RU2748137C1 - Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора - Google Patents

Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора Download PDF

Info

Publication number
RU2748137C1
RU2748137C1 RU2020138071A RU2020138071A RU2748137C1 RU 2748137 C1 RU2748137 C1 RU 2748137C1 RU 2020138071 A RU2020138071 A RU 2020138071A RU 2020138071 A RU2020138071 A RU 2020138071A RU 2748137 C1 RU2748137 C1 RU 2748137C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
threshold
time intervals
time interval
threshold voltage
pulse
Prior art date
Application number
RU2020138071A
Other languages
English (en)
Inventor
Алексей Иванович Солдатов
Андрей Алексеевич Солдатов
Мария Алексеевна Костина
Павел Владимирович Сорокин
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
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 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Priority to RU2020138071A priority Critical patent/RU2748137C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2748137C1 publication Critical patent/RU2748137C1/ru

Links

Images

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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)

Abstract

Использование: изобретение относится к ультразвуковым локационным измерителям уровня жидкости и сыпучих продуктов в резервуарах на автозаправочных станциях и нефтебазах, а также в химической, нефтяной, пищевой и других отраслях народного хозяйства. Сущность: способ компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора включает измерение временных интервалов между излученным импульсом и срабатыванием первого порогового устройства с пороговым напряжением U1 и между срабатыванием первого и второго пороговых устройств с пороговым напряжением U2, превышающим пороговое напряжение U1 первого порогового устройства, преобразование этих временных интервалов в цифровой код, расчет временного интервала между срабатыванием первого порогового устройства и началом эхо-импульса из выражения: Δt =
Figure 00000027
, где (t2–t1) – временной интервал между срабатыванием первого и второго пороговых устройств, определение временного интервала распространения ультразвукового импульса в контролируемой среде из выражения tp=t1-Δt, и определение расстояния до отражающей поверхности путем умножения временного интервала tp на скорость распространения ультразвука в контролируемой среде и индикацию этого расстояния. При определении временных интервалов между излученным импульсом и срабатыванием первого порогового устройства с пороговым напряжением U1 и между срабатыванием первого и второго пороговых устройств с пороговым напряжением U2 плавно уменьшают уровни пороговых напряжений U2 и U1 до тех пор, пока длительности этих временных интервалов скачкообразно не уменьшатся на величину не менее 3/4T, где T
Figure 00000028
– период зондирующего сигнала, полученные при этом значения временных интервалов t2 и t1 используют для определения расстояния до отражающей поверхности. Технический результат: снижение погрешности измерений. 2 ил.

Description

Изобретение относится к ультразвуковым локационным измерителям уровня жидкости и сыпучих продуктов в резервуарах на автозаправочных станциях и нефтебазах, а также в химической, нефтяной, пищевой и других отраслях народного хозяйства.
Известен способ компенсации погрешностей акустических локационных уровнемеров [RU 2358243 C1, МПК G01F23/28 (2006.01), опубл. 10.06.2009], включающий измерение временных интервалов между излученным импульсом и  срабатыванием первого порогового устройства с пороговым напряжением U1 и  между срабатыванием первого и второго пороговых устройств с пороговым напряжением U2, превышающим пороговое напряжение U1 первого порогового устройства, преобразование этих временных интервалов в цифровой код, расчет временного интервала между срабатыванием первого порогового устройства и началом эхо-импульса из выражения
Δt =
Figure 00000001
,
где (t2-t1) – временной интервал между срабатыванием первого и второго пороговых устройств,
определение временного интервала распространения ультразвукового импульса в контролируемой среде из выражения
Figure 00000002
,
и определение расстояния до отражающей поверхности путем умножения временного интервала
Figure 00000003
на скорость распространения ультразвука в контролируемой среде и индикацию этого расстояния.
Этот способ имеет низкую точность измерения. Погрешность достигает λ/2, где λ –длина волны ультразвукового импульса.
Техническим результатом изобретения является создание способа, обеспечивающего снижение погрешности измерений.
Предложенный способ компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора, так же как в прототипе, включает измерение временных интервалов между излученным импульсом и срабатыванием первого порогового устройства с пороговым напряжением U1 и между срабатыванием первого и второго пороговых устройств с пороговым напряжением U2, превышающим пороговое напряжение U1 первого порогового устройства, преобразование этих временных интервалов в  цифровой код, расчет временного интервала между срабатыванием первого порогового устройства и началом эхо-импульса из выражения
Δt =
Figure 00000004
,
где (
Figure 00000005
) – временной интервал между срабатыванием первого и второго пороговых устройств,
определение временного интервала распространения ультразвукового импульса в контролируемой среде из выражения
Figure 00000006
,
и определение расстояния до отражающей поверхности путем умножения временного интервала
Figure 00000007
на скорость распространения ультразвука в контролируемой среде и индикацию этого расстояния.
Согласно изобретению при определении временных интервалов между излученным импульсом и срабатыванием первого порогового устройства с пороговым напряжением U1 и между срабатыванием первого и второго пороговых устройств с пороговым напряжением U2 плавно уменьшают уровни пороговых напряжений U2 и U1 до тех пор, пока длительности этих временных интервалов скачкообразно не уменьшатся на величину не менее
Figure 00000008
, где
Figure 00000009
– период зондирующего сигнала, полученные при этом значения временных интервалов
Figure 00000010
и
Figure 00000011
используют для определения расстояния до отражающей поверхности.
Такое определение временных интервалов
Figure 00000012
и
Figure 00000013
позволяет более точно определить временную координату ответного сигнала, и соответственно уменьшить погрешность измерения ультразвукового локатора.
На фиг. 1 показана схема устройства для осуществления предложенного способа.
На фиг. 2 представлены диаграммы эхо-сигнала, пороговые напряжения U1 и U2, а также временные интервалы между излученным импульсом и срабатыванием первого порогового устройства и между срабатыванием первого и второго пороговых устройств.
Способ осуществляли с помощью устройства для определения уровня жидкости, которое содержит блок управления и индикации 1, выход которого соединен с генератором ультразвуковых импульсов 2 и первым входом первого триггера 3 (фиг. 1). Генератор ультразвуковых импульсов 2 подключен к ультразвуковому излучателю 4. Ультразвуковой приемник 5 соединен с усилителем 6, выход которого подключен к входам первого 7 и второго 8 пороговых устройств. К другому входу первого порогового устройства 7 подключен выход первого источника опорного напряжения 9 (ИОН 1). Выход второго источника опорного напряжения 10 (ИОН 2) подключен к входу второго порогового устройства 8. Выход первого порогового устройства 7 подключен к второму входу первого триггера 3. Выход второго порогового устройства 8 подключен к первому входу второго триггера 11. Блок управления и индикации 1 соединен с выходом второго триггера 11. Выход первого триггера 3 подключен к входу блока управления и индикации 1, который подключен к входам первого 9 (ИОН1) и второго 10 (ИОН2) источников опорного напряжения. Выход первого порогового устройства соединен со вторым входом второго триггера 11.
Блок управления и индикации 1 может быть выполнен на микроконтроллере ATMEGA16 и индикаторах DA56-11SRWA, в котором для подсчета временных интервалов используются два внутренних таймера-счетчика. Первый 3 и второй 11 триггеры выполнены на стандартных микросхемах К1554ТМ2. В качестве первого 7 и  второго 8 пороговых устройств использованы микросхемы К521СА3. Генератор ультразвуковых импульсов 2 может быть выполнен по схеме с разрядом накопительной емкости на тиристорах типа КУ104Г. Приемник 5 и излучатель 4 могут быть изготовлены из любой пьезокерамики, например, из ЦТС-19. Усилитель 6 может быть выполнен на операционном усилителе, например, 544УД2. Первый 9 и второй 10 источники опорного напряжения могут быть выполнены на цифро-аналоговом преобразователе DAC8531.
Устройство для определения уровня жидкости поместили в ванну размером 2000 х 200 х 200 мм. Ванну заполнили водой до уровня 1800 мм. При определении уровня жидкости блок управления и индикации 1 выработал импульс запуска для генератора ультразвуковых импульсов 2. Этим же импульсом первый триггер 3 установился в состояние логической единицы. Генератор ультразвуковых импульсов 2 передал импульс возбуждения на излучатель 4. Излученный ультразвуковой импульс распространился по воде до верхнего уровня, от которого произошло отражение и был принят приемником 5 и усилен усилителем 6. Сигнал с выхода усилителя 6 поступил на  вход первого 7 и второго 8 пороговых устройств. На второй вход порогового устройства 7 подали напряжение от первого источника опорного напряжения 9 (ИОН 1)
Figure 00000014
. Выходное напряжение первого источника опорного напряжения 9 (ИОН 1)
Figure 00000014
, соответствовало цифровому коду, поступившему от блока управления и индикации 1. Как только напряжение на выходе усилителя 6 превысило напряжение
Figure 00000014
, выход первого порогового устройства 7 переключился в состояние логической 1, которая сбросила первый триггер 3 в состояние логического нуля (точка
Figure 00000015
на фиг. 2), а второй триггер 11 установился в состояние логической единицы. Одновременно сигнал с выхода усилителя 6 поступил на вход второго порогового устройства 8, на другой вход которого подано напряжение
Figure 00000016
, от источника опорного напряжения 10 (ИОН 2), выходное напряжение которого соответствовало цифровому коду, поступившему от блока управления и  индикации 1. Второе пороговое устройство 8 переключилось в состояние логической единицы, когда входное напряжение превысило напряжение
Figure 00000016
, (точка
Figure 00000017
на фиг. 2). Логическая единица на выходе второго порогового устройства 8 установила второй триггер 11 в состояние логического нуля. Таким образом, на выходе первого триггера 3 сформировался импульс, длительность которого равна времени (
Figure 00000015
-
Figure 00000018
), а на выходе второго триггера 8 импульс длительностью (
Figure 00000017
-
Figure 00000015
).
В начале пороговое напряжение
Figure 00000014
от первого источника опорного напряжения 9 (ИОН 1) равнялось 1,1 вольта, напряжение
Figure 00000016
второго источника опорного напряжения 10 (ИОН 2) равнялось 2,2 вольта, период колебаний ультразвуковой волны Т = 8 мкс, временной интервал (
Figure 00000015
-
Figure 00000018
) равнялся 1216 мкс. Затем блок управления и индикации 1 уменьшил напряжение
Figure 00000014
до 1,09 вольта, временной интервал (
Figure 00000015
-
Figure 00000018
) равнялся 1215,6 мкс. Затем блок управления и индикации 1 уменьшил напряжение
Figure 00000014
до 1,04 вольта, измеренный временной интервал
Figure 00000019
равнялся 1209 мкс. Изменение временного интервала составило
Figure 00000020
Это больше, чем
Figure 00000021
.
При этом временной интервал (
Figure 00000017
-
Figure 00000013
) составил 15 мкс.
Затем блок управления и индикации 1 уменьшил напряжение
Figure 00000016
до 2,19 вольта, измеренный временной интервал (
Figure 00000017
-
Figure 00000013
) равнялся 14,6 мкс. Затем блок управления и индикации 1 уменьшил напряжение
Figure 00000016
до 2,12 вольта, измеренный временной интервал (
Figure 00000012
-
Figure 00000013
) равнялся 8 мкс. Изменение временного интервала составило
Figure 00000022
Это больше, чем
Figure 00000021
.
Расчетный временной интервал распространения ультразвукового импульса составил:
Figure 00000023
.
Расчетный уровень воды составил:
Figure 00000024
.
Ошибка измерения уровня ∆h составила:
Figure 00000025
.
Экспериментально установлено, что погрешность измерения уровня не превышает λ/6.

Claims (6)

  1. Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора, включающий измерение временных интервалов между излученным импульсом и срабатыванием первого порогового устройства с пороговым напряжением U1 и между срабатыванием первого и второго пороговых устройств с пороговым напряжением U2, превышающим пороговое напряжение U1 первого порогового устройства, преобразование этих временных интервалов в цифровой код, расчет временного интервала между срабатыванием первого порогового устройства и началом эхо-импульса из выражения
  2. Δt =
    Figure 00000026
    ,
  3. где (t2-t1) - временной интервал между срабатыванием первого и второго пороговых устройств,
  4. определение временного интервала распространения ультразвукового импульса в контролируемой среде из выражения
  5. tp=t1-Δt,
  6. и определение расстояния до отражающей поверхности путем умножения временного интервала tp на скорость распространения ультразвука в контролируемой среде и индикацию этого расстояния, отличающийся тем, что при определении временных интервалов между излученным импульсом и срабатыванием первого порогового устройства с пороговым напряжением U1 и между срабатыванием первого и второго пороговых устройств с пороговым напряжением U2 плавно уменьшают уровни пороговых напряжений U2 и U1, до тех пор, пока длительности этих временных интервалов скачкообразно не уменьшатся на величину не менее 3/4Т, где Т – период зондирующего сигнала, полученные при этом значения временных интервалов t2 и t1 используют для определения расстояния до отражающей поверхности.
RU2020138071A 2020-11-20 2020-11-20 Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора RU2748137C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020138071A RU2748137C1 (ru) 2020-11-20 2020-11-20 Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020138071A RU2748137C1 (ru) 2020-11-20 2020-11-20 Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2748137C1 true RU2748137C1 (ru) 2021-05-19

Family

ID=76033905

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020138071A RU2748137C1 (ru) 2020-11-20 2020-11-20 Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2748137C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120310093A1 (en) * 2011-06-06 2012-12-06 Fujifilm Corporation Ultrasound image producing method and ultrasound image diagnostic apparatus
RU2544310C1 (ru) * 2013-10-17 2015-03-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора
RU2599602C1 (ru) * 2015-06-15 2016-10-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора
CN108007531A (zh) * 2017-11-28 2018-05-08 中船重工环境工程有限公司 一种超声波物位计的回波信号处理电路
RU2703834C1 (ru) * 2019-04-05 2019-10-22 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120310093A1 (en) * 2011-06-06 2012-12-06 Fujifilm Corporation Ultrasound image producing method and ultrasound image diagnostic apparatus
RU2544310C1 (ru) * 2013-10-17 2015-03-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора
RU2599602C1 (ru) * 2015-06-15 2016-10-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора
CN108007531A (zh) * 2017-11-28 2018-05-08 中船重工环境工程有限公司 一种超声波物位计的回波信号处理电路
RU2703834C1 (ru) * 2019-04-05 2019-10-22 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5774469B2 (ja) 液面レベル計測装置、方法及びプログラム
US7418860B2 (en) Ultrasonic fluid level sensor
RU2358243C1 (ru) Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового уровнемера
RU2389982C1 (ru) Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового уровнемера
RU2014109546A (ru) Способ определения уровня наполнения резервуара
RU2389981C1 (ru) Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового уровнемера
RU2748137C1 (ru) Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора
RU2544310C1 (ru) Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора
US3423992A (en) Ultrasonic apparatus for measuring thickness or distances
RU2380659C1 (ru) Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового уровнемера
US6865137B2 (en) Method for pulse offset calibration in time of flight ranging systems
CN205785491U (zh) 一种基于tof技术的声速剖面仪
RU2754716C1 (ru) Устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора
RU2406979C2 (ru) Устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового уровнемера
RU75034U1 (ru) Устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового уровнемера
RU2703836C1 (ru) Устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора
RU2703834C1 (ru) Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора
RU2687086C1 (ru) Способ ультразвукового контроля толщины стенки трубопровода
Soldatov et al. Ultrasonic level gauge of light oil
RU2396521C1 (ru) Устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового уровнемера
EP1785701A1 (en) Apparatus and method for determining a temperature of a volume of gas
RU223381U1 (ru) Модуль оценивания солености морской воды на основе измерителя скорости звука
RU2599602C1 (ru) Способ компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора
RU2023989C1 (ru) Времяимпульсный уровнемер
RU2384822C1 (ru) Устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового уровнемера