[发明专利]超声波液位测量方法

说明书

本发明提供了一种超声波液位测量方法，包括下列步骤：控制装置控制超声波传感器向液面发送固定频率的超声波探测信号，超声波探测信号在接触液面后，向超声波传感器反弹回超声波回传信号；控制装置实时采集接收的超声波回传信号，同时在控制装置每采集一个超声波回传信号数据之后，实时动态调节可变增益放大器的输入电压来对超声波回传信号进行距离衰减动态补偿，得到超声波补偿信号；控制装置对超声波补偿信号进行加窗处理，以特征窗口快速从超声波补偿信号中提取目标频率信号。控制装置在超声波补偿信号中选取目标频率最大能量值对应的信息，并在距离能量最大值位置特征范围外，选取第二大能量值对应的信息。本发明能够给出精确的液位结果。

技术领域

本发明涉及测量技术和传感器数据处理技术，具体地说，本发明涉及一种超声波液位测量方法。

背景技术

随着科学技术的发展，人们对雨水、污水、中水、河道、湖泊、道路等市政与水利领域的液位监测需求越来越大。近些年，我国多个城市在每年雨季都会发生内涝事件，呈现了发生范围广、积水深度大、积水时间长的特点。内涝事件的发生，不仅给人民群众在雨天出行带来诸多不便，而且导致了个人和公共财产的巨大损失，甚至威胁了人民群众的生命安全，引起了社会各方面的广泛关注。

目前在超声波液位监测方面，其它设备的功能性、稳定性和硬件集成性不能很好的满足在恶劣环境中长期监测的需求。而且价格过高、功能不足、设备零配件供货周期长等问题，严重影响了液位监测等效果。主要表现如下：

(1)现有超声波液位计没有对回传的超声波能量做距离衰减动态补偿设计，可以满足环境简单的测距需求，但是不能满足测试环境复杂的应用场合，会造成测距的不准确和跳变。

(2)现有超声波液位计采用复杂的检波方法对回波中的信号进行提取工作，造成硬件资源的浪费以及计算的复杂，从而在硬件成本比较浪费，开发周期时间长，设计工作上比较复杂。

(3)现有超声波液位计对回波中的信号进行提取单一的能量最大值运算，可以满足超声波传感器与目标物体之间的障碍物比较少，而且对超声波液位计的安装要求比较苛刻。使得超声波液位计的使用场合要求比较严格，超声波液位计的测距效果上不是很理想。

因此，亟待出现一种能够适应复杂环境的液位测量要求和简单有效的液位测量方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种能够适应复杂环境的液位测量要求和简单有效的液位测量方法。

本发明采用的技术方案为：

本发明的实施例提供一种超声波液位测量方法，包括：控制装置控制超声波传感器向被测液面发送固定频率的超声波探测信号，所述超声波探测信号在接触所述液面后，向所述超声波传感器反弹回超声波回传信号；所述控制装置实时采集接收的超声波回传信号，同时在控制装置每采集一个超声波回传信号之后，实时动态调节可变增益放大器的输入电压来对所述超声波回传信号进行距离衰减动态补偿，得到超声波补偿信号；所述控制装置对所述超声波补偿信号进行加窗处理，以特征窗口快速从所述超声波补偿信号中提取目标频率信号；所述控制装置在所述超声波补偿信号中选取目标频率最大能量值对应的信息，并在距离能量最大值位置特征范围外，选取第二大能量值对应的信息；所述控制装置基于所选取目标频率的最大能量值对应的信息和选取目标频率的第二大能量值对应的信息，得到有效的超声波反射所述液面所对应的信息，计算所述超声波传感器距离所述液面的液位高度。

优选地，所述控制装置驱动第一数字模拟转换器发送固定频率的超声波探测信号，发送的探测信号经经功率放大器放大后，通过所述超声波传感器发送；所述控制装置控制模拟数字转换器以大于所述超声波回传信号中的最高频率的2倍的采样频率来采集所述超声波回传信号；所述可变增益放大器的输入电压与对所述超声波回传信号进行距离衰减动态补偿的增益能量值成正比。