[发明专利]基于超声脉冲回波法的非接触式液体液位检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及超声波非接触液体液位检测领域，特别是一种基于超声脉冲回波法的非接触式液体液位检测系统及方法。

背景技术

液体液位的精准测量是实现生产过程准确检测的重要保障和生产过程实时控制的重要手段。在传统工业控制领域，由于生产规模不大，储罐液位测量主要采用法兰式液位变送器和吹气式等机械式测量方法以及微波式、激光式等液位计。但是随着生产规模的扩大，所需储罐数量变多，则显现出传统测量方法的弊端：法兰式液位变送器需要保温，且其施工及维护工作量较大；吹气式用的吹气管需要特殊订货，要定期更换，并且吹气式要消耗仪表气，有能耗并需要敷设气源管，因而安装及维护工作量较大；而微波、激光式液位仪不能实现真正意义上的非接触。γ射线液位计可以实现罐外测量液位，但是受环境影响大。红外液位计也可以实现“罐外测量液位”的要求，但要求被测介质与环境有较明显的温度差异。

相比之下，超声波液位测量有诸多优点：它能够实现定点和连续检测液位，具有广泛的适用性，并且该技术相对安全且价格较低，可选用多介质作为传声媒介，因而在超声波外测液位仪设计无需对被测容器开孔，从而能够实现真正的非接触测量。超声波连续测量液位的方法有很多种，如共振法、频差法、超声衰减法等，其中共振法检测液位受到一些具体条件的限制，需要与液面建立驻波关系，并且它属于一种接触式测量方法；频差法需要调频器产生调制频率；衰减法需测量超声波的衰减量。现有技术中尚未有应用超声脉冲回波法进行液体液位检测的相关记载。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于超声脉冲回波法的非接触式液体液位检测系统及方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于超声脉冲回波法的非接触式液体液位检测系统，包括：

超声波发射电路，用于发射设定频率的超声波；

超声波接收电路，用于接收超声波在容器内壁和被测液体分界面产生的第一回波，以及超声波在被测液体和上方气体分界面产生的第二回波；

温度测量电路，用于实时测定被测液体温度；

补偿电路，用于根据被测液体温度对超声波在被测液体中的传播速度进行校正；

单片机控制系统，用于驱动超声波发射电路发射超声波，并计算两回波之间的时间差，根据测出的时间差和校正后的传播速度计算被测液体的液位。

一种基于超声脉冲回波法的非接触式液体液位检测系统的检测方法，包括以下步骤：

步骤1、超声波发射电路通过超声波探头发射超声波；

步骤2、利用超声波接收电路接收超声波在容器内壁和被测液体分界面产生的第一回波，以及超声波在被测液体和上方气体分界面产生的第二回波；

步骤3、测量当前被测液体温度以及第一回波和第二回波之间的时间差；

步骤4、计算超声波在被测液体中的传播速度，并根据实时测得的被测液体温度对传播速度进行校正；

步骤5、根据测得是时间差和校正后的传播速度确定被测液体的液位。

本发明与现有技术相比，其显著效果为：(1)本发明可以在不需要防护的条件下实现非接触定点和连续检测封闭式液体液位；(2)本发明的检测系统和检测方法可以选用气体、液体或固体作为传播介质，具有较大的适用性；(3)本发明在测量液体液位时可以根据测量环境温度的变化，实时进行补偿，具有较高的检测准确性；(4)本发明采用“延时接收的信号分离”技术，有效的抑制了噪声的干扰；(5)本发明在实际应用中的安装与维护方面有很大的应用性，更加有效且经济。

附图说明

图1是本发明在应用中的测量原理图。

图2是本发明基于超声脉冲回波法的非接触式液体液位检测系统总体设计框图。

图3是超声波发射电路原理框图。

图4是超声波接收电路结构框图。

图5是基于超声波脉冲回波法的非接触式液体液位检测系统工作流程图。

具体实施方式

结合图1、图2，本发明的一种基于超声脉冲回波法的非接触式液体液位检测系统，包括：

超声波发射电路，用于发射设定频率的超声波；

超声波接收电路，用于接收超声波在容器内壁和被测液体分界面产生的第一回波，以及超声波在被测液体和上方气体分界面产生的第二回波；

温度测量电路，用于实时测定被测液体温度；

补偿电路，用于根据被测液体温度对超声波在被测液体中的传播速度进行校正；