超聲波液位計(jì)自動(dòng)校正液位的探討 三十一
6.3 實(shí)驗(yàn)總結(jié)
從以上的誤差分析和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，動(dòng)態(tài)自校正超聲波液位測(cè)量系統(tǒng)用于液位測(cè)量時(shí)：(1) 能比較廣泛地適用被測(cè)液體的物性條件，特別是能適用超聲速度隨介質(zhì)、溫度等等變化的情況，因?yàn)樽孕Ｕ郎y(cè)量中不需要預(yù)設(shè)速度或速度變化規(guī)律(除了很低的液位)；(2) 測(cè)量精度高，該系統(tǒng)測(cè)量1.5 米液位的絕對(duì)誤差小于1mm，當(dāng)測(cè)量液位超過(guò)50mm 時(shí)，相對(duì)誤差小于0.5%。(3) 測(cè)量裝置安全可靠性好，具有防爆防腐性能；(4) 具備遠(yuǎn)距離傳輸功能。
7 總結(jié)與展望
本文以動(dòng)態(tài)變化的液位測(cè)量為目標(biāo)，論述了超聲物理基礎(chǔ)和聲學(xué)基礎(chǔ)，超聲的衰減特性和反射特性等內(nèi)容；探討了高頻窄脈沖超聲技術(shù)，分析了現(xiàn)有液介式超聲液位測(cè)量各種測(cè)量方式的優(yōu)缺點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上采用了高頻超聲波進(jìn)行液位測(cè)量；對(duì)超聲換能器理論和技術(shù)基礎(chǔ)做了深入的研究和了解，對(duì)液介式聲速起伏的克服辦法進(jìn)行了研究，分析了波導(dǎo)管技術(shù)，并設(shè)計(jì)了超聲波探頭和波導(dǎo)管裝置實(shí)現(xiàn)了聲速校正；設(shè)計(jì)了超聲信號(hào)接收放大、濾波等調(diào)理電路，為獲取真實(shí)的超聲回波信號(hào)提供了支持。研究了高速數(shù)據(jù)采集的超聲波波形識(shí)別技術(shù)，提出“前尋后找”的一次回波辨識(shí)方法。所設(shè)計(jì)的儀器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在1500mm 的測(cè)量范圍下小盲區(qū)(5mm)和高精度(絕對(duì)誤差<1mm)測(cè)量。
本文采用的總體方案設(shè)計(jì)被實(shí)踐檢驗(yàn)是比較成功的，但從實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中也發(fā)現(xiàn)了一些不足。比如說(shuō)，由于計(jì)算量較大，因此計(jì)算出液面高度的時(shí)間花費(fèi)相對(duì)較多還不能做到瞬時(shí)獲得液位高度。對(duì)此的解決方案可以考慮對(duì)模擬電路和數(shù)字電路進(jìn)行改進(jìn)，并采用新的算法。總的來(lái)說(shuō)，對(duì)超聲波液位測(cè)量系統(tǒng)的可以進(jìn)行的改進(jìn)主要包括：在模擬電路中增加波形識(shí)別的電路功能，獲取回波的包絡(luò)線以減少數(shù)字電路識(shí)別波形的計(jì)算量；提高采樣頻率，對(duì)于2.5MHz 的換能器，建議采樣頻率提高的30～40MHz，這樣能夠更好的識(shí)別回波波形，當(dāng)然如果模擬電路中已經(jīng)增加了波形識(shí)別功能，那么采樣頻率可以不變；增加數(shù)字處理器(DSP)用于進(jìn)一步完成回波辨識(shí)和液位計(jì)算的功能；將8254 觸發(fā)激勵(lì)脈沖的功能集成到FPGA 電路中，同時(shí)FPGA能夠很快的完成濾波算法速度上超越DSP 的計(jì)算速度。對(duì)于測(cè)量方法而言，如果能
夠達(dá)到合適的信噪比，那么采用無(wú)損檢測(cè)中的導(dǎo)波傳播技術(shù)將獲得更好的液位測(cè)量效果，例如可將導(dǎo)管(或聲波導(dǎo)桿)做的更細(xì)，使測(cè)量系統(tǒng)的體積大為縮小；由于金屬導(dǎo)管(或?qū)U)的導(dǎo)熱性極佳可以更好的避免溫度產(chǎn)生的溫度梯度影響；由于聲波在導(dǎo)管(或?qū)U)中傳播，所以可以將導(dǎo)管(或?qū)U)設(shè)計(jì)成彎曲形狀甚至能夠滿足探測(cè)管道的液位要求。
到目前為止，自校準(zhǔn)超聲波油位測(cè)量系統(tǒng)得主要特點(diǎn)在于提出了聲速自校準(zhǔn)思路和高速數(shù)據(jù)采集法識(shí)別回波，為對(duì)液位進(jìn)一步的實(shí)時(shí)測(cè)量和控制提供了一種比較可靠的手段。以上問(wèn)題值得在進(jìn)一步的工作中繼續(xù)深入和完善。
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