与所述平均值误差超过所述第一预设阈值的正常信号后，再次计算剩余正常信号的平均值，作为最终的液位测量结果。

9.一种超声波液位测量装置，其特征在于，所述液位测量装置包括：

获取单元，用于获取预设障碍信号；

发射单元，用于向待测液面发射检测信号；所述检测信号为超声波信号；

接收单元，用于接收经所述待测液面反射后得到的第一回波信号，并按照预设的放大阶数放大所述第一回波信号；

截取单元，用于根据第一预设阈值，从放大后的第一回波信号中，截取出信号强度大于所述第一预设阈值的第一回波信号，作为第一有效信号；

计算单元，用于计算所述第一有效信号与所述预设障碍信号之间的信号强度误差以及回波距离误差，并根据计算结果，确定所述第一有效信号中的障碍信号和正常信号；

确定单元，用于若所述第一有效信号中存在至少一个所述正常信号，则将回波距离最近的正常信号确定为第一测量结果；若所述第一有效信号中不存在所述正常信号，则将回波距离最远的障碍信号确定为第一测量结果。

10.一种超声波液位计，其特征在于，所述超声波液位计包括中央处理器、信号激励电路、超声波换能器、和信号放大调理电路；其中，

所述中央处理器，用于控制所述信号激励电路产生激励信号，并将所述激励信号发送至所述超声波换能器；接收所述信号放大调理电路发送的放大后的第一回波信号，并根据第一预设阈值，从放大后的第一回波信号中，截取出信号强度大于所述第一预设阈值的第一回波信号，作为第一有效信号；获取预设障碍信号后，计算所述第一有效信号与所述预设障碍信号之间的信号强度误差以及回波距离误差，并根据计算结果，确定所述第一有效信号中的障碍信号和正常信号；若所述第一有效信号中存在至少一个所述正常信号，则将回波距离最近的正常信号作为第一测量结果；若所述第一有效信号中不存在所述正常信号时，将回波距离最远的障碍信号作为第一测量结果；

所述信号激励电路，用于产生激励信号，并发送至所述超声波换能器；

所述超声波换能器，用于在接收到所述中央处理器产生的激励信号后，向待测液面发射检测信号，并接收经所述待测液面反射后得到的第一回波信号，将所述第一回波信号发送至所述信号放大调理电路；所述检测信号为超声波信号；

所述信号放大调理电路，用于按照预设的放大阶数放大所述第一回波信号。

Images