基于多次回波检测的外贴式超声波液位检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多次回波检测的外贴式超声波液位检测系统。它包括用于发射超声波脉冲信号或接收液面回波信号的测量装置，用于发射超声波脉冲信号或接收对面罐壁回波信号的校准装置；主机，用于控制测量装置和校准装置工作，并根据测量装置和校准装置测到的数据确定液位高度。本发明专利技术采用了多次回波判定，极大提高了液位判断的准确性；采用自主式校准和温度补偿两种校准方式，大幅提高声速精度，从而使设备适用与绝大部分介质的液罐，获得毫米级的液位测量精度。

An external ultrasonic liquid level detection system based on multiple echo detection

The invention discloses an external sticking ultrasonic liquid level detection system based on multiple echo detection. It includes a measuring device for transmitting an ultrasonic pulse signal or receiving a liquid level echo signal, a calibrating device for transmitting an ultrasonic pulse signal or receiving an echo signal from the opposite tank wall, a host computer for controlling the operation of the measuring device and the calibrating device, and determining the liquid level height according to the data measured by the measuring device and the calibrating device. . The method adopts multiple echo judgment, which greatly improves the accuracy of liquid level judgment, adopts two calibration modes of autonomous calibration and temperature compensation, and greatly improves the accuracy of sound speed, so that the equipment is suitable for most liquid tanks and the millimeter level measurement accuracy is obtained.

【技术实现步骤摘要】
基于多次回波检测的外贴式超声波液位检测系统
本专利技术属于罐体液位测量
，具体涉及一种基于多次回波检测的外贴式超声波液位检测系统。
技术介绍
液位计是用于测量罐体液位高度的仪器，采用外贴式超声波探头进行测量的仪器原理是将超声波探头安装于液罐底部，向液罐发射垂直方向的超声波脉冲信号，检测液面回波信号，利用时差法求解液位高度。这里面有两个的关键问题需要解决：一是准确检测回波，由于罐体型式各异，液体种类繁多，探头安装位置原因，超声波脉冲信号传导进罐体内部时，不仅会引起混响信号，而且存在多径效应，出现多个回波，干扰实际液面回波，对准确检测真实回波造成困难，目前对该问题尚未能很好解决。二是准确获取声速，声速是外贴式超声波液位计的准确测量的前提，实际中，液罐存储的介质多种多样，密度、温度、压力各不相同，声速也相差很大，且会随着温度的变化而发生改变，造成很大测量误差，目前的做法是有的未修正声速，有的进行简单的温度补偿，有的增加校准探头，未能融合使用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述
技术介绍
存在的不足，提供一种方法简单、测量精度高的基于多次回波检测的外贴式超声波液位检测系统。本专利技术采用的技术方案是：一种基于多次回波检测的外贴式超声波液位检测系统，包括测量装置，安装于罐体底部，用于根据主机的控制信号发射超声波脉冲信号或接收液面回波信号、用于将液面回波信号输出至主机；校准装置，安装于罐体侧面外壁上，用于根据主机的控制信号发射超声波脉冲信号或接收对面罐壁回波信号、用于将对面罐壁回波信号输出至主机；主机，用于向测量装置发出发射超声波脉或接收液面回波的控制信号、在接收的液面回波信号中查找超过设定检波门限的多次液面回波、根据多次液面回波之间的时间间隔确定液面回波时延ΔT1；用于在罐体液位高度高于校准装置安装高度时向校准装置发出发射超声波脉或接收对面罐壁回波的控制信号、在接收的对面罐壁回波信号中查找超过设定检波门限的多次对面罐壁回波、根据多次对面罐壁回波之间的时间间隔确定对面罐壁回波时延ΔT2；用于根据液面回波时延ΔT1和对面罐壁回波时延ΔT2确定液位高度H。进一步地，所述在接收的液面回波信号中查找超过设定检波门限的多次液面回波的过程包括以下步骤：步骤1，对液面回波信号进行处理得到回波包络信号，并确定超声波脉冲信号的发射时刻，记为t0，步骤2，将回波包络信号与设定的检波门限进行比较，确定回波包络信号中从t0时刻后第一个超过检波门限的回波上升沿的时刻t1，并记t0时刻与t1时刻之间的间隔时间为Δt；步骤3，在距离t1时刻位置n倍Δt的后续时刻查找是否存在超过设定检波门限的多次回波，n＝1,2,……；步骤4，若存在一个以上的多次回波，则查找到所述的多次液面回波，并记Δt为液面回波时延ΔT1；步骤5，若不存在一个以上的多次回波，则调整检波门限值，重复步骤1-4，直至查找到所述的多次液面回波为止。进一步地，所述在接收的对面罐壁回波信号中查找超过设定检波门限的多次对面罐壁回波的过程包括以下步骤：步骤1，对对面罐壁回波信号进行处理得到回波包络信号，并确定超声波脉冲信号的发射时刻，记为T0，步骤2，将对面罐壁回波包络信号与设定的检波门限进行比较，确定回波包络信号中从T0时刻后第一个超过检波门限的回波上升沿的时刻T1，并记T0时刻与T1时刻之间的间隔时间为ΔT；步骤3，在距离T1时刻位置n倍ΔT的后续时刻查找是否存在超过设定检波门限的多次回波，n＝1,2,……；步骤4，若存在一个以上的多次回波，则查找到所述的多次对面罐壁回波，并记ΔT为液面回波时延ΔT2；步骤5，若不存在一个以上的多次回波，则调整检波门限值，重复步骤1-4，直至查找到所述的多次对面罐壁回波为止。进一步地，所述液位高度确定的方法为：其中，L为校准装置所在的罐体壁位置与对面相同高度的罐体壁位置之间的距离，ΔT1为液面回波时延，ΔT2为对面罐壁回波时延。进一步地，还包括温度检测装置，安装于罐体壁上，用于测量罐体内液体的温度并将所测的温度输出至主机；当液位低于校准装置安装高度时，所述主机根据液体的温度依据介质特性和温度补偿公式修正当前声速得到准确声速V、根据液面回波时延和准确声速确定液位高度，所述当前声速为上一次液位高度高于校准装置时确定的声速或人工设定的声速。进一步地，所述液位高度H确定的方法为：H＝V*ΔT1/2，V为准确声速，ΔT1为液面回波时延。进一步地，所述温度检测装置集成于测量装置内部。进一步地，所述主机包括控制模块，用于向发射驱动电路发出控制测量装置和校准装置的控制信号、向切换开关发出切换信号，用于根据接收的信号确定液位高度；发射驱动电路，用于对控制信号进行放大处理后发送至切换开关；切换开关，用于根据接收的控制信号驱动测量装置和校准装置在发射超声波脉冲信号和接收回波信号之间转换，根据接收的切换信号在发射控制信号和接收回波信号之间进行切换；信号采集电路，用于在切换开关切换到接收信号时，接收测量装置和校准装置接收的回波信号。进一步地，所述主机还包括LCD显示屏，用于显示设备状态信息和液位高度。更进一步地，所述控制模块上设有用于数据输出的RS485通信接口和4-20mA电流环接口。本专利技术液位检测系统采用多次回波判定的方法确定真实液位回波，极大提高了液位判断的准确性；采用自主式校准和温度补偿两种校准方式，大幅提高声速精度，从而使设备适用于绝大部分介质的液罐，获得毫米级的液位测量精度。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术的原理框图。图3为多次回波在罐体内的传播示意图。图4为包含混响和多径信号的实际波形。图5为多次回波示意图。图6为回波检波示意图。图中：1-主机；2、测量装置；3-校准装置；4-温度检测装置；5-控制模块；6-发射驱动电路；7-切换开关；8-信号采集电路；9-LCD显示屏；10-RS485通信接口；11-4-20mA电流环接口；12-存储模块。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明，便于清楚地了解本专利技术，但它们不对本专利技术构成限定。如图1、图2所示，本专利技术包括测量装置2，安装于罐体13底部，用于根据主机的控制信号发射超声波脉冲信号或接收液面回波信号、用于将液面回波信号输出至主机。校准装置3，安装于罐体13侧面外壁上，高度为液罐的侧面液位经常覆盖的高度，用于在罐体液位高度高于校准装置安装高度时，根据主机的控制信号发射超声波脉冲信号或接收对面罐壁回波信号、用于将对面罐壁回波信号输出至主机。测量装置和校准装置为常规的测量探头和校准探头。温度检测装置4，安装于罐体壁上，用于测量罐体内液体的温度并将所测的温度输出至主机；优选的温度检测装置可以集成于测量装置内部，即安装于罐体底部。主机1，用于向测量装置发出发射超声波脉冲或接收液面回波的控制信号、在接收的液面回波信号中查找超过设定检波门限的多次液面回波、根据多次液面回波之间的时间间隔确定液面回波时延ΔT1；用于在罐体液位高度高于校准装置安装高度时向校准装置发出发射超声波脉冲或接收对面罐壁回波的控制信号、在接收的对面罐壁回波信号中查找超过设定检波门限的多次对面罐壁回波、根据多次对面罐壁回波之间的时间间隔确定对面罐壁回波时延ΔT2；用于在罐体液位高度高于校准装置安装高度时根据液面回本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多次回波检测的外贴式超声波液位检测系统，其特征在于：包括测量装置，安装于罐体底部，用于根据主机的控制信号发射超声波脉冲信号或接收液面回波信号、用于将液面回波信号输出至主机；校准装置，安装于罐体侧面外壁上，用于根据主机的控制信号发射超声波脉冲信号或接收对面罐壁回波信号、用于将对面罐壁回波信号输出至主机；主机，用于向测量装置发出发射超声波脉或接收液面回波的控制信号、在接收的液面回波信号中查找超过设定检波门限的多次液面回波、根据多次液面回波之间的时间间隔确定液面回波时延ΔT1；用于在罐体液位高度高于校准装置安装高度时向校准装置发出发射超声波脉或接收对面罐壁回波的控制信号、在接收的对面罐壁回波信号中查找超过设定检波门限的多次对面罐壁回波、根据多次对面罐壁回波之间的时间间隔确定对面罐壁回波时延ΔT2；用于根据液面回波时延ΔT1和对面罐壁回波时延ΔT2确定液位高度H。

【技术特征摘要】
1.一种基于多次回波检测的外贴式超声波液位检测系统，其特征在于：包括测量装置，安装于罐体底部，用于根据主机的控制信号发射超声波脉冲信号或接收液面回波信号、用于将液面回波信号输出至主机；校准装置，安装于罐体侧面外壁上，用于根据主机的控制信号发射超声波脉冲信号或接收对面罐壁回波信号、用于将对面罐壁回波信号输出至主机；主机，用于向测量装置发出发射超声波脉或接收液面回波的控制信号、在接收的液面回波信号中查找超过设定检波门限的多次液面回波、根据多次液面回波之间的时间间隔确定液面回波时延ΔT1；用于在罐体液位高度高于校准装置安装高度时向校准装置发出发射超声波脉或接收对面罐壁回波的控制信号、在接收的对面罐壁回波信号中查找超过设定检波门限的多次对面罐壁回波、根据多次对面罐壁回波之间的时间间隔确定对面罐壁回波时延ΔT2；用于根据液面回波时延ΔT1和对面罐壁回波时延ΔT2确定液位高度H。2.根据权利要求1所述的基于多次回波检测的外贴式超声波液位检测系统，其特征在于，所述在接收的液面回波信号中查找超过设定检波门限的多次液面回波的过程包括以下步骤：步骤1，对液面回波信号进行处理得到回波包络信号，并确定超声波脉冲信号的发射时刻，记为t0，步骤2，将回波包络信号与设定的检波门限进行比较，确定回波包络信号中从t0时刻后第一个超过检波门限的回波上升沿的时刻t1，并记t0时刻与t1时刻之间的间隔时间为Δt；步骤3，在距离t1时刻位置n倍Δt的后续时刻查找是否存在超过设定检波门限的多次回波，n＝1,2,……；步骤4，若存在一个以上的多次回波，则查找到所述的多次液面回波，并记Δt为液面回波时延ΔT1；步骤5，若不存在一个以上的多次回波，则调整检波门限值，重复步骤1-4，直至查找到所述的多次液面回波为止。3.根据权利要求1所述的基于多次回波检测的外贴式超声波液位检测系统，其特征在于，所述在接收的对面罐壁回波信号中查找超过设定检波门限的多次对面罐壁回波的过程包括以下步骤：步骤1，对对面罐壁回波信号进行处理得到回波包络信号，并确定超声波脉冲信号的发射时刻，记为T0，步骤2，将对面罐壁回波包络信号与设定的检波门限进行比较，确定回波包络信号中从T0时刻后第一个超过检波门限的回波上升沿的时刻T1，并记T0时刻与T1时刻之间的间隔时间为ΔT；步骤3，在距离T1时刻位置n倍ΔT的后续...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈颖，曹可劲，梁桃英，
申请(专利权)人：武汉海创鑫科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42