一种超声波液位探测仪和探测方法技术

本发明专利技术提供一种超声波液位探测仪和探测方法，探测仪包括：收发合制传感器发射第一超声波信号和第三超声波信号，并接收第一超声波信号、第三超声波信号经密闭容器的内表面反射后的第二超声波信号和第四超声波信号；处理模块根据第一超声波信号和第二超声波信号得到第一声压反射比，根据第二超声波信号和第四超声波信号，得到第二声压反射比；并将第一声压反射比和第二声压反射比进行比较；当第一结果大于第一阈值时，确定液面位置介于第一传感器对应的第一位置与第二传感器对应的第二位置之间。因此，本发明专利技术提供的超声波液位探测仪和探测方法，通过将超声传感器设置在罐体侧面，避免了容器结构、液体的属性造成的液位无法探测或者液位探测不准确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及探测领域，尤其涉及一种超声波液位探测仪和探测方法。
技术介绍
在工业生产和运输中，经常使用耐高温高压的密封容器乘装一些易燃、易爆或者有毒的液体。由于安全或者其他需要，需要对密封容器中乘装的液体液位进行检测。对密封容器中乘装液位的检测方法有两种：介入式检测方法和非介入式检测方法。由于介入式检测方法存在以下缺点：会破坏密封容器的结构，大大降低密封容器的强度；存在一些高危安全问题，例如，密封容器中乘装的是易燃、易爆液体采用介入式液位探测造成的安全问题，或者密封容器中乘装有腐蚀性的液体采用介入式液位探测会腐蚀传感器，因此，对于一些液体并不适用于介入式探测。非介入式探测使用最多的是超声波探测方法，但是目前，采用非介入式探测通常是在乘装液体的容器底部安装超声波传感器，超声波传感器发射超声波，超声波透过容器壁进入液体，当超声波到达液面时会产生反射波，反射波再回传，直到被传感器接收，通过计算超声波的传播时间来计算液体的高度。而这种非介入式探测方法存在一下缺点：当容器中乘装的液体是一种非均匀液体，或者密度非均匀，或者温度非均匀时，液体内部声的传播速度也不均匀，难以获取准确的声速分布，导致液位高度计算不准确；当液体含有气泡或者固体块时，气泡或者固体块遇到超声波后会产生反射，而超声波探测仪系统难以区分液面还是气泡或者固体块，同时气泡或者固体块也会产生噪声导致测量不准确；当液体阻尼较大，液体会吸收大量的超声波，造成超
声波反射波非常微弱，造成超声探测系统难以检测液位高度；当容器壁的多次反射会造成测量盲区，即当液面反射与罐壁的多次反射重合，难以区分，造成测量盲区；当罐体底部无足够的平整区域时，难以安装传感器，例如常见氧气瓶等罐体；当液体没有明显液面时，难以获得液面回波，例如锅炉的高压汽包。
技术实现思路
本专利技术提供的一种超声波液位探测仪，用以避免乘装液体的容器结构、液体的属性造成的液位无法探测或者液位探测不准确。第一方面，本专利技术提供了一种超声波液位探测仪，，用于密闭容器中液面高度探测，所述探测仪包括：收发合制传感器和处理模块；其中，所述收发合制传感器至少包括：第一传感器和第二传感器；所述第一传感器用于发射第一超声波信号，并接收所述第一超声波信号经所述密闭容器的内表面反射后的第二超声波信号；所述第二传感器用于发射第三超声波信号，并接收所述第三超声波信号经所述密闭容器的内表面反射后的第四超声波信号；所述处理模块，用于根据所述第一超声波信号和所述第二超声波信号得到第一声压反射比，根据所述第二超声波信号和所述第四超声波信号，得到第二声压反射比；并且，将所述第一声压反射比和第二声压反射比进行比较，得到第一结果；当所述第一结果大于第一阈值时，确定所述液面位置介于所述第一传感器对应的第一位置与所述第二传感器对应的第二位置之间。优选地，所述探测仪还包括：操作指令接收模块，用于接收触发指令，根据所述触发指令，所述第一传感器发射所述第一超声波信号，所述第二传感器发射所述第三超声波信号。优选地，处理模块具体用于，根据所述第一超声波和第二超声波的电压幅值得到所述第一声压反射比；根据所述第三超声波和第四超声波的电压幅
值得到所述第二声压发射比。优选地，所述第一传感器和第二传感器保持预设距离，分别平行于被测液面设置在容器侧壁的外表面上。优选地，所述探测仪还包括：显示输出模块，用于根据所述第一结果进行液面位置的输出显示；供电模块，用于向收发合制传感器、处理模块、显示输出模块和操作指令接收模块提供电能。第二方面，本专利技术提供一种超声波液位探测方法，所述探测方法包括：接收触发指令；根据所述触发指令，所述第一传感器发射第一超声波信号，并接收所述第一超声波信号经所述密闭容器的内表面反射后的第二超声波信号；所述第二传感器发射第三超声波信号，并接收所述第三超声波信号经所述密闭容器的内表面反射后的第四超声波信号；根据所述第一超声波信号和所述第二超声波信号得到第一声压反射比，根据所述第二超声波信号和所述第四超声波信号，得到第二声压反射比；并且，将所述第一声压反射比和第二声压反射比进行比较，得到第一结果；当所述第一结果大于第一阈值时，确定所述液面位置介于所述第一传感器对应的第一位置与所述第二传感器对应的第二位置之间。优选地，所述根据所述第一超声波信号和所述第二超声波信号得到第一声压反射比，根据所述第二超声波信号和所述第四超声波信号，得到第二声压反射比，具体为：根据所述第一超声波和第二超声波的电压幅值得到所述第一声压反射比；根据所述第三超声波和第四超声波的电压幅值得到所述第二声压发射比。优选地，在所述接收触发指令之前，所述探测方法还包括：将所述第一传感器和第二传感器保持预设距离，分别平行于被测液面设置在容器侧壁的外表面上。优选地，在所述将所述第一声压反射比和第二声压反射比进行比较，得到第一结果之后，所述探测方法还包括：根据所述第一结果进行液面位置的输出显示。因此，本专利技术提供的一种超声波液位探测仪，通过将收发合制传感器设置在容器侧面外表面上，当经过液面上下时回波强度会有明显区别，从而探测到液面位置，避免了容器结构、液体属性造成的液位无法探测或者液位探测不准确。附图说明图1为本专利技术提供的确定液面位置的原理示意图；图2为本专利技术提供的一种超声波液位探测仪的结构示意图；图3为本专利技术提供的一种超声波液位探测方法的流程图。具体实施方式本专利技术提供的超声波液位探测仪，本实施例通过耦合剂将探测仪中两个具有发射和接收功能的传感器，保持一定的距离，设置在容器侧壁的外表面上，两个传感器分别平行于被测液面。通过传感器接收经过容器侧壁内表面反射回来的超声波信号，对接收到的超声波信号进行数据处理确定液面位置。如图1所示，图1为本专利技术提供的确定液面位置的原理示意图。当收发合制传感器发射超声波信号，超声波信号穿过罐(容器)壁，一部分超声波信号以入射波形式入射到容器内部的介质中，一部分超声波信号以透射波的形式穿过容器内的介质，还有一部分超声波信号通过容器的内表面反射回来，发合制传感器接收反射回来的超声波信号。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。图2为本专利技术提供的一种超声波液位探测仪的结构示意图。如图2所示，本实施提供的一种超声波液位探测仪包括收发合制传感器11，处理模块12、显示输出模块13和操作指令接收模块14、供电模块15。传感器11具体为锆钛酸铅(PbZrxTi1-xO3，PZT)陶瓷传感器，为ABO3型钙钛矿材料，所述传感器11的频带使用范围为100kHz-2MHz。在一个优选实施例中，所述传感器11采用P5型,频率为1.2MHz。其中，收发合制传感器11包括第一传感器111和第二传感器112。第一传感器111发射第一超声波信号，并接收第一超声波信号经所述密闭容器的内表面反射后的第二超声波信号；第二传感器112用于发射第三超声波信号，并接收所述第三超声波信号经所述密闭容器的内表面反射后的第四超声波信号。具体地，第一超声波信号和第二超声波信号分别经过密闭容器壁，在密闭容器壁与密闭容器中的介质交界面处产生反射信号，第一超声波信号产生第二超声波信号，第三超声波信号产生第四超声波信号。其中，密闭容器中的介质包括乘装的液体和空气。所述处理模块12，根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波液位探测仪，用于密闭容器中液面高度探测，其特征在于，所述探测仪包括：收发合制传感器和处理模块；其中，所述收发合制传感器至少包括：第一传感器和第二传感器；所述第一传感器用于发射第一超声波信号，并接收所述第一超声波信号经所述密闭容器的内表面反射后的第二超声波信号；所述第二传感器用于发射第三超声波信号，并接收所述第三超声波信号经所述密闭容器的内表面反射后的第四超声波信号；所述处理模块，用于根据所述第一超声波信号和所述第二超声波信号得到第一声压反射比，根据所述第二超声波信号和所述第四超声波信号，得到第二声压反射比；并且，将所述第一声压反射比和第二声压反射比进行比较，得到第一结果；当所述第一结果大于第一阈值时，确定所述液面位置介于所述第一传感器对应的第一位置与所述第二传感器对应的第二位置之间。

【技术特征摘要】
1.一种超声波液位探测仪，用于密闭容器中液面高度探测，其特征在于，所述探测仪包括：收发合制传感器和处理模块；其中，所述收发合制传感器至少包括：第一传感器和第二传感器；所述第一传感器用于发射第一超声波信号，并接收所述第一超声波信号经所述密闭容器的内表面反射后的第二超声波信号；所述第二传感器用于发射第三超声波信号，并接收所述第三超声波信号经所述密闭容器的内表面反射后的第四超声波信号；所述处理模块，用于根据所述第一超声波信号和所述第二超声波信号得到第一声压反射比，根据所述第二超声波信号和所述第四超声波信号，得到第二声压反射比；并且，将所述第一声压反射比和第二声压反射比进行比较，得到第一结果；当所述第一结果大于第一阈值时，确定所述液面位置介于所述第一传感器对应的第一位置与所述第二传感器对应的第二位置之间。2.根据权利要求1所述的超声波探测仪，其特征在于，所述探测仪还包括：操作指令接收模块，用于接收触发指令，根据所述触发指令，所述第一传感器发射所述第一超声波信号，所述第二传感器发射所述第三超声波信号。3.根据权利要求1所述的超声波液位探测仪，其特征在于，处理模块具体用于，根据所述第一超声波和第二超声波的电压幅值得到所述第一声压反射比；根据所述第三超声波和第四超声波的电压幅值得到所述第二声压发射比。4.根据权利要求1所述的超声波探测仪，其特征在于，所述第一传感器和第二传感器保持预设距离，分别平行于被测液面设置在容器侧壁的外表面上。5.根据权利要求1所述的超声波探测仪，其特征在于，所述探测仪还包括：显示输出模块，用于根据所述第一结果进行液面位置的输出显示...

【专利技术属性】
技术研发人员：田静，程晓斌，杨军，王勋，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11