[发明专利]换能器阻抗自适应匹配的超声波物位监测装置

说明书

本发明公开了一种换能器阻抗自适应匹配的超声波物位监测装置，可根据测量范围、物位表面状况和周围环境的不同，更换不同的超声换能器，可结合温度因素的影响实时测量所用超声换能器的静态电容，并进行超声换能器的阻抗自适应匹配，具有使用方便，易于操作，可靠性高，适用范围广，检测速度快，检测精度高，检测量程大的特点。

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种换能器阻抗自适应匹配的超声波物位监测装置。

背景技术

物位指设备和容器中液体或固体物料的表面位置，物位监测用于测定待测物的物位，超声波物位监测装置具有无机械可动部件、安装维修方便、可以实现非接触式测量及物位的定点测量的特点，对环境适应能力强，适用于有毒、高粘度及密闭容器物位的测量。

超声波物位监测装置的核心是超声换能器，超声换能器具有寿命长、不受光线影响、抗电磁干扰、方向性集中、能量大等特点，但市场上性能精良的超声换能器造价昂贵，而普通的超声换能器使用时只利用换能器内部结构的驱动电路，其利用率并不理想，发射能量较低，从而得到的回波信号很弱，容易受到噪声干扰。为了提高超声换能器的效率，使信号源的输出功率尽可能全部转换为超声换能器的发射功率，以便得到更强的回波，通常采用阻抗匹配的方法，即先测量超声换能器的静态电容值，然后根据所测电容值并联与之匹配的电感，使超声波振动系统工作在谐振状态。采用超声波进行物位检测时，应根据测量范围、物位表面状况和周围环境条件来决定所使用的超声换能器的型号，但现有的超声波物位监测装置所使用的超声换能器都是固定的，其匹配电感也是固定的，只能用于某一特定对象的物位测量，无法根据测量对象或条件的不同，更换不同的超声换能器，也无法实现阻抗的自适应匹配，存在测量对象单一、适用范围小的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种换能器阻抗自适应匹配的超声波物位监测装置。

本发明的目的可以通过采用如下的技术措施来实现，设计一种换能器阻抗自适应匹配的超声波物位监测装置，包括：超声换能器和电学结构部分；

电学结构部分包括测距模块、调零模块、电容检测模块、中央数据处理模块、超声换能器频率输入模块、量程选择模块、温度校准模块、显示驱动模块、可调电感模块、供电模块、数模转换模块、V/I模块、中周和开关模块；其中，开关模块由电力电子开关S1和S2组成，开关模块输入端与超声换能器相连，开关模块中开关S1的输出端与电容检测模块相连，开关S2的输出端与可调电感模块相连，开关模块接收中央数据处理模块的控制指令，并据此对开关S1和S2进行通断控制；测距模块发射矩形脉冲，通过中周、可调电感模块的工作绕组传送给超声换能器，驱动超声换能器发出超声波，再由超声换能器接收回波并转化为电信号后传输给测距模块进行测距运算；电容检测模块的输入端与温度校准模块和量程选择模块相连，并通过开关模块的开关S1与超声换能器连接，电容检测模块的输出端与中央数据处理模块相连，中央数据处理模块接收测距模块、调零模块和超声换能器频率输入模块的输入信号，中央数据处理模块的输出端分别与开关模块、数模转换模块和显示驱动模块相连，V/I模块的输入端与数模转换模块相连，输出端与可调电感模块的控制绕组相连；供电模块连接中央数据处理模块，以为装置的用电模块进行供电。

其中，还包括机械壳体，电学结构部分集成于机械壳体内部；机械壳体上设置电源键、显示屏、数字按键、调零按键、量程选择按键和超声换能器接口。

其中，电源键与供电模块相连，显示屏与显示驱动模块相连，数字按键与超声换能器频率输入模块相连，调零按键与调零模块相连，量程选择按键与量程选择模块相连，超声换能器插在超声换能器接口处，用于超声波的产生和接收。

其中，测距模块和中周之间设置一三极管T，三极管的集电极连接中周，基极连接测距模块，发射极接地；中周为中频变压器，一端连接三极管的集电极和12V电源，12V电源经过滤波电容C2接地，另一端通过匹配电阻R1连接到可调电感模块的工作绕组，并进一步连接超声换能器及通过限流电阻R2连接到测距模块。