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1、毕业答辩PPT信息工程系自动化1081班超声波液位测量计的设计1.1课题背景随着第二代超声波液位测量仪的产生，物位测量达到了一个新的应用水平。第二代超声波液位测量仪采用了先进的技术并且在工业领域创立了最新的标准。超声波液位测量仪的最初设计是为净水和废水工业提供单测量点解决方案。可用于在污水泵站控制工作泵，在明渠测量中记录流量，在液位差测量中控制隔离栅，是一种在工业领域中有着广泛应用的超声波物位仪表。超声波液位测量仪具有着非常简便的程序设定模式，使用者只需在键盘上进行简便的操作，即可完成全部的功能设定。同时，它还具有程序锁定功能，使得未经授权者
2、不能进入设定模式进行程序修改，确保了使用界面的安全性。超声波液位测量仪具有多路供电系统，系统可自动转换接受交流115V/50Hz或230V/60Hz，同时系统接受24V直流供电，可以充分保证使用的安全性和避免突发性断电对系统的影响。超声波液位测量仪可显示多种物理量，包括液位、距离、体积和百分率。每一组继电器均可独立由程序设置为正向/反向动作、保持/归零和异常信号报警。模拟信号达到全量程连续输出。1.2本课题国内外研究现状.目前市场上的超声波液位计品种多样，大多采用温度补偿方法对超声波传播速度进行校正，以提高仪表测量精度。此方法需在系统外加一个
3、温度测量单元，通过测量环境温度，获得实际声速；由此也引进了温度测量误差，从而限制了系统精度的进一步提高。在我国由于受到历史原因影响，液位传感器的研制开发技术比较落后，各个基础行业的资金投人不协调，以及一定时期的人才青黄不接，导致了相关配套领域发展迟缓，甚至于停滞不前，这使得我国的液位测量技术测量方法远远落后于其它发达国家。测量系统的自动化程度不高，精度可靠性、功能等多方面都不如国外同类产品。近几年来随着改革开放的不断深入，我国的经济技术水平得到了迅猛的发展。国家也加大了这方面的投入，测量技术得到了全面发展和更新，使得我国的液位测量技术发展比较
4、迅速。我国许多科研单位及企业共同研制开发了有关液位测量方面的传感器这些产品在性能指标上、功能上都比以前有了很大程度的提高，但是与国外同类技术相比还有侍进一步的改进[7]。1.3超声波传感器概述1.3.1超声波声波是物体机械振动状态的传播形式。超声波是指振动频率大于20000Hz以上的声波,其每秒的振动次数很高,超出了人耳听觉的上限,人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,有两种形式:横向振荡(横波)及纵向振荡(纵波)。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播,其传播速度不同。另外,它也有折
5、射和反射现象,并且在传播过程中有衰减。超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律,与可听声波的规律并没有本质上的区别。与可听声波比较,超声波具有许多奇异特性:传播特性──超声波的衍射本领很差,它在均匀介质中能够定向直线传播,超声波的波长越短,这一特性就越显著。功率特性──当声音在空气中传播时,推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功。1.3.2超声波距离传感器技术的应用超声波传感器包括三个部分:超声换能器、处理单元和输出级。首先处理单元对超声换能器加以电压激励,其受激后以脉冲形式发出超声波,接着超声换能器转入接受状态,处理单元对接收到的超声
6、波脉冲进行分析,判断收到的信号是不是所发出的超声波的回声。如果是,就测量超声波的行程时间,根据测量的时间换算为行程,除以2,即为反射超声波的物体距离。把超声波传感器安装在合适的位置,对准被测物变化方向发射超声波,就可测量物体表面与传感器的距离。超声波传感器有发送器和接收器,但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化,即在发射超声波的时候,将电能转换,发射超声波;而在收到回波的时候,则将超声振动转换成电信号。1.3.4超声波传感器在测距系统中的应用超声测距大致有以下方法:①取输出脉
7、冲的平均值电压,该电压(其幅值基本固定)与距离成正比,测量电压即可测得距离;②测量输出脉冲的宽度,即发射超声波与接收超声波的时间间隔t,故被测距离为S=1/2vt。如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正。超声波测距适用于高精度的中长距离测量1.4本课题设计的主要工作及结构安排1）超声波发射与接收通过查阅相关的资料，了解到在超声波测量中频率取得太低，外界的杂音干扰较多，频率取得太高，检测距离越短[9]，根据本次课题的实际情况，可采用40KHz收发分体式超声波传感器。利用软件产生40KHz的脉冲信号，鉴于单片机的输出口驱动能力较弱，
8、应在发射电路上增加功率放大电路，从而提高测量距离，达到课题要求。从接收传感器探头传来的超声回波很微弱（几十个mV级），又存在较强的噪声，所以接收电路必须包括前置放大
