[发明专利]一种细长直管型超声波液位测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种超声波液位测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将液位测量装置竖直固定于现有智能闸的机械本体上，其中所述液位测量装置包括内表面光滑的测量管，此测量管的顶部敞口中间位置处固定有收发一体的超声波换能器，所述测量管上还设有过滤口，所述超声波换能器与CPU控制板相连，所述测量管的内径小于25mm；

S2：获取换能器底面与测量管内部底面间的实际距离D；

S3：向测量管中加一定量水，并用测量尺测量测量管内的实际液位高度d₀；

S4：超声波换能器发射超声波信号并采集回波信号，并对回波信号进行处理，计算得到换能器底面与液面间的距离d，进而获得液位测量装置测量得到的测量液位高度H＝D-d；

S5：校正液位测量装置：运用公式d’＝H-d₀，得到实际液位高度与测量液位高度之间的差值d’，以此作为误差修正参数输入到CPU主控面板中；

S6：校正完毕，对重复步骤S4同时根据误差修正参数对实际水位进行测量；

步骤S4中所述超声波换能器发射超声波信号并采集回波信号，并对回波信号进行处理，具体包括：

a.第一次发射超声波信号并将发射信号的时刻记为时间起点，将比较器输出高电平的时刻记为T，然后确定滞后时间T₀并确保收到超声波回波信号的初始时间点在区间(T-T₀，T)范围内；

b.第二次发射超声波信号并重新以发射此信号的时刻记为时间起点，然后对(T-T₀，T)时间区间内的回波信号以7或8倍于所发送超声波频率的采样频率进行采集；

c.对步骤b中采集的信号进行希尔伯特变换，获得所采集信号的包络曲线；

d.对步骤c中获得的包络曲线进行平滑滤波处理；

e.对经过步骤d处理后的信号进行求导，以获取步骤b中所采集的所有回波信号的极大值点，并计算各个极大值点对应的斜率；

f.对步骤e中获得的所有斜率求平均值并记为k_aver，以n*k_aver为阈值，其中n＝1.1～1.3，在步骤e获得的所有斜率中筛选出大于此阈值的斜率，并在筛选出的斜率中选取相对应的最早接收到的极大值点，以此极值点的位置点为起点对步骤b中采集的信号进行过零检测，将最接近此极值点所在位置点的过零点作为搜索点；

g.利用方差比较法，以步骤f中的搜索点为起点，搜索步骤b中采集到的信号中的起始点，记录此起始点出现的时间点，即为发射信号与此回波信号起始点的时间差ΔT；

h.根据温度传感器测得的温度t，利用公式对声速进行校正，最后通过公式计算出距离换能器底面与液面间的距离d。