超聲波液位計自動校正液位的探討  十六

3.1.1 測量基本方案

超聲液位測量系統一般由三個基本部分組成：傳感器即超聲波換能器，激勵信號發生器，信號處理系統。由激勵信號發生器產生的高壓脈沖信號激勵超聲波換能器產生高頻的超聲波，超聲波經媒質傳到液面，部分超聲能量被反射回接收換能器。

發射信號和回波信號經調理后一同送入信號處理系統中進行采樣、測量、計算等處理。

根據傳超聲媒質的不同，可以分為液介式、氣介式和固介式三類。根據所用換能器的工作方式，又可分為自發自收單換能器方式和一發一收雙換能器方式。相互組合起來，就得到六種基本方案。

3.1.2 基本測量方案比較

(1) 固介質測量方式的缺點

固介式測量方案是使超聲波從探頭發出，沿著傳聲固體傳到油氣分界面，在分界面處聲波能量進入液體中，并在該處產生反射回波。

如果聲波由于反射系數太大而不能傳播到液體中，那么超聲波將沿著傳聲固體一直傳播到固體端面才反射，從而得不到油面回波信號。為做到固液分界面上聲反射系數比較小，需要在固體中傳播特殊的制導波，固介式超聲液位測量原理的另外一個難點是要求超聲波不能從傳聲固體中進入空氣中，但能大量進入液體中，由此在氣液分界面產生反射效果，這需要傳聲固體的聲阻抗率與液體的聲阻抗率相近。而固體密度一般大于液體密度，所以需要采用低速的彎曲波型，以盡量滿足固液聲阻抗率相等。

而不銹鋼之類的傳聲固體密度大于液體密度，所以固介式測量方案往往使用的是彎曲波。彎曲波是一種有限固體中的制導波，是橫波和縱波的組合。

在特定條件下，傳聲固體中的彎曲波的波速 可以做到比液體中的縱波波速低，以盡量滿足式。

而由于固體中的彎曲波產生條件復雜，傳播方式也復雜，隨傳聲固體的材質和邊界條件變化顯著。另外各種波型在傳聲固體中并存，在盡量突出所需的彎曲波型的同時，無法避免其它波型的傳播，這些波型會對液面回波產生強烈干擾，做不到高精度測量。也就是說固介式液位測量的適用范圍更嚴格，反射率難以提高。這也是固介式超聲液位測量使用受限制的原因。

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