专利名称：一种外置式超声波液位计的制作方法
技术领域：
一、技术领城本实用新型涉及测量容器中液体位置的装置，特别是一种外置式非接触超声波液位计测量装置。
二背景技术：
已有的超声波液位计是安装在被测液体上方，通过液面向液面发射脉冲信号，接收反射回波测量液位，液位计的传感部分一定要与被测液体的挥发气体接触，同时液位计的安装必然要对有些压力容器的压力性能产生影响，同时安装位置密封性能要求极高，否则容易造成气体外泄，产生污染甚至爆炸的危险。外置方式的超声波液位计基本上都要通过引管把罐中的液位引出，通过对引管中的液位测量确定液位，该方法虽然可以非接触测量液位，但是在许多场合是不可以在储液罐安装引管的。另一些外置测量的方法，采用了简单的回波测量方法，这种方法对回波的识别简单，测量精度较低或测量不稳定。
三
发明内容
本实用新型的发明目的是提供一种采用数字信号处理技术，在较宽范围内适用的外置式超声波液位计。
本实用新型的技术解决方案是这样实现的大规模集成电路�？橥ü衾氲缏房刂品⑸�/驱动电路，经过收/发切换电路驱动换能器发射声波，换能器发射信号经收/发切换电路、放大/整形/滤波电路及A/D转换电路接收回波信号，大规模集成电路�？槎曰夭ㄐ藕沤凶允视ο咂自銮�、回波信号模式自动识别，回波时间信号送到包括计算机软件在内的主控单片机，液位参数送到点阵液晶屏显示�？�、非易失随机存储器记录电路，采集时钟电路采集的数据也存入非易失随机存储器记录电路，串行通信接口电路和可寻址远程传感器通路接口电路将数据传送到上位机，液位数据通过模拟接口电路输出。
本实用新型与现有技术相比，成功的克服了储液罐外壁的影响，由于采用了数字信号技术，使得液位计可以准确的得到回波位置，提高了测量精度。使用时把超声探头安装于被测容器的底部，可实现密封容器内各种有毒物质、强酸、强碱及各种高纯液体的精确测量，液位计对被测液体介质、容器材料及容器压力没有特殊要求。
四
图1为本实用新型的电原理框图；图2为本实用新型中的ASIC�？榈缏吩砜蛲迹煌�3为本实用新型中的单片机�？榈缏吩砜蛲迹煌�4为本实用新型中的RS485�？榈缏吩砜蛲迹煌�5为本实用新型中的HART�？榈缏吩砜蛲迹煌�6为本实用新型中的时钟�？榈缏吩砜蛲迹煌�7为本实用新型中的A/D转换�？榈缏吩砜蛲迹晃�具体实施方式
附图为本实用新型的具体实施例
以下结合附图对本实用新型的具体内容作进一步说明参照图1所示为外置式液位计电原理框图，包括换能器1；收发切换2；发射/驱动电路3；隔离电路4；放大/整形/滤波电路5；A/D转换6；大规模集成电路�？�7；主控单片机8；点阵LCD液晶显示模块9；非易失随机存储器记录10；时钟11；模拟输出接口12；RS485接口13；可寻址远程传感器通路接口14。大规模集成电路�？�7通过隔离电路4控制发射/驱动电路3，经过收/发切换2驱动换能器1发射声波，换能器1发射后，收/发切换2、放大/整形/滤波电路5及A/D转换6接收回波信号，大规模集成电路模块7对回波信号进行自适应线谱增强、回波信号模式自动识别，回波时间数据送到包括计算机软件在内的主控单片机8，液位参数送到点阵LCD液晶屏显示器9，串行通信接口电路(13)和可寻址远程传感器通路接口电路(14)，非易失随机存储器记录10，采集时钟11数据同时存NVRAM10，NVRAM10中的数据可以保存10年以上，用户可以随时通过RS485接口13和可寻址远程传感器通路接口14将数据传送到上位机，在需要模拟输出的场合，液位数据还可以通过4～20mA模拟接口12输出。其他�？椴捎玫氖峭ㄓ玫谋曜嫉缏�。
图2所示为图1中大规模集成电路�？�7电路原理框图，U3芯片为EP20K100QC240-2型FPGA芯片，完成信号处理功能，U2和U26为SN74LVC16245是接口芯片，与单片机�？�8、A/D转换电路6及隔离极电路4。U1EPC2为FPGA的程序集成电路，U7TPS767D301是FPGA的供电电路，OSC振荡电路经过触发器U474F74给FPGA提供16MHz的时钟信号。
图3所示为图1中主控单片机�？�8电路原理框图，U12是89C51单片机，其总线接口包括了上图中的U3以及液晶显示�？椤VRAM、时钟电路，以及串行接口和HART接口电路，另外4～20mAA/D转换电路6也是与主控单片机�？�8的并行接口相连。CPU-N5线与换能器1中的数字温度传感器相连，主控单片机�？�8通过该口读入温度数据。图中X2、C1与C2组成振荡电路为89C51提供时钟，U23为MAX813的看门狗电路，保证主控单片机�？�8可靠运行。
图4所示为图1中的RS485接口�？�13电路原理框图，U19选用MAX1480B的输入是单片机U12的串行输出，输出为RS485标准的信号，R12、R17为平衡电阻，R11、R16、R17、R18是U19的外围电阻，JP4为与上位计算机的接口。
图5所示为图21中的HART接口�？�14，U18是HT2012为可寻址远程传感器通路协议芯片，完成可寻址远程传感器通路协议方式与单片机数据交换，芯片的17、27脚与单片机相连，28脚为外时钟信号。JP5为与具有可寻址远程传感器通路协议的上位机的输出接口。
图6所示为图1中的时钟电路模块11，U16选用DS12887是专用时钟电路，与单片机U12的总线相连，可以通过单片机对U16进行设置。
图7所示为图1中的A/D转换模块6，模拟信号经过JP4输入，U24为A/D转换芯片，U24的输出与ASIC�？橹械腇PGA接口连接。
本发明提供了一种利用超声波在储液罐外测量储液罐内的液位测()量方法，采用了自适应线谱增强和回波模式识别算法，并用FPGA芯片实现了实时数字信号处理，准确的提取了液面回波信号，实现高精度的液位测量，可以安全、方便的对储液罐里的液位实现监测。
权利要求1.一种外置式超声波液位计，其特征在于外置式液位计包括大规模集成电路�？�(7)通过隔离电路(4)控制发射/驱动电路(3)，经过收/发切换电路(2)驱动换能器(1)发射声波，换能器(1)接收信号经收/发切换电路(2)、放大/整形/滤波电路(5)及A/D转换电路(6)接收回波信号，大规模集成电路�？�(7)对回波信号进行自适应线谱增强、回波信号模式自动识别，回波时间信号送到包括计算机软件在内的主控单片机(8)，液位参数送到点阵液晶屏显示�？�(9)、非易失随机存储器电路(10)记录，时钟电路(11)的数据也存入非易失随机存储器电路(10)，串行通信接口电路(13)和可寻址远程传感器通路接口电路(14)将数据传送到上位机，液位数据也可以通过模拟接口电路(12)输出。
2.根据权利要求1所述的外置式超声波液位计，其特征在于所说的超声波换能器是指超声能量转换器件并内置了数字温度传感器。
3.根据权利要求1所述的外置式超声波液位计，其特征在于所说的转换电路与主控单片机的总线相连。
4.根据权利要求1所述的外置式超声波液位计，其特征在于所说的时钟电路与单片机(U12)的总线相连。
5.根据权利要求1所述的外置式超声波液位计，其特征在于所说的可寻址远程传感器通路接口电路的(U18)与单片机(U12)的总线相连。
6.根据权利要求1所述的外置式超声波液位计，其特征在于所说的集成电路(U3)与单片机(U12)的总线相连。
7.根据权利要求1所述的外置式超声波液位计，其特征在于所说的非易失随机存储器与单片机(U12)的总线相连。
专利摘要本实用新型涉及外置式非接触超声波液位计测量装置。主控单片机控制功放驱动安装在储液罐底部的超声换能器向罐内发射声波，超声换能器接收回波信号，回波信号经放大/滤波/整形后，经A/D转换数字化后到基于ASIC芯片信号处理器件进行回波检测，测量的液位值由主控单片机控制液晶屏显示，单片机采集时间电路的时间信息与液位数据一同存到NVRAM里，液位数据还可以通过RS485接口、HART接口实现数字传输。克服了储液罐外壁的影响，采用数字信号技术，使液位计准确的得到回波位置，提高测量精度，实现对密封容器内各种有毒物质、强酸、强碱及各种高纯液体的精确测量，液位计对被测液体介质、容器材料及容器压力没有特殊要求。
文档编号G01F23/296GK2627471SQ03262590
公开日2004年7月21日 申请日期2003年8月7日 优先权日2003年8月7日
发明者李斌, 杨海涛, 阎志超, 卢晓君 申请人:西安华舜测量设备有限责任公司
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