超聲波在空氣中的(de)傳播速度 爲340m/s，因此，如果能測出超聲波在空氣中的(de)傳播時(shí)間，就能算(suàn)出其傳播的(de)距離。超聲波測量液位，就是通(tōng)過測定超聲波傳播的(de)時(shí)間間隙來(lái)測出聲波傳送的(de)距離。具體方法：見圖1。由安裝于被測容器頂部的(de)超聲波探頭向液面發射一束超聲波，聲波被液面反射後，由探頭接收。控制器測得(de)傳播時(shí)間t，根據聲速v，即可(kě)得(de)出液面至探頭的(de)空間距離L。在已經探頭至容器底部距離，即安裝高(gāo)度H的(de)前提下(xià)，可(kě)得(de)出容器内的(de)液位高(gāo)度h。計算(suàn)公式爲：

　　H=H-L其中L=v?t/2

　　另外，由于空氣溫度對(duì)聲速有一定的(de)影(yǐng)響，所以還(hái)應測出環境空氣溫度T，以修正聲速。公式爲：

　　v=331.46 0.61?T（℃）

　　2超聲波液位計 的(de)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(lǐ)電路，控制器和(hé)顯示等部分(fēn)組成。其硬件結構框圖如圖2所示。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(lǐ)電路，主要由超聲波發射脈寬控制、回波信号檢波、比較、微分(fēn)、整形等信号處理(lǐ)電路組成；顯示電路采用(yòng)74LS164和(hé)LED組成，完成系統參數及液位高(gāo)度的(de)顯示；控制器是以80C552單片微機組成的(de)應用(yòng)系統，主要完成按鍵的(de)掃描處理(lǐ)，超聲波的(de)發射控制，接收回波時(shí)間的(de)計算(suàn)，以及液位的(de)換算(suàn)等。本文重點介紹爲了(le)提高(gāo)測量精度及減小測量盲區(qū)對(duì)超聲波回波檢測 所采取的(de)軟硬件措施。電路如圖3所示。

　　當超聲波發射時(shí)，發射波或接收的(de)回波皆可(kě)經接收回路将信号由In端輸入，通(tōng)過檢波、放大(dà)、比較、微分(fēn)，在D觸發器的(de)R端形成尖脈沖。該脈沖信号經D觸發器整形得(de)到一個(gè)下(xià)跳變的(de)窄脈沖，送到80C552的(de)INT端。通(tōng)過20C552的(de)中斷系統記錄每次中斷時(shí)刻，根據相鄰兩次中斷的(de)時(shí)間間隔，也(yě)就知道了(le)從發射至接收到回波這(zhè)段時(shí)間，即超聲波來(lái)回傳播的(de)時(shí)間，從而可(kě)以計算(suàn)出傳播的(de)距離。

3提高(gāo)測量精度、縮小測量盲區(qū)的(de)措施

　　本文重點闡述了(le)在利用(yòng)超聲波檢測 中爲提高(gāo)測量精度以及減小測量盲區(qū)所采取的(de)軟、硬件措施。

　　在超聲波發射以及存在較強餘振的(de)時(shí)候，是不能同時(shí)檢測回波的(de)。因此，在距探頭發射面較近的(de)一定距離内不能正常檢測，形成檢測盲區(qū)。一般常見的(de)國内外超聲波儀表 盲區(qū)範圍大(dà)于0.30m。通(tōng)過對(duì)測量精度以及盲區(qū)形成原因進行具體的(de)分(fēn)析，得(de)出盲區(qū)的(de)大(dà)小主要與發射波的(de)強弱以及回波檢測的(de)方法有關。一般情況下(xià)，當距離相同時(shí)，發射波強，接收的(de)回波信号就強，但餘振也(yě)強，盲區(qū)就大(dà)。反之，則小。當發射波強度相同時(shí)，檢測距離愈近，接收的(de)回波信号愈強，盲區(qū)愈大(dà)。其次，當超聲波探頭向液面發射一束超聲波後，該波在液面與探頭之間多(duō)次反射，使接收回路産生多(duō)個(gè)回波，在80C552形成一串中斷信号。其中發射脈沖寬度對(duì)測量精度的(de)影(yǐng)響很大(dà)，爲此，本儀器 在設計時(shí)采取以下(xià)措施：①自動控制發射波的(de)強弱以減小檢測盲區(qū)。具體做(zuò)法是通(tōng)過測試性的(de)發射和(hé)距離的(de)檢測，使得(de)發射波的(de)弱強随檢測距離的(de)變化(huà)而變化(huà)。②在軟件設計中實施一些特殊的(de)處理(lǐ)方法，郡在記錄回波的(de)時(shí)刻中，每次測量連續記錄四次回波時(shí)刻，在計算(suàn)回波時(shí)間時(shí)，以最後兩次的(de)時(shí)刻差作爲超聲波的(de)傳播時(shí)間。這(zhè)樣處理(lǐ)就避免了(le)發射脈沖寬度對(duì)測量的(de)影(yǐng)響，從而使測量更加準确，并且還(hái)可(kě)使盲區(qū)最小減到0.05m。

　　另外，爲了(le)防止幹擾波及發射波寬度和(hé)多(duō)次回波的(de)重疊對(duì)測量的(de)影(yǐng)響，本設計在接收回波的(de)電路中，增加了(le)一個(gè)電平可(kě)變的(de)門限，該電平由80C552的(de)PWM脈寬調制端通(tōng)過必要的(de)接口電路形成的(de)D/A轉換器的(de)輸出提供。門限電平的(de)高(gāo)低應盡量使産生回波的(de)中斷時(shí)刻發生在靠近回波波形的(de)中心位置，以減小波形寬度對(duì)測量時(shí)間的(de)影(yǐng)響。

　　通(tōng)過上述處理(lǐ)，對(duì)于所要求測量範圍 0.20m~8m内，測量最大(dà)誤差爲0.006m，且重複性好由于本文設計的(de)超聲波液位計 ，具有硬件結構簡單，工作可(kě)靠及上述的(de)特點，因此，它不僅可(kě)用(yòng)于化(huà)工、電力、石油等行業的(de)液位測量中，還(hái)可(kě)以用(yòng)在其它的(de)測距系統中。