[发明专利]非接触式超声波计米仪及其计米算法

说明书

技术领域

本发明涉及测量技术领域，具体涉及非接触式超声波计米仪及其计米算法。

背景技术

线缆生产使用过程中常需进行长度计米，现有的线缆计米器主要分为机械式，电子式，以及单片机控制的多功能线缆长度计米器。大多计米器的计米测试数据来源都是采用计米轮在线缆表面靠摩擦力滚动得来。依靠线缆与计米轮的摩擦滚动计米具有如下缺点：在计米开始、结束、中间停顿等情况下，由于惯性力作用，造成计米轮与线缆表面打滑，会造成计米误差；其次，计米轮长时间与线缆接触，会产生磨损，使得计米轮周长发生变化，也会形成错误计米。

针对以上问题，CN201510981227.3中提出一种基于超声波的计米装置，其原理是利用超声波的传播时间来获取线缆的速度信息。其在求解速度过程中，需要声速，而声速受温度影响很大，使得这种超声波计米器的计量误差随着环境变化而变化；后来针对该问题，人们采用做温度补偿的方式来提高超声波计米器的精度，但是这种温度补偿方式所达到的效果非常有限，使得超声波计米器的精度仍受环境温度和湿度的影响。

所以在现有技术中，人们一般不采用超声波计米器，而采用精度更高的激光计米器来计量。

发明内容

本发明的目的在于提供非接触式超声波计米仪及其计米算法，解决现有技术中的超声波计米器受温度影响大、计量精度低的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

非接触式超声波计米仪，包括用于传输待检测线缆的线缆传输通道，所述线缆传输通道的一侧设置有超声波发射探头T1和超声波接收探头R1，在线缆传输通道的另一侧还设置有超声波接收探头R2，所述超声波发射探头T1沿发射线方向到线缆传输通道内的待检测线缆的反射点的距离为L，且发射线与待检测线缆中心轴线的夹角为θ，待检测线缆的反射点到超声波接收探头R1、R2的距离也分别为L，其中两个超声波接收探头R1、R2关于待检测线缆中心轴线呈镜像对称。进一步的，针对以上技术问题，本发明对现有的计米仪进行改进，利用超声波的频率较高，在定向传播时，在两种不同媒质的分界面上，会出现类似于光线一样的透射、反射和折射现象的特性，在线缆传输通道的另一侧增加了一个超声波接收探头R2，通过以上结构的设置，超声波接收探头R2可接收超声波发射探头T1的透射波，超声波接收探头R1可接收超声波发射探头T1的反射波，通过测量超声波发射探头T1沿发射路径到反射点之间的距离L，以此也可得出反射点到两个接收探头R1、R2的距离L，再通过测量超声波发射探头T1的发射路径与传输的待检测线缆之间的夹角θ，利用三角函数关系，就可得出待检测线缆在发射波脉冲波路径上的速度分量的v’，此外接收探头R1、R2接收到超声波发射探头T1发射的脉冲波的时间也可计量，根据两个计量时间，联立两个速度v’与路程L的时间公式，具体见公式(1)(2)，即可将声速c由常量变为变量，得出待检测线缆的准确速度v。通过采用以上方式，克服了现有技术中的技术难题，不再简单的将声速c看做传统意义上的固定值，不管温度、湿度怎样变化，均可得到声速c的准确值，从根本上克服了超声波计米器的精度受温度的影响的问题，取得了极大的突破。另外，市面上超声波发射器相比激光发射器的价格更加低廉，制作工艺也更加简单，本发明只需增加一个超声波接收探头，安装也非常方便，可直接在现有产线上安装，不用改动生产线，改动成本低，性价比非常高，可改变现有技术中市场上非接触式电子类型的计米器只推行激光计米器的现状，具有极大的实用价值。

所述夹角θ的取值范围为20°＜θ＜45°。进一步的，根据超声波会产生和光线一样的直射、反射和折射现象，当夹角θ越小时，速度的可测分量越大，这样越容易接收到透射与反射声波，提高测试精度，所以本发明的θ优选设置在45°以下。但由于超声波的方向性好，其与光一样具有掠射特性，所以超声波也会同光传播一样，当从光疏介质射向光密介质时，在掠射或垂直入射2种情况下，在反射过程中会产生半波损失；所以当超声波射向待检测线缆时，θ角度也不能无限小，这样会导致超声波与其法线的角度越来越大，即入射角接近90°，导致反射声波出现半波损失，所以本发明的θ最小不低于20°。

优选的，所述夹角θ的取值范围为30°≤θ≤35°。进一步的，经过发明人研究发现，当夹角θ的取值范围在30°≤θ≤35°时，为本发明的测试最佳范围。