超声波液位测量方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术能够给出精确的液位结果。

Ultrasonic liquid level measurement method

The invention provides an ultrasonic liquid level measurement method, which comprises the following steps: a control device controls the ultrasonic sensor detection signal to transmit ultrasonic level fixed frequency, ultrasonic detection signal in the contact surface, the ultrasonic signal back to return to the ultrasonic sensor rebound; control real-time acquisition device receive the ultrasonic signal at the same time in return, after each control device an ultrasonic signal acquisition return data, the input voltage of the variable gain amplifier is adjusted dynamically by distance attenuation and dynamic compensation for ultrasonic signal return, ultrasonic signal compensation control device; window processing of ultrasonic signal with the characteristics of fast window compensation, compensation signals from the ultrasonic extraction of target frequency signal. The control device selects the information corresponding to the maximum energy value of the target frequency in the ultrasonic compensation signal, and selects the information corresponding to the second energy values outside the location characteristic range of the distance energy maximum value. The invention can give accurate liquid level results.

【技术实现步骤摘要】
超声波液位测量方法
本专利技术涉及测量技术和传感器数据处理技术，具体地说，本专利技术涉及一种超声波液位测量方法。
技术介绍
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)现有超声本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波液位测量方法，其特征在于，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...

【技术特征摘要】
1.一种超声波液位测量方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的超声波液位测量方法，其特征在于，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。3.根据权利要求2所述的超声波液位测量方法，其特征在于，所述控制装置每采集一个超声波回传信号之后，控制装置通过控制第二数字模拟转换器输出连续的变化的电压来动态调节所述可变增益放大器的输入电压，进而动态调节所述增益能量值，以对所述超声波回传信号的下一个采集点进行距离衰减补偿。4.根据权利要求1所述的超声波液位测量方法，其特征在于，控制装置控制超声波传感器发送的超声波探测信号中包括固定Nperiod个周期的正弦波信号，所述控制装置对所述超声波补偿信号进行分析，提取所述超声波补偿信号中Nperiod个周期正弦波信号的位置信息，并计算超声波传感器到被测液面的距离。5.根据权利要求4所述的超声波液位测量方法，其特征在于：控制装置对所述超声波补偿信号进行加窗处理，包括利用特征窗口大小对所述超声波补偿信号分数据段进行分析，其中特征窗口大小通过如下公式获得：SIZEwindow＝Nperiod*fsample/fsend，其中，SIZEwindow为信号处理窗口大小，Nperiod为超声波传感器发送波形周期数，fsample为控制装置采集信号频率，fsend为超声波探头发送信号频率。6.根据权利要求4所述的超声波液位测量方法，其特征在于，控制装置采用1和-1两个特征值做信号提取特征点来从所述超声波补偿信号中快速提取目标频率信号的位置信息。7.根据权利要求1所述的超声波液位测量方法，其特征在于，所述最大能量值对应的信息和所述第二大能力最大值对应的信息包括：超声波回传信号中能量最大的点数Pfmax，超声波回传信号中能量最大的点数的能量Efmax，超声波回传信号中距离能量最大值位置特征值范围外能量次大的点数Psmax，超声波回传信号中能量次大的点数的能量Esmax。8.根据权利要求7所述的超声波液位测量方法，其特征在于，还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宇，赵冬泉，李磊，郭实敏，唐兰贵，李雪森，
申请(专利权)人：北京清控人居环境研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11