Принцип измерения ультразвукового расстояния и высокой системы измерения жидкости жидкости

Ультразвуковое измерение расстояниядатчикимеет ряд преимуществ, но есть много факторов, которые влияют на точность измерения, поэтому трудно достичь более высокой точности. На основании принципа измерения ультразвукового расстояния, температуры и компенсации влажностиультразвукового преобразователяявляется одиноким, что не может пройти высокую измерение расстояния в изменчивой и суровой среде, а также стандартную программу компенсации перегородков для двойных ультразвуковых преобразователей.Стоимость высока и не может быть широко применена к дефектам в различных областях. Одна стандартная схема компенсации перегородкиизpIezoelectric uLtrasonicsЭнсорразработан, который использует рулевую передачу для управления направлением ультразвукового преобразователя. В ответ на требование о том, что первый фронт Echo не может быть точно захвачен, предлагается программируемый усилитель усиления для захвата возврата фронта эха на разных расстояниях. Экспериментальные результаты показывают, что в диапазоне 7 М, когда воздух используется в качестве среды распространения, а отражающая поверхность - это вода с хорошими свойствами выбросов, ошибка измерения контролируется в пределах 0,4%. Этот улучшенный метод может достичь низкой стоимости в суровой и изменчивой среде.

введение

В настоящее время существует множество методов измерения уровня жидкости, таких как измерение уровня плавания, измерение уровня входного давления, измерение уровня микроволнового радара, измерение инфракрасного уровня, измерение уровня лазерного уровня и измерение ультразвукового уровня. Среди них датчик давленияявляетсяпредставлено измерением контакта,которыйбудет загрязнен при использовании в сценах, таких как тяжелый отложения, а затем вызовет большие ошибки. Для бесконтактных систем измерение уровня жидкости микроволнового радара технически сложно и дорого; Измерение уровня инфракрасной жидкости содержит низкую стоимость и легко внедрение, но имеет плохую направленность и низкую точность; В то время как измерение уровня ультразвуковой жидкости может быть выполнено безcвключение поверхности жидкости,которыйизбегает влияния загрязнения жидкости и коррозии на измерительное оборудование,Этоне подлежит свету, дыму, электромагнитному вмешательству и имеет преимущества высокого разрешения, простой системы, удобной установки и низкой стоимости.

Методы ультразвукового эпоха в основном включают метод обнаружения фазы, метод обнаружения амплитуды акустической волны и метод обнаружения времени транзита. Хотя метод обнаружения фазы имеет высокую точность, диапазон измерений ограничен, поэтому он менее применяется; Метод обнаружения амплитуды акустической волны имеет низкую точность и легко влияет на отраженные волны; Хотя метод транзита находится между первыми двумя методами, с более высокой точностью и измерением он имеет широкий диапазон и широко используется.

В практических приложениях проектирование системы дальности оказывает большое влияние на точность дальности. Следовательно, анализ принципа работы и процесса ультразвукового эпоха, улучшение методов и методов дальности и повышение точности ультразвукового эпохапреобразовательпривлекла все больше и больше внимания. В соответствии с конкретной средой системы дальности, метод повышения точности немного отличается. Эта статья фокусируется на уменьшении влияния внешней среды, выбор ультразвуковогодатчик естьв сочетании с реализацией конкретной системы, чтобы повысить точность измерения ультразвукового уровня.

ПринципuLtrasonicrугол

Ультразвуковые волны, используемые для измерения расстояния, обычно генерируются пьезоэлектрическим эффектом пьезоэлектрической керамики. Этот пьезоэлектрический керамический датчик имеет две пьезоэлектрические пластины и резонансную пластину. Когда частота двухуровневого внешнего импульсного сигнала равна внутренней пьезоэлектрической пластине на частоте колебаний, пьезоэлектрическая пластина будет резонировать и привести к резонансной пластине, чтобы вибрировать, тем самым генерируя ультразвуковые волны; Когда резонансная пластина получает ультразвуковые волны, она будет нажимать на пьезоэлектрическую пластину, чтобы вибрировать и преобразовать механическую энергию в электрические сигналы.

Принцип ультразвукового эпохапреобразовательПоказано. Используя известную скорость распространения v из ультразвуковых волн в воздухе, ультразвуковой датчик излучает ультразвуковые волны вертикально к поверхности жидко Время распространения t регистрируется, то есть со времени передачи ультразвукового сигнала до получения сигнала ультразвукового эха, расстояния между преобразователем и уровнем жидкости L = 0,5 Вт, а затем фактический уровень жидкости равен:

S = H-L = H-0,5VT (1)

Влияние коэффициентов измерения и решений

Согласно формуле (1), основными факторами, которые влияют на точность ультразвукового диапазона, являются скорость ультразвукового распространения и время ультразвукового распространения. Кроме того, существуют ультразвуковые частоты, которые влияют на диапазон измерений и точность. Здесь время распространения не изучается и не обсуждается, только ошибки в двух других аспектах изучаются и проанализированы, и предлагаются разумные решения.

Ультразвуковая скорость распространения

Большая часть литературы предлагает использовать метод коррекции температуры для компенсации скорости звука, а формула скорости распространения составляет v = 331,5+0,607t, где t - температура (℃). Затем был предложен метод двойной компенсации температуры и влажности, а формула скорости распространения:

Среди них PW является парциальным давлением водяного пара, P является атмосферным давлением, T0 - абсолютная температура, T - измеренная температура воздуха, а V - скорость ультразвуковой волны после компенсации. Автор считает, что фактический воздух не полностью высохнет, а средняя молярная масса и удельное отношение тепла воздуха корректируются. Хотя этот метод учитывает влияние влажности на скорость звука, скорость распространения также связана со средой распространения, скоростью ветра и давлением в реальных условиях окружающей среды. Другие факторы связаны, поэтому результаты измерения по -прежнему имеют большие ошибки.

Основываясь на влиянии среды на скорость распространения, в некоторой литературе предлагается метод измерения. Принцип состоит в том, чтобы использовать двухканальный метод. Один канал используется для измерения скорости ультразвукового распространения. Стандартная перегородка с известным расстоянием находится перед ультразвуковым преобразователем. ИзмерениепоступокРазница во времени ультразвуковой волны, достигающей перегородки, для расчета скорости распространения ультразвуковой волны в окружающей среде; Другой канал по -прежнему измеряет расстояние в соответствии с нормальным методом измерения. Следовательно, представлен стандартный метод установки перегородки. Этот метод может достичь более высокого измерения точности и адаптироваться к различным сложным средам. Тем не менее, существуют строгие требования для установки стандартных перегородок. Следовательно, соответствующий расчет двойной.tКарта позиции установки ультразвукового преобразователя сложна, и неопределенность фактической среды может привести к тому, что ультразвуковая волна достигает перегородки для получения бесполезных ультразвуковых волн через множественные отражения, что влияет на точность измерения. Следовательно, предлагается двойной ультразвуковой датчик.Один используется для измерения скорости распространения, а другой используется для измерения времени распространения, не затрагивая друг друга. Хотя этот метод снижает вычислительную сложность, устраняет бесполезные ультразвуковые волны и повышает точность измерения, стоимость двух преобразователей относительно велика, что не способствует популяризации.

На основе вышеуказанных исследований и анализа, в этой статье предлагается метод использования рулевого механизма для контроля направления одного ультразвукового преобразователя, который не только учитывает факторы, влияющие на скорость распространения, но также снижает стоимость, которая полезна, что полезно к популяризации в различных областях. Стандартная перегородка расположена вертикально и помещается на ту же горизонтальную линию, что и ультразвуковой датчик. Расстояние между ними фиксируется и больше, чем слепая зона ультразвукового преобразователя; Рулевая передача управляет ультразвуковым преобразователем в направлении, микрокомпьютер с одним чипсом посылает инструкции по тому, чтобы управлять рулевой передачей управляла датчиком вертикально поверхности жидко °, столкнуться с стандартной перегородкой вертикально и отправьте ультразвуковые волны, чтобы измерить скорость распространения.

Ультразвуковая частота

Волновое уравнение ультразвукового распространения в воздухе, где a - это амплитуда, полученная ультразвуковым преобразователем, A0 - это начальная амплитуда, излучаемая ультразвуковым преобразователем, x - расстояние распространения ультразвуковой волны, ω - угловая частота ультразвуковой Волна, а T - время размножения ультразвуковой волны, λ - длина волны ультразвука, α - коэффициент ослабления ультразвука, формула составляет α = BF2, где B является диэлектрической постоянной, а F - частота ультразвука.

Согласно уравнению (3), можно видеть, что когда расстояние распространения ультразвуковых волн в воздухе достигает 0,5α, амплитуда ультразвуковых волн ослаблена до 1/E оригинала. Чем выше ультразвуковая частота, тем более серьезным затуханием и чем меньше обнаруживаемый диапазон расстояний, но тем меньше угол распределения испускаемой ультразвуковой волны, тем то, что более тонкий луча и тем лучше направленность.

Предлагает использование формы двойного компаратора для определения переднего края эха, но из -за неопределенности фактической среды измерения два пороговых значения компаратора могут быть установлены слишком малы или слишком большие, что приводит к снижению точности измерения. Основываясь на этом, в этой статье предлагается использовать программируемый усилитель усиления PGA112, чтобы повысить точность захвата переднего края первого эха за счет множественных коррекций усиления.

Программный дизайн

3.1 Идеи дизайна программы и связанные с ними внимания внимания

Для достижения высокого измерения уровня жидкости, работа, которая будет выполнена программным обеспечением:

(1) генерировать ультразвук 40 кГц;

(2) измерение времени распространения ультразвуковых волн;

(3) управлять рулевым управлением рулевого управления для управления направлением передачи и получения концов ультразвукового преобразователя;

(4) измерьте скорость распространения ультразвуковых волн;

(5) выберите соответствующую ультразвуковую частоту в качестве испытательного объекта в соответствии с расстоянием;

(6) Рассчитайте высоту уровня жидкости и выполните соответствующие действия, такие как дисплей данных. Пульсная поезда 40 кГц устройства генерируется программным обеспечением; Измерение времени распространения и скорости ультразвуковой волны и управления рулевым управлением рулевого управления завершаются временем/счетчиком одно Chip Microcomputer.

При написании системы System рассмотрите аппаратное соединение, но также рассмотрите возможность установления пространства хранения, использования регистров и внешних штифтов прерывания. Кроме того, из-за наличия послебранной и преломленной волновой дифракции требуется период времени, чтобы получить эхо после окончания передачи ультразвуковых волн для соответствующей обработки.

Основная программа

Система принимает модульное программирование, включая основной программный модуль, модуль измерения времени распространения ультразвукового распространения, модуль рулевого управления рулевым механизмом, модуль измерения скорости ультразвукового распространения, модуль расчета уровня жидкости, дисплей данных и другие соответствующиеuLtrasonic Module Датчик расстоянияАнкет После того, как система будет инициализирована, используйте оператор WHILE (1) для достижения следующего бесконечного цикла: сначала вызовите модуль измерения времени распространения ультразвукового распространения и в то же время передавать ультразвуковую Внешнее прерывание. Задержка 1 мс, затем включите внешнее прерывание и дождитесь эхо. Когда обнаруживается эхо, остановите таймер во внешней программе прерывания, сохраните значение таймера, а флаг регистрации Echo установлен на 1. Затем вызовите модуль рулевого управления рулевого механизма, включите счетчик, чтобы начать время, и управляющее положение 1, когда ширина импульса превышает 2,5 мс, управляющее положение 0; Когда количество достигает 3 мс, счетчик очищается, чтобы сделать рулевую передачу на 90 °. Затем вызовите модуль измерения скорости ультразвукового распространения и рассчитайте скорость звука через фиксированное расстояние от стандартной перегородки. В модуле рулевого управления рулевого управления установите ширину импульса на 1,5 мс, чтобы рулевая передача повернулась до 0 °. Наконец, микроконтроллер вызывает программу расчета уровня жидкости и выполняет соответствующие действия, такие как отображение данных.

Экспериментальные результаты и анализ

Эта система укрепляет программное обеспечение на одно Chip-микрокомпьютере STC12C5A60S2. Чтобы проверить эффект измерения измерения ультразвуковой системы измерения уровня жидкости, резервуар для воды с относительно стабильной скоростью потока был выбран на открытом воздухе для измерения, и уровень воды был изменен путем управления клапаном. Система была установлена ​​на 7 м от нижней части резервуара. Метод принятия среднего из 3 измерений принят для уменьшения случайной ошибки системы.

Результаты измеренияизuLtrasonic Distance Transducer сравниваются с данными измерения измерения водоснабжения, как показано в таблице 1. В соответствии с экспериментальным анализом измерений и ошибок, система имеет слепую зону измерения 30 мм, а ошибка измерения в основном контролируется на 0,4%, достигая высокого уровня , которые могут удовлетворить потребности измерения в промышленном и сельскохозяйственном производстве.

Заключительные замечания

В системе измерения уровня ультразвуковой жидкости, основанной на полном анализе причинuLTRASONIC TRANSDUCER Датчик, для измерения скорости ультразвукового распространения, в соответствии с влиянием факторов окружающей среды и рассмотрения вопросов затрат, предлагается использовать рулевое снаряжение для контроля направления ультразвукового преобразователя для достижения метода коррекции компенсации переговоров, который экономит затраты. , упрощает дизайн и полностью рассматривает факторы воздействия на окружающую среду, является методом и техническими средствами, которые не упоминались в соответствующей литературе по измерению уровня жидкости. Для точного захвата первого переднего края Ultrasonic Echo используется программируемый метод усиления для улучшения захвата первого переднего края Echo, тем самым повышая точность эпохи. В промышленных и сельскохозяйственных применениях с темой энергосбережения, защиты окружающей среды и простоты этот улучшенный метод стал новой идеей для измерения ультразвукового уровня с его уникальными преимуществами.