CN1120982C - 传波杆接触式超声脉冲回波液位测量方法 - Google Patents

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Abstract

一种传波杆接触式超声脉冲回波液位测量方法包括以下步骤：提供由超声液位仪、连接电缆、超声换能器仪器用于超声波信号发射、接收及处理，提供由固体材料制成的传波杆，用于超声波传播介质和传播通道，提供传波杆支架，用于固定传波杆，提供消浪桶，用于消除液面波浪影响，提供被测液体，其液面，用于产生超声反射回波界面。用H＝V*T/2计算液位。应用本发明可以实现在不同环境下的不同液体的液位测量，测量精度高。

Description

传波杆接触式超声脉冲回波液位测量方法
本发明涉及到一种超声波脉冲回波液位测量方法，属于超声波物位测量技术领域。
现有超声波液位测量方法有两种：一种是超声换能器置于空气介质中，以空气为传播介质。另一种是超声换能器置于液体中，以液体为传播介质。它们存在以下缺点：
1.空气介质对超声波衰减很快，对较大距离测量比较难实现；
2.空气介质的温度对声波速度影响较大，而液面上空气温度变化梯度较大，所以必须进行温度—声速校正；
3.超声换能器在空气介质向液面发射声波，必须有较大的传声通道，这就要求在传声通道范围内除液面的声波反射界面外，不能有任何其它反射界面；
4.超声换能器置于液体介质中，向液面发射声波，也必须有较大的传声通道，在传声通道上也不能有任何其它反射界面物质。如：水文测量就要求泥沙含量不能太高，不能有杂草等其它物质在传声通道内；
5.一般液面都有波浪，而传声通道与液面接触处是一个较大的面，因此无法消除波浪对液位测量的影响；
6.超声换能器置于液体介质中，则要求密封性能良好，置于空气介质中，则要求发射功率较大，且周围环境噪声干扰不能太大。
本发明的目的就是针对已有技术缺陷提出一种新的超声液位测量方法，应用本发明可以实现测量液位距离大，不需温度—速度校正，没有波浪影响，环境噪声干扰影响较小，测量精度高、速度快，可进行水、酸、碱、油等各种液体的液位测量，超声换能器发射功率要求较小，测量仪器简单，使本发明得到广泛应用。
本发明的目的是这样实现的：
一种传波杆接触式超声脉冲回波液位测量方法包括了以下步骤：
提供由超声液位仪1、连接电缆2、超声换能器3组成的仪器用于超声波信号发射、接收及处理；其中：
超声液位仪1用于发射超声电信号，接收超声回波电信号和处理超声信号；
连接电缆2用于传导超声电信号；
超声换能器3用于将发射超声电信号转换为超声声信号和将回波声信号变为超声电信号；
提供由固体材料制成的传波杆4，用于超声波传播介质和传播通道，它的一端与超声换能器3相衔接，其另一端为插入液面端置于被测液面7之下，超声波沿传波杆4纵向传播；
提供传波杆支架5，用于固定传波杆4；
提供消浪桶6，用于消除液面波浪影响(在要求消除波浪影响时用)；
提供被测液体，其液面7，用于产生超声反射回波界面。
超声液位仪1通过耦合在传波杆4上端的超声换能器3发射一脉冲声波、声波沿传波杆4纵向向下传播，当声波到达传波杆4与液体界面7接触处，由于传波杆4在与液体界面接触处的声阻抗发生突变(增加了液体的声阻抗)，所以在此处产生一反射回波，该回波沿传波杆4向上传播，到达超声换能器3，超声液位仪1通过超声换能器3接收这一回波信号，并记录发射到回波接收的这段时间(T)，通过传波杆声速(V)，计算液面的液位(H)，H＝V*T/2。
本发明的优点是显而易见的，应用本发明可以实现测量液位距离大，不需温度—速度校正，没有波浪影响，环境噪声干扰影响较小，测量精度高、速度快，可进行水、酸、碱、油等各种液体的液位测量，超声换能器发射功率要求较小，测量仪器简单。此外，还有以下明显的特点：
1.由固体材料制成的传波杆4作为超声波传播介质，其声波传播特性很好，用较小发射功率的超声换能器3就能实现较大距离的液位测量。
2.一般空气环境的温差变化对传波杆4的声速几乎没有变化。因此不存在温度—速度校正问题及因校正不准带来测量误差。
3.传波杆4是声波传播的通道，因此，对传声通道要求较小，安装环境较易实现。
4.因反射界面是传波杆4与液面7接触处的一个点，用一个较小直径的消浪桶6就可以消除液面波浪的影响，因此测量精度较高。若不用消浪桶6，则可以测量波浪的大小和波浪的周期。
5.因用传波杆4，环境噪声对其干扰较小。
下面结合附图说明本发明最佳实施例，其中：
图1为传波杆接触式超声脉冲回波(反射波)液位测量方法及测量装置示意图
图2为无波浪液位测量和测波浪大小及波浪周期的方法及装置示意图
参见图1，图2，其中：1-超声液位仪、2-连接电缆、3-超声换能器、4-传波杆、5-传波杆支架、6-消浪桶、7-液面
一种传波杆接触式超声脉冲回波液位测量方法包括了以下步骤：
提供由超声液位仪1、连接电缆2、超声换能器3组成的仪器用于超声波信号发射、接收及处理；其中：
超声液位仪1用于发射超声电信号，接收超声回波电信号和处理超声信号；
连接电缆2用于传导超声电信号；
超声换能器3用于将发射超声电信号转换为超声声信号和将回波声信号变为超声电信号；
提供由固体材料制成的传波杆4，用于超声波传播介质和传播通道，它的一端与超声换能器3相衔接，其另一端为插入液面端置于被测液面7之下，超声波沿传波杆4纵向传播；
提供传波杆支架5，用于固定传波杆4；
提供消浪桶6，用于消除液面波浪影响(在要求消除波浪影响时用)；
提供被测液体，其液面7，用于产生超声反射回波界面。
超声液位仪1通过耦合在传波杆4上端的超声换能器3发射一脉冲声波、声波沿传波杆4纵向向下传播，当声波到达传波杆4与液体界面7接触处，由于传波杆4在与液体界面接触处的声阻抗发生突变(增加了液体的声阻抗)，所以在此处产生一反射回波，该回波沿传波杆4向上传播，到达超声换能器3，超声液位仪1通过超声换能器3接收这一回波信号，并记录发射到回波接收的这段时间(T)，通过传波杆声速(V)，计算液面的液位(H)，H＝V*T/2。
现在进一步说明本发明的实施细节：
所提供的传波杆4是实施本发明的重要部分，其所用固体材料是选择金属材料或非金属材料制作的。选择传波杆4材料的原则是：它的声阻抗(ρν)(ρ是介质密度，ν是杆的纵波速度)与液体的声阻抗(ρν)相接近，越接近越好；对于不同的液体(如：水、酸、碱、油等)选择不与之发生任何物理化学反应的材料制作传波杆4。
所提供的传波杆4的插入液面端是一个斜面，最好是一个小于45度角的斜面，起降低界面反射回波的作用。

Claims (4)

1.一种传波杆接触式超声脉冲回波液位测量方法，其特征在于：包括了以下步骤：
提供由超声液位仪(1)、连接电缆(2)、超声换能器(3)组成的仪器用于超声波信号发射、接收及处理；其中：
超声液位仪(1)用于发射超声电信号，接收超声回波电信号和处理超声信号；
连接电缆(2)用于传导超声电信号；
超声换能器(3)用于将发射超声电信号转换为超声声信号和将回波声信号变为超声电信号；
提供由固体材料制成的传波杆(4)，用于超声波传播介质和传播通道，它的一端与超声换能器(3)相衔接，其另一端是一个斜面，为插入液面端置于被测液面之下，超声波沿传波杆(4)纵向传播；
提供传波杆支架(5)，用于固定传波杆(4)；
提供消浪桶(6)，用于消除液面波浪影响；
提供被测液体，其液面(7)，用于产生超声反射回波界面，
超声液位仪(1)通过耦合在传波杆(4)上端的超声换能器(3)发射一脉冲声波、声波沿传波杆(4)纵向向下传播，当声波到达传波杆(4)与液体(7)界面接触处，在此处产生一反射回波，该回波沿传波杆(4)向上传播，到达超声换能器(3)，超声液位仪(1)通过超声换能器(3)接收这一回波信号，并记录发射到回波接收的这段时间(T)，通过传波杆4声速(V)，计算液面的液位(H)，H＝V*T/2。
2.根据权利要求1所述的一种传波杆接触式超声脉冲回波液位测量方法，其特征在于：所提供的传波杆(4)，其所用固体材料是金属材料或非金属材料制作的。
3.根据权利要求1或2所述的一种传波杆接触式超声脉冲回波液位测量方法，其特征在于：传波杆(4)的声阻抗与液体的声阻抗相接近。
4.根据权利要求1或2所述的一种传波杆接触式超声脉冲回波液位测量方法，其特征在于：所提供的传波杆(4)，其插入液面端是一个小于45度角的斜面。
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