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超声波液位计的设计与实现

导读: 本文重点阐述了在利用超声波检测中为提高测量精度以及减小测量盲区所采取的软、硬件措施。

  1超声波原理

  超声波在空气中的传播速度为340m/s,因此,如果能测出超声波在空气中的传播时间,就能算出其传播的距离。超声波测量液位,就是通过测定超声波传播的时间间隙来测出声波传送的距离。具体方法:见图1。由安装于被测容器顶部的超声波探头向液面发射一束超声波,声波被液面反射后,由探头接收。控制器测得传播时间t,根据声速v,即可得出液面至探头的空间距离L。在已经探头至容器底部距离,即安装高度H的前提下,可得出容器内的液位高度h。计算公式为:

  H=H-L其中L=v•t/2

  另外,由于空气温度对声速有一定的影响,所以还应测出环境空气温度T,以修正声速。公式为:

  v=331.46 0.61•T(℃)

  2超声波液位计的主要电路

  超声波液位计由超声波探头,发射控制与接收处理电路,控制器和显示等部分组成。其硬件结构框图如图2所示。收发及换能器探头由压电式换能器、收发器及温度补偿电路组成;收发器包括发射控制与接收处理电路,主要由超声波发射脉宽控制、回波信号检波、比较、微分、整形等信号处理电路组成;显示电路采用74LS164和LED组成,完成系统参数及液位高度的显示;控制器是以80C552单片微机组成的应用系统,主要完成按键的扫描处理,超声波的发射控制,接收回波时间的计算,以及液位的换算等。本文重点介绍为了提高测量精度及减小测量盲区对超声波回波检测所采取的软硬件措施。电路如图3所示。

  当超声波发射时,发射波或接收的回波皆可经接收回路将信号由In端输入,通过检波、放大、比较、微分,在D触发器的R端形成尖脉冲。该脉冲信号经D触发器整形得到一个下跳变的窄脉冲,送到80C552的INT端。通过20C552的中断系统记录每次中断时刻,根据相邻两次中断的时间间隔,也就知道了从发射至接收到回波这段时间,即超声波来回传播的时间,从而可以计算出传播的距离。

 

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