[发明专利]一种基于神经网络的超声波动态液位检测方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测领域，尤其涉及一种基于神经网络的超声波动态液位检测方法和系统。

背景技术

液体在运输过程中会产生明显的晃动，对液体的液位的实时动态监测一直是一个技术难题，至今没有得到很好的解决。

现有技术中，存在多种在对运输过程中的液位进行检测的方法，例如：一种基于单超声传感器的动态液位监测方法，该方法通过采集长时窗内的超声回波波达时刻，再运用小波滤波方法平滑回波信号提取的波达时刻曲线，结合运动物体的运动加速度、环境温度等参数，利用支持向量机技术对运动状态和模式进行了分类和识别，并且得到了动态液位值。但是，该方法也存在不足之处，首先，超声传感器安装在罐体上方，超声波在空气中传播声能衰减大，不利于测量；其次，要想得到准确的液位参数，监测时间窗较长，实时性变差。

现有技术中，还存在另外一种声纳储油罐液位动态监测系统，该系统采用主动声纳技术原理，由计算机控制传感器从罐顶固定法兰下端发出声纳波顺着传输钢缆下传，根据油水不同的理化特性声纳会反馈不同的数值，采集的数据发送到采集模块，基于RS485协议与上位机通讯，实现实时在线监测与分析，并显示动态液位值。该系统也存在不足之处，首先，该系统设计复杂、集成度低不利于携带；其次，声纳探头安装在灌顶，声能衰减较大。

发明内容

为了克服目前液体在运输过程中液位检测准确度不高，容易产生较大误差的问题，本发明提出了一种基于神经网络的超声波动态液位检测方法和系统。

一种基于神经网络的超声波动态液位检测方法，包括：步骤1：单片机利用超声波发射电路向三个超声波传感器发送控制信号，同时启动定时器开始计时和激励三路超声波发射电路产生脉冲超声波；步骤2：超声波遇液面后反射，三个超声波传感器分别接收到反射后的回波信号后，并将回波信号转化为电压信号，并将该电压信号发送到前置放大电路，步骤3：前置放大电路接收了电压信号后，经前置放大电路放大后的电压信号发送给超声波接收检波电路，实现对高频输入信号的包络检波；步骤4：将经包络检波电路检波后的电压信号发送给接收比较电路，接收比较电路将经包络检波电路检波后的电压信号和系统设置的参考电压进行比较，根据比较结果输出数字信号，并将输出信号经反相器反向后送给单片机的外部中断控制口，外部中断控制口设为跳变触发，当外部中断控制口接收到有效下降沿后，单片机产生中断,记录当前时刻的定时器值，单片机中断三次后定时器停止计时；步骤5：通过计算三次记录的定时器值的平均值和晃动梯度，其中晃动梯度为三次测得时最大值与最小值的差值，将平均值和晃动梯度作为神经网络所需的输入参量，将这两个参量发送给已训练好的神经网络数学模型，并获得经神经网络的输出值，输出值为当前时刻的液位值。

进一步的，上述基于神经网络的超声波动态液位检测方法，还包括：神经网络的数学模型的误差函数为：

E=12NΣt=1N(y(t)-yd(t))2]]>

其中，N为训练样本数，y(t)为t时刻BP神经网络输出，y_d(t)为t时刻期望输出值；用BP算法训练神经网络时，调整网络的连接权值，其调整表达式为：