超聲波液位計自動校正液位的探討  三十一

6.3 實驗總結

從以上的誤差分析和實驗數據分析可知，動態自校正超聲波液位測量系統用于液位測量時：(1) 能比較廣泛地適用被測液體的物性條件，特別是能適用超聲速度隨介質、溫度等等變化的情況，因為自校正測量中不需要預設速度或速度變化規律(除了很低的液位)；(2) 測量精度高，該系統測量1.5 米液位的絕對誤差小于1mm，當測量液位超過50mm 時，相對誤差小于0.5%。(3) 測量裝置安全可靠性好，具有防爆防腐性能；(4) 具備遠距離傳輸功能。

7 總結與展望

本文以動態變化的液位測量為目標，論述了超聲物理基礎和聲學基礎，超聲的衰減特性和反射特性等內容；探討了高頻窄脈沖超聲技術，分析了現有液介式超聲液位測量各種測量方式的優缺點，并在此基礎上采用了高頻超聲波進行液位測量；對超聲換能器理論和技術基礎做了深入的研究和了解，對液介式聲速起伏的克服辦法進行了研究，分析了波導管技術，并設計了超聲波探頭和波導管裝置實現了聲速校正；設計了超聲信號接收放大、濾波等調理電路，為獲取真實的超聲回波信號提供了支持。研究了高速數據采集的超聲波波形識別技術，提出“前尋后找”的一次回波辨識方法。所設計的儀器系統實現了在1500mm 的測量范圍下小盲區(5mm)和高精度(絕對誤差<1mm)測量。

本文采用的總體方案設計被實踐檢驗是比較成功的，但從實驗驗證中也發現了一些不足。比如說，由于計算量較大，因此計算出液面高度的時間花費相對較多還不能做到瞬時獲得液位高度。對此的解決方案可以考慮對模擬電路和數字電路進行改進，并采用新的算法。總的來說，對超聲波液位測量系統的可以進行的改進主要包括：在模擬電路中增加波形識別的電路功能，獲取回波的包絡線以減少數字電路識別波形的計算量；提高采樣頻率，對于2.5MHz 的換能器，建議采樣頻率提高的30～40MHz，這樣能夠更好的識別回波波形，當然如果模擬電路中已經增加了波形識別功能，那么采樣頻率可以不變；增加數字處理器(DSP)用于進一步完成回波辨識和液位計算的功能；將8254 觸發激勵脈沖的功能集成到FPGA 電路中，同時FPGA能夠很快的完成濾波算法速度上超越DSP 的計算速度。對于測量方法而言，如果能

夠達到合適的信噪比，那么采用無損檢測中的導波傳播技術將獲得更好的液位測量效果，例如可將導管(或聲波導桿)做的更細，使測量系統的體積大為縮小；由于金屬導管(或導桿)的導熱性極佳可以更好的避免溫度產生的溫度梯度影響；由于聲波在導管(或導桿)中傳播，所以可以將導管(或導桿)設計成彎曲形狀甚至能夠滿足探測管道的液位要求。

到目前為止，自校準超聲波油位測量系統得主要特點在于提出了聲速自校準思路和高速數據采集法識別回波，為對液位進一步的實時測量和控制提供了一種比較可靠的手段。以上問題值得在進一步的工作中繼續深入和完善。

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