非接触超声波界面测量系统设计

　　0引言

　　在工业生产中，界面测量占据极为重要的地位，具有广阔的应用领域。早期，由于工业领域生产规模不大，界面测量主要采用机械测量方法。但随着生产规模的扩大、所需的储罐数量变多，体积变大，原先的测量方法的弊端愈突现出来。从20世纪80年代开始，一些发达国家就借助微电子、计算机、光纤、超声波、传感器等高科技的成果，将各种新技术、新方法应用到储罐界面测量领域，出现了电子界面测量技术。

　　由于密闭容器内大都是存储易挥发、易燃、易爆、强腐蚀性等介质，并且工作环境的恶劣，使得近年来非接触界面测量得到了发展。这里的非接触指的是不与被测介质及其上方空气相接触。非接触界面测量主要包括超声波式、微波式、激光式、γ射线式等。由于微波式、激光式必须与介质上方空气(或介质蒸汽)接触，仍需将传感器安装在储罐内部，因此不能实现真正意义上的“非接触”。γ射线式可以在罐外测量界面，但其辐射性对人体有一定的危害，限制了其发展。本文设计的这款具有液晶显示的非接触超声界面测量系统能够实现真正意义上的非接触式测量，并且具有更直观的观测、检测效果[l一9]。

　　1检测原理

　　由于各种介质的声阻抗不同，导致超声波传播至两种不同介质界面时，其透射率和反射率不相同。对于固体-气体界面，由于两者声阻抗差别很大，所以大部分能量不能够透过固体一气体界面，只能反射回固体介质中，并不断震荡衰减。对于固体一液体界面，由于两者声阻抗差别不大，所以大部分声能量能够透过固体一液体界面进入液体介质，只有少部分能量被反射回固体介质中。透过固体-液体界面进人液体介质的这部分能量有可能到达罐体另一面的罐壁，部分能量通过液体一固体界面进人罐壁，部分能量再次被反射回来，在液体介质中继续传播。对于固体一固体界面，类似于固体一液体界面的情况，在这里就不在详述。

　　本系统就是利用超声波在固体一气体界面和固体一液体界面上透射与反射特性的差异，开发了环绕波检测和拖尾检测等多种检测方法，将其以信号波形的形式显示在液晶屏上，进而判断液体是否达到罐体某一高度位置。由信号调理电路调理后，通过53C244。核心板将模拟信号转换成数字量，进行软件处理，并将处理后的数据在液晶显示屏上以波形的形式显示出来

　　2系统组成

　　非接触超声波界面测量系统的结构框图如图1所示。

　　该系统由53C2440核心板，模拟发射部分，接收信号调理部分，串口通信部分，显示存储控制部分、电源管理部分等组成。