一种多功能超声波液位差计的制作方法
一种多功能超声波液位差计的制作方法
【专利摘要】一种多功能超声波液位差计，由液位差计主机和两个超声波探头构成，液位差计主机与超声波探头之间采用数字方式进行通信。同时具有模拟信号输出、数字信号输出和多组开关量信号输出功能模块。超声波探头内部包含有驱动超声波换能器工作的发射驱动电子单元、用于接收回波信号的回波信号处理电子单元及控制两个单元工作的单片机。
【专利说明】一种多功能超声波液位差计
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种超声波液位差计，属于液位测量【技术领域】。
【背景技术】
[0002]超声波液位差计通常应用于污水处理行业中，是利用声波反射原理测量隔污栅前后液位并据此计算液位差值，并将液位差值显示、远传到主控室上位机。图1为公知的超声波液位差计的主机和探头组成结构图。通常超声波液位差计由主机和两个超声波探头构成，超声波探头通过由其引出的电缆与液位差计主机相连，超声波探头内封装有超声波换能器，该换能器为收发合一的单换能器，液位差计主机内包含有驱动超声波换能器发射超声波的换能器驱动电子单元和放大接收回波信号的接收电子单元，两个电子单元由单片机控制工作，单片机控制发射电子单元周期性的驱动超声波换能器，并处理接收电子单元识别出的回波信号，计算出测量数据。超声波探头分别安装于隔污栅前后水面上部，探头向水面发射超声波脉冲并接收反射回波，根据从超声波发射到接收到回波的时间差来计算获得探头至水面的距离，从而确认水位高度。液位差计主机分别控制两个超声波探头的声波信号的发射和回波的识别接收，根据每个探头所测得的回波信号时间差来分别获得隔污栅前后的液位高度，并据此计算二者的差值，测量结果通过LCD液晶显示，并上传到主控室，主控室根据液位差值的高低来控制其他设备进行相应的操作，实现对污水处理的自动控制。
[0003]现有的超声波液位差计，其超声波探头与主机之间传递的信号为模拟信号，即包括驱动超声波探头工作的近千伏的脉冲发射电压及仅毫伏级的回波微弱信号，回波信号通过电缆由液位差计主机接收并进行放大以便能够识别。回波信号容易受到外界电磁干扰而参杂过大的噪声；另外微弱的回波信号通过较长的信号电缆时会产生较大的衰减，使主机对其放大识别比较困难。外界强的电磁干扰噪声也可能淹没微弱的回波信号，造成回波的无法识别或将噪声放大，形成错误的测量值。
实用新型内容
[0004]本实用新型提出了对上述液位差计不足的解决方案，即把用于驱动超声波换能器工作的换能器驱动电子单元、用于接收识别回波信号的接收电子单元及控制两个单元工作的单片机从液位差计主机移至超声波探头内，超声波的发射及接收均在探头内完成，真实的回波信号通过在探头中的接收单元及单片机进行了识别，已获得正确的距离测量值。超声波探头与液位差计主机之间传递的是表示测量数据的数字信号，数字信号允许在很长的电缆中传递而不受干扰，也无衰减之忧，液位差计主机能够得到可靠的检测数据，准确进行液位差值的计算和处理。超声波液位差计主机与探头之间进行数字通信，能够对超声波探头的液位测量进行相应控制并接收测量数据，同时液位差计主机还需对探头内的电子单元供电。
[0005]由于超声波换能器驱动单元及用于接收识别回波信号的接收单元移至超声波探头内，超声波的发射及回波的接收处理均在探头内完成，能够彻底消除由于较长的连接电缆而形成的外界电磁干扰，避免由于较长的连接电缆而衰减回波信号，回波信号能够由置于探头内的单片机有效可靠的识别，形成正确的测量数据。
[0006]同时由于发射单元和回波信号处理单元等部分移至超声波探头内，因此主机内部可以有充分的空间增加一些新的功能，如测量值的上下限报警、多组继电器控制、以及多种协议和接口向上位机远传数字信号，以满足不同现场测量控制的不同需求。这些功能由液位差计内的单片机及相应电路和器件完成。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]下面结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。
[0008]图1是公知的超声波液位差计的主机和超声波探头组成结构示意图
[0009]图2是本实用新型超声波液位差计主机及超声波探头组成结构示意图。
[0010]图3是本实用新型超声波液位差计主机功能框图。
[0011]图4是本实用新型超声波液位差计探头组合结构示意图。
【具体实施方式】
[0012]本文提出I个优选的具体实施例(非限定的)，具体详述如下。
[0013]以下结合【专利附图】
【附图说明】本实用新型的【具体实施方式】。
[0014]如图2所示，整个超声波液位差计由主机及超声波探头构成，主机主要有以下几个功能模块:电源转换、显示模块、单片机系统和信号输出模块，能够对超声波探头的液位测量进行相应控制并接收测量数据，并完成液位差的计算、显示并远传信号至上位机；超声波探头内集成了超声波换能器发射驱动电子单元、用于接收回波信号的回波信号接收电子单元及控制两个单元工作的单片机，用于驱动超声波换能器工作，并接收和识别从液面反射回的有效回波，计算检测距离，并将测量结果以数字信号方式传给液位差计主机。液位差计主机与超声波探头之间由从探头引出的电缆连接，液位差计通过电缆向超声波探头供电并传送控制命令，超声波探头向主机传送表示测量值的数字信号。
[0015]图3为超声波液位差计主机的具体功能框图。整个主机由单片机作为核心部件，控制其他功能模块的工作。外部供电进入主机后经二级滤波，由电压转换模块装换为主机内各电路所需的+5v和-5v等工作电压，单片机通过数字接口与2个超声波探头进行数字通信，探头分别将各自的距离测量值传送给主机上的单片机，单片机根据2个探头的测量数据进行液位差值计算，将隔污栅前后液位值、液位差值分别在LCD液晶上实时显示，同时通过恒流输出模块将4-20mA的电流模拟信号上传给主控室，通过RS485模块向上位机传送包含多个检测数据的数字信号，根据设定的上限、下限值开启或关闭相应的高低位继电器，控制相关设备动作。
[0016]图4为超声波探头的组成结构示意图。超声波换能器安装于探头前端，用于向外发射超声波脉冲，同时接收反射的回波并将回波信号转换为电脉冲。换能器驱动和回波信号接收单元及单片机组成的电子机芯放置在换能器的后部，并通过电缆与液位差计主机相连，将测量值以数字信号方式传送给液位差计主机并接收主机的控制命令，电缆中形成两个回路:供电回路和数字信号传送回路；在探头壳体的内侧放置有金属屏蔽层，用于屏蔽外界可能的电磁干扰。
【权利要求】
1.一种多功能超声波液位差计，由液位差计主机和两个超声波探头构成，其特征是液位差计主机与超声波探头之间采用数字方式进行信号通信，超声波探头内部包含有驱动超声波换能器工作的发射驱动电子单元、用于接收回波信号的回波信号处理电子单元及控制两个单元工作的单片机，超声波探头内部的超声波换能器为收发合一的单换能器。
2.如权利要求1所说的多功能超声波液位差计，其特征是液位差计主机同时具有模拟信号输出、数字信号输出和多组开关量信号输出功能模块。
【文档编号】G01F23/296GK204064398SQ201420258873
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】周航 申请人:大连仪源科技有限公司
【专利摘要】一种多功能超声波液位差计，由液位差计主机和两个超声波探头构成，液位差计主机与超声波探头之间采用数字方式进行通信。同时具有模拟信号输出、数字信号输出和多组开关量信号输出功能模块。超声波探头内部包含有驱动超声波换能器工作的发射驱动电子单元、用于接收回波信号的回波信号处理电子单元及控制两个单元工作的单片机。
【专利说明】一种多功能超声波液位差计
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种超声波液位差计，属于液位测量【技术领域】。
【背景技术】
[0002]超声波液位差计通常应用于污水处理行业中，是利用声波反射原理测量隔污栅前后液位并据此计算液位差值，并将液位差值显示、远传到主控室上位机。图1为公知的超声波液位差计的主机和探头组成结构图。通常超声波液位差计由主机和两个超声波探头构成，超声波探头通过由其引出的电缆与液位差计主机相连，超声波探头内封装有超声波换能器，该换能器为收发合一的单换能器，液位差计主机内包含有驱动超声波换能器发射超声波的换能器驱动电子单元和放大接收回波信号的接收电子单元，两个电子单元由单片机控制工作，单片机控制发射电子单元周期性的驱动超声波换能器，并处理接收电子单元识别出的回波信号，计算出测量数据。超声波探头分别安装于隔污栅前后水面上部，探头向水面发射超声波脉冲并接收反射回波，根据从超声波发射到接收到回波的时间差来计算获得探头至水面的距离，从而确认水位高度。液位差计主机分别控制两个超声波探头的声波信号的发射和回波的识别接收，根据每个探头所测得的回波信号时间差来分别获得隔污栅前后的液位高度，并据此计算二者的差值，测量结果通过LCD液晶显示，并上传到主控室，主控室根据液位差值的高低来控制其他设备进行相应的操作，实现对污水处理的自动控制。
[0003]现有的超声波液位差计，其超声波探头与主机之间传递的信号为模拟信号，即包括驱动超声波探头工作的近千伏的脉冲发射电压及仅毫伏级的回波微弱信号，回波信号通过电缆由液位差计主机接收并进行放大以便能够识别。回波信号容易受到外界电磁干扰而参杂过大的噪声；另外微弱的回波信号通过较长的信号电缆时会产生较大的衰减，使主机对其放大识别比较困难。外界强的电磁干扰噪声也可能淹没微弱的回波信号，造成回波的无法识别或将噪声放大，形成错误的测量值。
实用新型内容
[0004]本实用新型提出了对上述液位差计不足的解决方案，即把用于驱动超声波换能器工作的换能器驱动电子单元、用于接收识别回波信号的接收电子单元及控制两个单元工作的单片机从液位差计主机移至超声波探头内，超声波的发射及接收均在探头内完成，真实的回波信号通过在探头中的接收单元及单片机进行了识别，已获得正确的距离测量值。超声波探头与液位差计主机之间传递的是表示测量数据的数字信号，数字信号允许在很长的电缆中传递而不受干扰，也无衰减之忧，液位差计主机能够得到可靠的检测数据，准确进行液位差值的计算和处理。超声波液位差计主机与探头之间进行数字通信，能够对超声波探头的液位测量进行相应控制并接收测量数据，同时液位差计主机还需对探头内的电子单元供电。
[0005]由于超声波换能器驱动单元及用于接收识别回波信号的接收单元移至超声波探头内，超声波的发射及回波的接收处理均在探头内完成，能够彻底消除由于较长的连接电缆而形成的外界电磁干扰，避免由于较长的连接电缆而衰减回波信号，回波信号能够由置于探头内的单片机有效可靠的识别，形成正确的测量数据。
[0006]同时由于发射单元和回波信号处理单元等部分移至超声波探头内，因此主机内部可以有充分的空间增加一些新的功能，如测量值的上下限报警、多组继电器控制、以及多种协议和接口向上位机远传数字信号，以满足不同现场测量控制的不同需求。这些功能由液位差计内的单片机及相应电路和器件完成。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]下面结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。
[0008]图1是公知的超声波液位差计的主机和超声波探头组成结构示意图
[0009]图2是本实用新型超声波液位差计主机及超声波探头组成结构示意图。
[0010]图3是本实用新型超声波液位差计主机功能框图。
[0011]图4是本实用新型超声波液位差计探头组合结构示意图。
【具体实施方式】
[0012]本文提出I个优选的具体实施例(非限定的)，具体详述如下。
[0013]以下结合【专利附图】
【附图说明】本实用新型的【具体实施方式】。
[0014]如图2所示，整个超声波液位差计由主机及超声波探头构成，主机主要有以下几个功能模块:电源转换、显示模块、单片机系统和信号输出模块，能够对超声波探头的液位测量进行相应控制并接收测量数据，并完成液位差的计算、显示并远传信号至上位机；超声波探头内集成了超声波换能器发射驱动电子单元、用于接收回波信号的回波信号接收电子单元及控制两个单元工作的单片机，用于驱动超声波换能器工作，并接收和识别从液面反射回的有效回波，计算检测距离，并将测量结果以数字信号方式传给液位差计主机。液位差计主机与超声波探头之间由从探头引出的电缆连接，液位差计通过电缆向超声波探头供电并传送控制命令，超声波探头向主机传送表示测量值的数字信号。
[0015]图3为超声波液位差计主机的具体功能框图。整个主机由单片机作为核心部件，控制其他功能模块的工作。外部供电进入主机后经二级滤波，由电压转换模块装换为主机内各电路所需的+5v和-5v等工作电压，单片机通过数字接口与2个超声波探头进行数字通信，探头分别将各自的距离测量值传送给主机上的单片机，单片机根据2个探头的测量数据进行液位差值计算，将隔污栅前后液位值、液位差值分别在LCD液晶上实时显示，同时通过恒流输出模块将4-20mA的电流模拟信号上传给主控室，通过RS485模块向上位机传送包含多个检测数据的数字信号，根据设定的上限、下限值开启或关闭相应的高低位继电器，控制相关设备动作。
[0016]图4为超声波探头的组成结构示意图。超声波换能器安装于探头前端，用于向外发射超声波脉冲，同时接收反射的回波并将回波信号转换为电脉冲。换能器驱动和回波信号接收单元及单片机组成的电子机芯放置在换能器的后部，并通过电缆与液位差计主机相连，将测量值以数字信号方式传送给液位差计主机并接收主机的控制命令，电缆中形成两个回路:供电回路和数字信号传送回路；在探头壳体的内侧放置有金属屏蔽层，用于屏蔽外界可能的电磁干扰。
【权利要求】
1.一种多功能超声波液位差计，由液位差计主机和两个超声波探头构成，其特征是液位差计主机与超声波探头之间采用数字方式进行信号通信，超声波探头内部包含有驱动超声波换能器工作的发射驱动电子单元、用于接收回波信号的回波信号处理电子单元及控制两个单元工作的单片机，超声波探头内部的超声波换能器为收发合一的单换能器。
2.如权利要求1所说的多功能超声波液位差计，其特征是液位差计主机同时具有模拟信号输出、数字信号输出和多组开关量信号输出功能模块。
【文档编号】G01F23/296GK204064398SQ201420258873
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】周航 申请人:大连仪源科技有限公司
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