專利名稱：一種利用超聲波檢測(cè)容器定點(diǎn)液位的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用超聲波檢測(cè)容器定點(diǎn)液位的方法。
背景技術(shù)：
在許多工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，密閉容器或壓力容器內(nèi)部液位的高低位指示與報(bào)警對(duì)于生產(chǎn)運(yùn)行的控制和生產(chǎn)的安全具有十分重要的意義。由于容器工作條件的特殊性，非介入式檢測(cè)方法，因其安裝方便、不承壓、無(wú)污染、無(wú)腐蝕，易做成防爆結(jié)構(gòu)而受到用戶歡迎。尤其對(duì)于盛裝高壓、易燃易爆和強(qiáng)腐蝕性液體的容器，往往非介入式是首選的方法，甚至在一些高壓容器中，出于結(jié)構(gòu)的安全角度考慮和有關(guān)安全規(guī)范的規(guī)定，不允許在這些容器中增開設(shè)備安裝孔。由于現(xiàn)有的同類檢測(cè)方法所采用的檢測(cè)裝置安裝麻煩、可靠性差而影響了該檢測(cè)方法的推廣應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明所述方法的應(yīng)用示意圖。
圖2是液位達(dá)到或高于控制點(diǎn)的余振及余振信號(hào)波形圖。
圖3是液位低于控制點(diǎn)的余振及余振信號(hào)波形圖。
圖4是本發(fā)明所用裝置的一種實(shí)施例的示意框圖。
圖5是本發(fā)明所用裝置的第二種實(shí)施例的示意框圖。
圖6是液位達(dá)到或高于控制點(diǎn)時(shí)余振信號(hào)包絡(luò)波及比較器輸出方波的波形圖。
圖7是液位低于控制點(diǎn)時(shí)余振信號(hào)包絡(luò)波及比較器輸出方波的波形圖。
圖8是液位達(dá)到或高于控制點(diǎn)時(shí)余振信號(hào)包絡(luò)波的積分輸出(上圖)與比較器輸出(下圖)關(guān)系的示意圖。
圖9是液位低于控制點(diǎn)時(shí)余振信號(hào)包絡(luò)波的積分輸出(上圖)與比較器輸出(下圖)關(guān)系的示意圖。
由于傳感器性能的老化、耦合劑的揮發(fā)、容器外壁鋼板的腐蝕等因素都會(huì)隨著時(shí)間而變化，進(jìn)而影響余振信號(hào)衰減特征值和裝置長(zhǎng)期工作的可靠性，為了避免可能產(chǎn)生的誤判，建議將一段時(shí)間內(nèi)測(cè)量得到的特征值與歷史標(biāo)準(zhǔn)特征值進(jìn)行加權(quán)平均，以得到修正后的新標(biāo)準(zhǔn)特征值，即
KeNEW＝K2·Ke+K3·KeOLDTeNEW＝K2·Te+K3·TeOLDKfNEW＝K2·Kf+K3·KfOLDTfNEW＝K2·Tf+K3·KfOLD其中Te、Ke為近期測(cè)得的空罐時(shí)相應(yīng)特征值，Kf、Tf為近期測(cè)得的滿罐時(shí)相應(yīng)特征值，K2、K3為加權(quán)系數(shù)，K2＝0.05～0.10，K3＝0.90～0.95，KeOLD、TeOLD、KfOLD為相應(yīng)歷史標(biāo)準(zhǔn)特征值。
將實(shí)際測(cè)得的余振信號(hào)持續(xù)時(shí)間以及衰減速度與預(yù)先整定好的新特征值進(jìn)行比較，即通過(guò)對(duì)參量的自動(dòng)跟蹤修正，排除因老化、揮發(fā)和腐蝕等因素對(duì)特征值的影響。本發(fā)明所應(yīng)用的裝置(見圖1、圖4和圖5)可包括超聲波傳感器1、發(fā)射電路2、接收放大電路3、檢波電路4、積分器4′(僅實(shí)施例一有)、電平比較電路5、單片機(jī)電路6、存儲(chǔ)器7、報(bào)警指示電路8以及遠(yuǎn)程通信電路9等部分。由于各部分本身屬現(xiàn)有技術(shù)中的較典型的電路，故對(duì)各電路本身不作進(jìn)一步贅述。各部分的功能如下發(fā)射電路2的作用是在單片機(jī)電路6的控制下，產(chǎn)生高頻脈沖信號(hào)，激勵(lì)超聲波傳感器1。超聲波傳感器1的作用是在發(fā)射電壓的激勵(lì)下產(chǎn)生高頻脈沖超聲波并耦合到容器的外壁上，與此同時(shí)，傳感器1還將接收容器外壁鋼板中的超聲波余振信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并饋入接收放大器電路3。
放大電路3的作用是將微弱的余振信號(hào)放大，以提高測(cè)時(shí)范圍，從而提高測(cè)時(shí)的可靠性。
檢波電路4的作用是將放大后的余振信號(hào)整定成單極性信號(hào)，并濾除高頻分量，從而得到余振信號(hào)的正半邊包絡(luò)波(見圖6、圖7，二圖從上至下分別表示檢波輸出、比較器1輸出和比較器2輸出)。
比較電路5的作用是根據(jù)事先設(shè)置好的比較電平將包絡(luò)信號(hào)整成兩個(gè)方波信號(hào)(見圖6、圖7)，方波V1的寬度為T1，對(duì)應(yīng)于余振信號(hào)衰減為飽和幅度的90％的時(shí)間。方波V2的寬度為T2，對(duì)應(yīng)于余振信號(hào)衰減為飽和幅度的10％的時(shí)間，并由單片機(jī)測(cè)量出T1和T2的大小。
單片機(jī)6作為智能部件，其作用是1.控制定時(shí)進(jìn)行超聲波的的發(fā)射；2.測(cè)量余振信號(hào)的衰減時(shí)間T1和T2并計(jì)算出T＝(T1+T2)/2，K＝(T2-T1)/T，由此對(duì)容器的液位進(jìn)行判斷。當(dāng)T≥Te，且K≥Ke時(shí)，可判定此液位低于控制點(diǎn)；反之，若T≤Tf且K≤Kf時(shí)，則可判定液位11達(dá)到或超過(guò)控制點(diǎn)，其中，Te、Ke為液位低于控制點(diǎn)時(shí)衰減時(shí)間的特征值，Tf、Kf則為液位11達(dá)到或高于控制點(diǎn)時(shí)衰減時(shí)間的特征值。其它情況下，則保持當(dāng)前的指示與報(bào)警狀態(tài)不變。3.控制報(bào)警指示電路8和繼電器輸出信號(hào)；4.遠(yuǎn)程通信管理，以便及時(shí)將設(shè)備的工況信息傳給系統(tǒng)控制中心；5.進(jìn)行實(shí)測(cè)對(duì)象余振信號(hào)特征值的自動(dòng)整定和自適應(yīng)跟蹤，并及時(shí)將系統(tǒng)新的特征值保存到存儲(chǔ)器7中，作為后面檢測(cè)判斷的依據(jù)。
存儲(chǔ)器7的作用是存放不同工況(有液位和無(wú)液位)下的余振信號(hào)衰減時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)特征值。
積分器4′(見圖4，僅實(shí)施例一有)的作用是對(duì)余振信號(hào)的包絡(luò)波進(jìn)行積分，各種工況下積分器4′的輸出與包絡(luò)波的關(guān)系可參見圖6～圖9，積分器4′的輸出送給比較器，并與事先整定好的特征值進(jìn)行比較，以確定液位是否達(dá)到控制點(diǎn)。圖4所示其余各部分的作用與圖5(實(shí)施例二)相同。
權(quán)利要求
1.一種利用超聲波檢測(cè)容器定點(diǎn)液位的方法，其特征是1.1利用耦合在容器外壁的超聲波傳感器經(jīng)容器壁向容器內(nèi)發(fā)射高頻脈沖超聲波；1.2用超聲波傳感器檢測(cè)容器壁中的超聲波余振能量，即測(cè)出余振能量的變化；1.3將實(shí)際測(cè)得的余振能量的信號(hào)以及衰減特征與預(yù)先整定好的余振能量信號(hào)特征值進(jìn)行比較，以確定容器內(nèi)液位是否達(dá)到控制點(diǎn)；1.3.1當(dāng)測(cè)得余振能量信號(hào)持續(xù)時(shí)間短，余振能量信號(hào)衰減快，即液位達(dá)到或超過(guò)測(cè)量控制點(diǎn)；1.3.2當(dāng)測(cè)得余振能量信號(hào)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，余振能量信號(hào)衰減慢，即液位低于測(cè)量控制點(diǎn)；1.4根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果向相關(guān)設(shè)備或操控人員發(fā)出指令或報(bào)警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是2.1用超聲波傳感器檢測(cè)容器壁中的超聲波余振信號(hào)持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短；2.2將實(shí)際測(cè)得的余振信號(hào)持續(xù)時(shí)間以及衰減速度與預(yù)先整定好的標(biāo)準(zhǔn)特征值進(jìn)行比較，以確定容器內(nèi)液位是否達(dá)到控制點(diǎn)；2.2.1當(dāng)測(cè)得余振持續(xù)時(shí)間短，余振信號(hào)衰減快，T≤Tf，K≤Kf，即液位達(dá)到或超過(guò)測(cè)量控制點(diǎn)；2.2.2當(dāng)測(cè)得余振持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，余振信號(hào)衰減慢，T≥Te，K≥Ke，即液位低于測(cè)量控制點(diǎn)；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是按以下步驟整定各該容器的標(biāo)準(zhǔn)特征值3.1多次測(cè)量容器滿罐時(shí)的特征值Tfi和Kfi以及空罐時(shí)的特征值Tei和Kei，其中，Tfi、Kfi為液位達(dá)到或高于控制點(diǎn)時(shí)的衰減時(shí)間特征值；Tei、Kei為液位低于控制點(diǎn)時(shí)的衰減時(shí)間特征值，i＝1，2，…，n；3.2按下式取平均值并作為標(biāo)準(zhǔn)特征值Tf＝K0(∑Tfi)/nKf＝K0(∑Kfi)/nTe＝K1(∑Tei)/nKe＝K1(∑Kei)/nn≤100，K0＝1.10～1.30，K1＝0.75～0.95。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征是4.1將一段時(shí)間內(nèi)測(cè)量得到的特征值與歷史標(biāo)準(zhǔn)特征值進(jìn)行加權(quán)平均，以得到修正后的新標(biāo)準(zhǔn)特征值，即KeNEW＝K2·Ke+K3·KeOLDTeNEW＝K2·Te+K3·TeOLDKfNEW＝K2·Kf+K3·KfOLDTfNEW＝K2·Tf+K3·KfOLD其中Te、Ke為近期測(cè)得的空罐時(shí)相應(yīng)特征值，Kf、Tf為近期測(cè)得的滿罐時(shí)相應(yīng)特征值，K2、K3為加權(quán)系數(shù)，K2＝0.05-0.10，K3＝0.90-0.95，KeOLD、TeOLD、KfOLD為相應(yīng)歷史標(biāo)準(zhǔn)特征值。4.2以修正后的新特征值取代歷史特征值，以排除因老化、揮發(fā)和腐蝕等因素對(duì)特征值的影響。
全文摘要
一種利用超聲波檢測(cè)容器定點(diǎn)液位的方法,其特征是:1.1利用耦合在容器外壁的超聲波傳感器經(jīng)容器壁向容器內(nèi)發(fā)射高頻脈沖超聲波;1.2用超聲波傳感器檢測(cè)容器壁中的超聲波余振能量,即測(cè)出余振能量的變化;1.3將實(shí)際測(cè)得的余振能量的信號(hào)以及衰減特征與預(yù)先整定好的余振能量信號(hào)特征值進(jìn)行比較,以確定容器內(nèi)液位是否達(dá)到控制點(diǎn);1.3.1當(dāng)測(cè)得余振能量信號(hào)持續(xù)時(shí)間短,余振能量信號(hào)衰減快,即液位達(dá)到或超過(guò)測(cè)量控制點(diǎn);1.3.2當(dāng)測(cè)得余振能量信號(hào)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),余振能量信號(hào)衰減慢,即液位低于測(cè)量控制點(diǎn);1.4根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果向相關(guān)設(shè)備或操控人員發(fā)出指令或報(bào)警。
文檔編號(hào)G01F23/296GK1348091SQ0113368
公開日2002年5月8日 申請(qǐng)日期2001年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月19日
發(fā)明者馬志敏 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)