淺析超聲波液位計的原理和設計電路

　　
　　首先我們先說說超聲波液位計的原理，大家都知道超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，因此，如果能測出超聲波在空氣中的傳播時間，就能算出其傳播的距離。超聲波測量液位，就是通過測定超聲波傳播的時間間隙來測出聲波傳送的距離。具體方法：見圖1。由安裝于被測容器頂部的超聲波探頭向液面發射一束超聲波，聲波被液面反射后，由探頭接收。控制器測得傳播時間t，根據聲速v，即可得出液面至探頭的空間距離L。在已經探頭至容器底部距離，即安裝高度H的前提下，可得出容器內的液位高度h。計算公式為：
　　H=H-L其中L=v?t/2
　　另外，由于空氣溫度對聲速有一定的影響，所以還應測出環境空氣溫度T，以修正聲速。公式為：
　　v=331.460.61?T（℃）
　　主要電路：超聲波液位計由超聲波探頭，發射控制與接收處理電路，控制器和顯示等部分組成。收發及換能器探頭由壓電式換能器、收發器及溫度補償電路組成;收發器包括發射控制與接收處理電路，主要由超聲波發射脈寬控制、回波信號檢波、比較、微分、整形等信號處理電路組成;顯示電路采用74LS164和LED組成，完成系統參數及液位高度的顯示;控制器是以80C552單片微機組成的應用系統，主要完成按鍵的掃描處理，超聲波的發射控制，接收回波時間的計算，以及液位的換算等。
　　本文重點介紹為了提高測量精度及減小測量盲區對超聲波液位計回波檢測所采取的軟硬件措施。當超聲波發射時，發射波或接收的回波皆可經接收回路將信號由In端輸入，通過檢波、放大、比較、微分，在D觸發器的R端形成尖脈沖。該脈沖信號經D觸發器整形得到一個下跳變的窄脈沖，送到80C552的INT端。通過20C552的中斷系統記錄每次中斷時刻，根據相鄰兩次中斷的時間間隔，也就知道了從發射至接收到回波這段時間，即超聲波來回傳播的時間，從而可以計算出傳播的距離。