[发明专利]一种基于超声波的实时液位监测系统及方法

权利要求书

1.一种基于超声波的实时液位监测系统，其特征在于，包括：液位探测箱(1)和超声波液位检测装置(2)；

所述液位探测箱(1)包括箱体(11)、上连通管(12)和下连通管(13)，所述箱体(11)上部通过上连通管(12)与待测容器的上部连通，所述箱体(11)下部通过下连通管(13)与待测容器的下部连通；

所述超声波液位检测装置(2)设置在箱体(11)底部外侧壁上，所述超声波液位检测装置(2)包括能够进行数据交互的主控模块和功能模块，所述功能模块包括第一收发一体超声模块和第二收发一体超声模块；

所述箱体(11)内高于超声波液位检测装置(2)顶部的气液分界面为可测量气液分界面；

所述第一收发一体超声模块能够向箱体(11)处于可测量气液分界面下方的内侧壁发射探测信号并接收所发射的探测信号生成的回波信号；

所述第二收发一体超声模块能够向可测量气液分界面发射探测信号并接收所发射的探测信号生成的回波信号；

所述主控模块能够根据第一收发一体超声模块和第二收发一体超声模块的回波信号计算出液位信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于超声波的实时液位监测系统，其特征在于，还包括终端设备，所述终端设备搭载客户端软件，所述客户端软件能够将液位信息和温度信息生成图表并显示；

所述功能模块还包括温度模块，所述温度模块能够检测第一收发一体超声模块和第二收发一体超声模块的温度信息。

3.根据权利要求2所述的一种基于超声波的实时液位监测系统，其特征在于，所述功能模块还包括报警模块，所述报警模块能够根据预设的液位报警阈值和温度报警阈值，在液位/温度超限时进行声光报警。

4.根据权利要求3所述的一种基于超声波的实时液位监测系统，其特征在于，所述功能模块还包括数据远传模块、数据显示模块、按键控制模块和电源模块；

所述数据远传模块能够将液位信息和温度信息传递至客户端软件；

所述数据显示模块能够显示液位信息和温度信息；

所述按键控制模块能够输入液位监测的初始参数。

5.根据权利要求3所述的一种基于超声波的实时液位监测系统，其特征在于，所述第一收发一体超声模块为第一超声波探头(21)，所述第二收发一体超声模块为第二超声波探头(22)，所述数据显示模块为显示面板(24)，所述温度模块为温度传感器(25)；

所述超声波液位检测装置(2)还包括矩形体状的盒体(23)，所述第二超声波探头(22)固定在盒体(23)顶面，所述第一超声波探头(21)和显示面板(24)分别安装在盒体(23)两个相对的侧面上；

所述温度传感器(25)与第一超声波探头(21)安装在盒体(23)的同一侧面上。

6.根据权利要求5所述的一种基于超声波的实时液位监测系统，其特征在于，所述第一超声波探头(21)、第二超声波探头(22)和温度传感器(25)靠近箱体(11)的一端设有隔热层(26)。

7.根据权利要求5所述的一种基于超声波的实时液位监测系统，其特征在于，所述超声波液位检测装置(2)还包括检修挡板(27)，所述检修挡板(27)与盒体(23)可拆卸连接，所述检修挡板(27)设置在盒体(23)未安装第一超声波探头(21)和显示面板(24)的两个侧面上。

8.根据权利要求1所述的一种基于超声波的实时液位监测系统，其特征在于，所述液位探测箱(1)还包括冲洗管(14)和排污管(15)；

所述冲洗管(14)设置在箱体(11)顶部，所述排污管(15)设置在箱体(11)底部。

9.根据权利要求1所述的一种基于超声波的实时液位监测系统，其特征在于，所述箱体(11)设有用于放置超声波液位检测装置(2)的凹槽，所述凹槽上设有滑槽，所述超声波液位检测装置(2)上设有与滑槽对应的滑轨，所述超声波液位检测装置(2)与箱体(11)滑动连接。

10.使用权利要求3-7任一项所述的基于超声波的实时液位监测系统的监测方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1：设备自检，温度模块检测第一收发一体超声模块和第二收发一体超声模块的工作温度T，若工作温度T在允许范围内，则开始液位监测，若工作温度T超过允许范围，则采取隔热措施，直至工作温度T在允许范围内；

S2：第一收发一体超声模块和第二收发一体超声模块同时发射探测信号，每次发射的时间间隔为Δt，每次发射探测信号的序号为i，并同步开始各自计时；

若第一收发一体超声模块和第二收发一体超声模块均能接收到回波信号，则当第二收发一体超声模块接收到可测量气液分界面处回波信号时该所属计时结束，当第一收发一体超声模块接收到箱体(11)内侧壁面处的回波信号时该所属计时结束；

若第一收发一体超声模块和/或第二收发一体超声模块未能接收到回波信号，则标记当次采样序号i且赋予h_i一个极大值；

S3：主控模块分别计算第一收发一体超声模块和第二收发一体超声模块所发射的探测信号与接收的回波信号的时间差t₁和t₂；

通过上述探测信号与回波信号的时间差t₁、t₂以及第一收发一体超声模块与内侧壁面的距离L，计算求得箱体(11)内第i次采样的液位高度h_i，计算公式为：

通过上述液位高度h_i，计算求得箱体(11)内次采样的平均液位高度h，计算公式为：

通过上述平均液位高度h以及所述下连通管(13)与待测容器底部的高度差Δh，计算求得待测容器内第j秒的液位高度H_j，j＝1、2......，计算公式为：

H_j＝Δh+h

通过上述液位高度H_j，计算求得待测容器内液位高度升降速率V，计算公式为：

V＝H_j+1-H_j

S4：客户端软件界面上显示温度信息和液位信息，同时报警模块根据用户自定义的报警阈值发出声光报警；

S5：客户端软件根据工作温度T、平均液位高度h、液位高度升降速率V形成与时间相关曲线图和相应的报警日志。