CN108801400A - 超声液位测量装置和超声液位测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超声液位测量装置和超声液位测量方法，涉及液位测量技术领域。超声液位测量装置包括超声波传感器、压力传感器、处理器、控制器和反射件；超声波传感器和压力传感器沿竖直方向由上至下设置，反射件反射面朝向超声波传感器的一侧倾斜，反射面与水平面夹角为45度，反射面的中点在超声波传感器在水平方向的中心线的延长线上；超声波传感器、控制器、处理器依次连接，压力传感器与处理器连接，控制器接收超声波信号并计算D_超，并将D_超传给处理器，处理器采集压力信号并计算D_压，处理器根据D_超和D_压计算出液位。解决了现有技术中，测量液位存在测量盲区的技术问题。本发明的采集到的数据能够用于后续的计算，避免测量盲区的影响。

Description

超声液位测量装置和超声液位测量方法

技术领域

本发明涉及液位测量技术领域，尤其是涉及一种超声液位测量装置和超声液位测量方法。

背景技术

随着科学技术的发展，人们对雨水、污水、中水、河道、湖泊、道路等市政与水利领域的液位监测的需求越来越大。近年来，我国多个城市在每年雨季都会发生内涝事件，呈现发生范围广、积水深度大、积水时间长的特点。内涝事件的发生，不仅给人民群众在雨天出行带来诸多不便，而且导致了个人和公共财产的巨大损失，甚至威胁了人民群众的生命安全，引起了社会各方面的广泛关注。要解决和应对城市内涝事件，一方面要靠工程措施，通过规划设计提高标准，完善城市排水防涝系统，并对城市地表的不透水地表进行控制，减小源头径流产生量，增加下游受纳水体的蓄排能力；另一方面要靠管理措施，建立排水监测与预警系统，为政府部门提供排水系统运行的动态监测数据，为大众出行提供精细化的及时预警预报信息，以便科学有效应对不同程度的城市内涝事件。

现有的测量液位的设备测量液位时，多是将超声波传感器放置在液位的上方，通过超声波传感器发送发波信号并接收回波信号，控制器通过计算超声波传感器的发送与接收信号的时间差来计算液位，实现对液位的测算。

现有的测量液位的方法在测量液位的过程中信号会存在着衰减震荡，即“余振”；在传感器震荡的过程中，余振与回波信号无法区分，这段时间的长短决定了盲区的大小，在远距离测量时，余振影响不大；当近距离测量时，由于余振的影响，限制了传感器测距的使用，导致距离无法测定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声液位测量装置，以解决现有技术中存在的，传感器在测量液位的过程中会产生余振，在近距离测量时，余振影响测量结果的技术问题。

本发明还提供了一种超声液位测量方法，以解决现有技术中存在的，测量液位的方法会受到余振影响，造成测量结果不准确的技术问题。

本发明提供的一种超声液位测量装置，包括超声波传感器、压力传感器、处理器、控制器和反射件；

所述超声波传感器和压力传感器沿竖直方向由上至下依次设置，所述反射件的反射面朝向设有超声波传感器的一侧倾斜，且反射面与水平面的夹角为45度，所述反射面的中点在超声波传感器在水平方向的中心线的延长线上；所述超声波传感器与所述控制器连接，所述控制器与处理器连接，所述压力传感器与处理器连接，所述控制器控制超声波传感器发送超声波信号到液面，所述控制器控制超声波传感器采集超声波回波信号，所述控制器根据发波信号与回波信号的时间差计算出超声波传感器与液面之间的距离，并将计算出的超声波传感器与液面之间的距离发送给处理器；所述处理器接收所述超声波传感器距液面的距离并采集所述压力传感器的压力信号，所述处理器根据超声波传感器距液面的距离和压力传感器距液面的距离，计算液面的高度。

进一步的，还包括温度传感器；

所述温度传感器设在超声波传感器与压力传感器之间，所述温度传感器与所述处理器连接，所述温度传感器感应所处环境的温度信息，所述处理器采集温度传感器的温度信息，并将温度信息发送给控制器，所述控制器采集所述温度信息并计算出当前温度值。

进一步的，所述超声波传感器的频率为75khz。

进一步的，还包括第一数字模拟转换器和功率放大器；

所述第一数字模拟转换器的输入端与控制器连接，所述第一数字模拟转换器的输出端与功率放大器的输入端连接，所述功率放大器的输出端与超声波传感器的输入端连接，所述第一数字模拟转换器用于实现正弦波的数值模拟转换功能，所述功率放大器用于实现正弦波信号的功率放大功能。

进一步的，还包括模拟数字转换器和可变增益放大器；

所述超声波传感器的输出端与可变增益放大器的输入端连接，所述可变增益放大器的输出端与模拟数字转换器的输入端连接，所述模拟数字转换器的输出端与控制器连接，所述可变增益放大器用于增益放大超声波传感器的回波信号，所述模拟数字转换器用于实现增益放大信号的模拟数字转换功能。

进一步的，还包括第二数字模拟转换器；

所述第二数字模拟转换器的输入端与控制器连接，所述第二数字模拟转换器的输出端与可变增益放大器连接，所述第二数字模拟转换器用于实现对距离补偿参数的数字转模拟部分，以输出给可变增益放大器调节补偿能量值。

进一步的，所述控制器为可编程逻辑控制器。

本发明还提供一种超声液位测量方法，所述超声液位测量方法包括有下列步骤：

S1.记录超声波传感器与液面之间的距离D_原和压力传感器的数值AD_压；

S2.根据公式计算压力传感器距液面的距离D_压，D_压＝K_压*(AD_压-B_压)，其中K_压为压力传感器AD值转换液位的斜率值，AD_压为压力传感器对应当前液位下的数字信号量，B_压为压力传感器零点液位对应AD值的偏移量；

S3.计算压力传感器的有效阈值D_超1+D_反射面压-D_超盲，其中D_超1为超声波传感器距反射件的距离，D_反射面压为反射件中心到压力传感器中心的垂直距离，D_超盲为超声波传感器测量方法的测量盲区；

S4.比对D_压和压力传感器的有效阈值，计算液面距井底距离D_液；

S5.若D_压小于压力传感器的有效阈值，计算D_液；

根据公式D_液＝D_井-D_超偏-D_超+D_超1，其中D_井为井的深度，D_超偏为超声波传感器距井口距离，D_超为超声波传感器到液面的发送超声波路径值温度补偿后的数值；

S6.若D_压大于压力传感器的有效阈值，计算D_液；

根据公式D_液＝D_井-D_压偏+D_压，其中D_压偏为压力传感器距井口距离。

进一步的，所述步骤S5还包括：

S51.记录当前温度值T；

S52.计算D_超；

根据公式D_超＝Kt*D_原*T，其中Kt为补偿因子；

S53.计算D_液。

进一步的，所述步骤S1之前还包括如下步骤：

S01.对回波数据采用平滑滤波处理的方法处理；

S02.对回波数据进行动态调节检波周期处理；

S03.对回波过程中超声波能量进行距离动态补偿处理。

本发明提供的超声液位测量装置，所述超声波传感器和压力传感器沿竖直方向上由上到下依次设置，所述反射件的反射面朝向右侧倾斜，且反射面与水平面的夹角为45度，且反射面刚好接收超声波传感器发出的信号，使得反射面能够实现对超声波传感器所发信号的反射；45度的设置能够使得接收发波信号及反射波信号均在直线上，使得后续的计算数据更加准确，方便；所述超声波传感器与控制器连接，所述控制器与处理器连接，所述控制器控制超声波传感器发送超声波信号到液面，所述控制器控制超声波传感器采集超声波回波信号，所述控制器根据发波信号与回波信号的时间差计算出超声波传感器与液面之间的距离，实现对超声波传感器与液面之间距离的计算，并将计算出的超声波传感器与液面之间的距离发送给处理器；所述压力传感器与处理器连接，处理器采集压力传感器发送的压力信号，并根据压力信号计算出压力传感器与液面之间的距离，实现后续的对液位的计算；采用反射面的设置，减小了垂直方向上超声液位测量装置的安装高度，结合压力传感器测量的液位，避免了在出现测量盲区时，无法对液位进行测量的问题。

本发明提供的超声液位测量方法，先记录超声波传感器与液面之间的距离D_原和压力传感器的数值AD_压；之后采用公式D_压＝K_压*(AD_压-B_压)，计算压力传感器距液面的距离D_压；再计算压力传感器的有效阈值D_超1+D_反射面压-D_超盲；比对D_压和压力传感器的有效阈值，计算液面距井底距离D_液；若D_压小于压力传感器的有效阈值，根据公式D_液＝D_井-D_超偏-D_超+D_超1，计算D_液；若D_压大于压力传感器的有效阈值，根据公式D_液＝D_井-D_压偏+D_压，计算D_液，通过对压力传感器的有效阈值的计算，对压力传感器距液面的距离进行比较，分别用两种不同的方式进行计算，避免了出现测量盲区无法计算的情况，保证测量数据的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的超声液位测量装置第一状态的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的超声液位测量装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的超声液位测量装置的第二状态的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的超声液位测量方法的流程图。

图标：11-超声波传感器；12-压力传感器；13-处理器；14-控制器；15-反射件；16-温度传感器；17-第一数字模拟转换器；18-功率放大器；19-模拟数字转换器；20-可变增益放大器；21-第二数字模拟转换器；22-液面；23-无线传输模块部分。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种超声液位测量装置，所述超声液位测量装置包括超声波传感器11、压力传感器12、处理器13、控制器14和反射件15；所述超声波传感器11和压力传感器12沿竖直方向由上至下依次设置，所述反射件15的反射面朝向设有超声波传感器11的一侧倾斜，且反射面与水平面的夹角为45度，所述反射面的中点在超声波传感器11在水平方向的中心线的延长线上；所述超声波传感器11与所述控制器14连接，所述控制器14与处理器13连接，所述压力传感器12与处理器13连接，所述控制器14控制超声波传感器11发送超声波信号到液面22，所述控制器14控制超声波传感器11采集超声波回波信号，所述控制器14根据发波信号与回波信号的时间差计算出超声波传感器11与液面22之间的距离，并将计算出的超声波传感器11与液面22之间的距离发送给处理器13；所述处理器13接收所述超声波传感器11距液面22的距离并采集所述压力传感器12的压力信号，所述处理器13根据超声波传感器11距液面22的距离和压力传感器12距液面22的距离，计算液面22的高度。

如图1所示，本发明提供的超声液位测量装置，所述超声波传感器11和压力传感器12沿竖直方向由上到下依次设置，所述反射件15设在超声波传感器11的左侧，反射件15的反射面与水平面的夹角为45度，所述超声波传感器11发波信号直接打到反射件15的反射面上，经反射面反射后打到液面22上，设置45度的反射面能够使得超声波传感器11的发波信号经直线传递到反射面上，且经反射后直线传递到液面22上，为后续的操作及计算提供了便利；如图2所示，所述控制器14控制超声波传感器11发送超声波信号到液面22，所述控制器14控制超声波传感器11采集超声波回波信号，所述控制器14能够根据超声波传感器11的发波信号与回波信号之间的时间差计算出超声波传感器11与液面22之间的距离，即D_原，控制器14将D_原传递给处理器13；处理器13接收压力传感器12的压力信号并根据压力信号计算出压力传感器12与液面22之间的距离，为后续的液位的计算提供了方便；同时，采用45度的反射面，缩小了压力传感器12与超声波传感器11之间的垂直安装距离，即升高了压力传感器12的固定值，缩小了整个设备的体积，简化了整个设备的安装复杂性，便于现场设备的安装。

进一步地，还包括温度传感器16；所述温度传感器16设在超声波传感器11与压力传感器12之间，所述温度传感器16与所述处理器13连接，所述温度传感器16感应所处环境的温度信息，所述处理器13采集温度传感器16的温度信息，并将温度信息发送给控制器14，所述控制器14采集所述温度信息并计算出当前温度值。

如图1和图2所示，温度传感器16感应此时的温度信息，处理器13采集温度信息，并将温度信息发送给控制器14，控制器14采集温度信息并计算出当前温度值，为后续的测试结果进行温度补偿提供便利，消除温度对于测试结果的影响，保证最终计算结果的准确性，提高计算结果的正确率。

进一步地，所述超声波传感器11的频率为75khz。

75khz的超声波传感器11相比现有的使用的75khz以下的传感器的波束角小，在对液位的高度进行测量时，对周围干扰物(如井壁垃圾、井壁人形梯及其他设备安装线)的抗扰能力强，避免对超声波传感器11测距的影响，提高测试结果的准确性；而且75khz的超声波传感器11的测量距离远，能够提高整个设备的测量范围。

进一步地，还包括第一数字模拟转换器17和功率放大器18；所述第一数字模拟转换器17的输入端与控制器14连接，所述第一数字模拟转换器17的输出端与功率放大器18的输入端连接，所述功率放大器18的输出端与超声波传感器11的输入端连接，所述第一数字模拟转换器17用于实现正弦波的数值模拟转换功能，所述功率放大器18用于实现正弦波信号的功率放大功能。

如图2所示，所述第一数字模拟转换器17的输入端与控制器14连接，所述第一数字模拟转换器17的输出端与功率放大器18的输入端连接，所述功率放大器18的输出端与超声波传感器11的输入端连接，具体地，此过程为超声波的发波过程，控制器14在内存中存储了一个周期的正弦波数据，处理器13给控制器14发送指令开始测液位，控制器14控制第一数字模拟转换器17发送8个周期的正弦波，正弦波信号经功率放大器18，驱动75Khz超声波传感器11发送超声波，超声波经反射件15的45度反射面反射超声波至液面22，实现对超声波的发波过程。

进一步地，还包括模拟数字转换器19和可变增益放大器20；所述超声波传感器11的输出端与可变增益放大器20的输入端连接，所述可变增益放大器20的输出端与模拟数字转换器19的输入端连接，所述模拟数字转换器19的输出端与控制器14连接，所述可变增益放大器20用于增益放大超声波传感器11的回波信号，所述模拟数字转换器19用于实现增益放大信号的模拟数字转换功能。

如图2所示，此过程为超声波的回波过程，液面22反射超声回波至反射件15的45度反射面。45度反射面将超声回波信号传至75Khz超声波传感器11，超声波回波信号经可变增益放大器20将信号放大，得到超声波回波放大后的信号。在控制器14发送8个周期正弦波的同时，控制器14控制模拟数字转换器19采集超声波回波放大信号，实现对超声波传感器11的回波信号的采集。

进一步地，还包括第二数字模拟转换器21；所述第二数字模拟转换器21的输入端与控制器14连接，所述第二数字模拟转换器21的输出端与可变增益放大器20连接，所述第二数字模拟转换器21用于实现对距离补偿参数的数字转模拟部分，以输出给可变增益放大器20调节补偿能量值。

如图2所示，所述第二数字模拟转换器21连接在控制器14与可变增益放大器20之间，实现对补偿参数的数字转模拟部分，输出给可变增益放大器20调节补偿能量值，对超声波发波能量随距离的衰减进行能量补偿处理，提高了测量液位的稳定性。

进一步地，所述控制器14为可编程逻辑控制器。

所述控制器14为可编程控制器，实现对数据的采集及计算，控制方便。

需要说明的是，所述超声液位测量装置还包括无线传输模块部分23，处理器13将处理后的流量数据经无线传输模块部分23传输到服务器(如电脑)，并且接受服务器发送的配置命令。

还需要说明的是，处理器13控制控制器14采集发波信号与回波信号并计算超声波传感器11到液面22的距离，处理器13采集温度传感器16的值传输给控制器14，控制器14计算当前温度并实现超声波距液面22的距离的温度补偿功能；处理器13采集压力传感器12的AD_压值并计算压力传感器12到液面22的距离。

具体地，超声液位测试装置的工作过程为：控制器14在内存中存储了一个周期的正弦波数据，处理器13给控制器14发送指令开始测液位，控制器14控制第一数字模拟转换器17发送8个周期的正弦波，正弦波信号经功率放大器18，驱动75Khz超声波传感器11发送超声波，超声波经反射件15的45度反射面反射超声波至液面22，实现对超声波的发波过程；液面22反射超声回波至反射件15的45度反射面，45度反射面将超声回波信号传至75Khz超声波传感器11，超声波回波信号经可变增益放大器20将信号放大，超声波回波放大后的信号，在控制器14发送8个周期正弦波的同时，控制器14控制模拟数字转换器19采集超声波回波放大信号，实现对超声波的回波过程；最后，控制器14计算发送超声波信号和接收超声波信号的时间差来计算超声波传感器11发送超声波到液面22经过的路径，最后结合压力传感器12的数据和安装参数算出液位。

本发明的实施例还提供了一种超声液位测量方法，所述超声液位测量方法包括有下列步骤：S1.记录超声波传感器11与液面22之间的距离D_原和压力传感器12的数值AD_压；S2.根据公式计算压力传感器12距液面22的距离D_压，D_压＝K_压*(AD_压-B_压)，其中K_压为压力传感器12的AD值转换液位的斜率值，AD_压为压力传感器12对应当前液位下的数字信号量，B_压为压力传感器12零点液位对应AD值的偏移量；S3.计算压力传感器12的有效阈值D_超1+D_反射面压-D_超盲，其中D_超1为超声波传感器11距反射件15的距离，D_反射面压为反射件15中心到压力传感器12中心的垂直距离，D_超盲为超声波传感器11测量方法的测量盲区；S4.比对D_压和压力传感器12的有效阈值，计算液面22距井底距离D_液；S5.若D_压小于压力传感器12的有效阈值,计算D_液；根据公式D_液＝D_井-D_超偏-D_超+D_超1，其中D_井为井的深度，D_超偏为超声波传感器11距井口距离，D_超为超声波传感器11到液面22的发送超声波路径值温度补偿后的数值；S6.若D_压大于压力传感器12的有效阈值，计算D_液；根据公式D_液＝D_井-D_压偏+D_压，其中D_压偏为压力传感器12距井口距离。

本发明提供的超声液位测量装置，超声波液位测量最大距离为6米；模拟数字转换器19采样频率为1500Khz；模拟数字转换器19采样深度为42352；如图1-4所示，在使用上述的超声液位测量装置进行测量液位时，以测量井内的液位为例，将超声液位测量装置放置在井内，测量出井的深度D_井、超声波传感器11距井口距离D_超偏和压力传感器12距井口距离D_压偏备用；根据超声液位测量装置的控制器14和压力传感器12的数据记录超声波传感器11到液面22的发送超声波路径值原始值D_原和压力传感器12的数值AD_压；之后根据公式D_压＝K_压*(AD_压-B_压)，计算压力传感器12距液面22的距离D_压，其中K_压与B_压的值为已知的；之后计算压力传感器12的有效阈值D_超1+D_反射面压-D_超盲，其中75khz的超声波传感器11的D_超盲为0.25m，本发明提供的超声液位测量装置的D_超1+D_反射面压＝0.3m，由此可见压力传感器12的有效阈值为0.3m-0.25m＝0.05m，即比较D_压与0.05m的大小；若D_压<0.05m，采用公式D_液＝D_井-D_超偏-D_超+D_超1，计算液位；若D_压>0.05m，采用公式D_液＝D_井-D_压偏+D_压，计算液位，实现对不同测量范围内的不同公式的计算，保证测量及计算数据的准确性，避免了测量盲区的影响，提高了测量结果的准确度。

进一步地，所述步骤S5还包括：S51.记录当前温度值T；S52.计算D_超；根据公式D_超＝Kt*D_原*T，其中Kt为补偿因子；S53.计算D_液。

如图4所示，当D_压<0.05m时，需要计算D_超；处理器13根据温度传感器16的数字信号计算出当前的温度值T，并将温度值T传输给控制器14，之后控制器14根据公式D_超＝Kt*D_原*T，其中Kt为常数，计算出D_超；最后根据D_液＝D_井-D_超偏-D_超+D_超1，计算液位；通过温度补偿，对数据进行进一步的处理，减小计算数据的误差，提高计算结果的准确度。

进一步地，所述步骤S1之前还包括如下步骤：S01.对回波数据采用平滑滤波处理的方法处理；S02.对回波数据进行动态调节检波周期处理；S03.对超声波能量进行距离动态补偿处理。

如图4所示，对采集的数据进行处理之前还包括对回波及发波数据的处理，包括对回波数据采用平滑滤波处理的方法处理、对超声波能量进行距离动态补偿处理和对回波数据进行动态调节检波周期处理，减小测量数据的误差，提高计算结果的准确度。

具体地，本发明的模拟数字转换器19的采样深度为42352，即模拟数字转换器19一共采集42352个原始数据。本发明将其命名为：Rdata₀，Rdata₁，Rdata₂，Rdata₃，Rdata₄，Rdata₅，……Rdata₄₂₃₅₁。然后对42352个原始数据进行平滑滤波处理，得到10588个数据，本发明将其命名为：Fdata₀，Fdata₁，Fdata₂，Fdata₃，Fdata₄，Fdata₅，……Fdata₁₀₅₈₇。

即：Fdata₀＝Rdata₀+Rdata₁+Rdata₂+Rdata₃

Fdata₁＝Rdata₄+Rdata₅+Rdata₆+Rdata₇

Fdata₂＝Rdata₈+Rdata₉+Rdata₁₀+Rdata₁₁

Fdata₃＝Rdata₁₂+Rdata₁₃+Rdata₁₄+Rdata₁₅

…………………………………………

Fdata₁₀₅₈₇＝Rdata₄₂₃₄₈+Rdata₄₂₃₄₉+Rdata₄₂₃₅₀+Rdata₄₂₃₅₁

最后对上述10588个数据进行截位计算，得到10588个数据，本发明将其命名为：Pdata₀，Pdata₁，Pdata₂，Pdata₃，Pdata₄，Pdata₅，……Pdata₁₀₅₈₇。

即：Pdata₀＝Fdata₀高14位。

Pdata₁＝Fdata₁高14位。

Pdata₂＝Fdata₂高14位。

Pdata₃＝Fdata₃高14位。

………………………

Pdata₁₀₅₈₇＝Fdata₁₀₅₈₇高14位。

采用对发波数据进行平滑滤波处理算法，降低了噪声的能量值，提高了信噪比，使得75Khz的超声波传感器11测量的距离更远了。

对回波数据进行动态调节检波周期处理，具体地，控制器14控制第一数字模拟转换器17发送8个周期的正弦波，正弦波信号经放大后驱动超声波传感器11发送超声波到液面22。在实际收发波过程中发现，由于超声波传感器11的震荡的原因，超声波传感器11接收的超声波正弦波信号大于8个周期。但是接收到的超声波正弦波信号随着距离的增加，超声波正弦波周期信号又在减少。如下表：

所以本发明：在0—1米的检波过程中检测11个周期的正弦波。

在1—2米的检波过程中检测10个周期的正弦波。

在2—3米的检波过程中检测9个周期的正弦波。

在3—4米的检波过程中检测8个周期的正弦波。

在4—5米的检波过程中检测7个周期的正弦波。

在5—6米的检波过程中检测6个周期的正弦波。

采用动态调节检波周期算法，增大了信号的能量值，提高了信噪比，使得75Khz的传感器测量的距离更远了。

对回波过程中超声波能量距离进行动态补偿处理，具体地，控制器14预先存储一个补偿初始数字量D_初＝10000；然后每隔(1/75k约等于1.333*10^-5)秒的时间，控制器14的输出数字量加一，也就是：D₁＝D_初，D₂＝D_初+1，D₃＝D_初+2，D₄＝D_初+3,……D₁₀₅₈₈＝D_初+10587；控制器14控制第二数字模拟转换器21的输出10588个模拟电压值，对应10588个模拟电压值A₁＝D₁*2.5/65535，A₂＝D₂*2.5/65535，A₃＝D₃*2.5/65535，……，A₁₀₅₈₈＝D₁₀₅₈₈*2.5/65535；第二数字模拟转换器21输出的模拟电压值控制可变增益放大器20放大超声波回波信号，弥补超声波回波信号由于距离衰减的能量值，提高了计算结果的准确性。

综上所述，本发明提供的超声液位测量装置，所述超声波传感器11和压力传感器12沿竖直方向上由上到下依次设置，所述反射件15的反射面朝向右侧倾斜，且反射面与水平面的夹角为45度，且反射面能够接收超声波传感器11发出的信号，使得反射面能够实现对超声波传感器11所发信号的接收及反射；45度的设置能够后续的计算数据更加准确，方便；所述超声波传感器11与控制器14连接，所述控制器14与处理器13连接，所述控制器14控制超声波传感器11发送发波信号及采集回波信号，控制器14能够根据发波信号与回波信号的时间差计算出超声波传感器11与液面22之间的距离，并将超声波传感器11与液面22之间的距离发送给处理器13，实现对超声波传感器11与液面22之间距离的计算；所述压力传感器12与处理器13连接，处理器13接收压力传感器12发送的压力信号，并将压力信号发送给控制器14，控制器14采集压力信号并根据压力信号计算出压力传感器12与液面22之间的距离，实现后续的对液位的计算；采用反射面的设置，减少了垂直方向上超声波传感器11的安装高度，结合压力传感器12测量的液位，避免了在出现测量盲区时，无法对液位进行测量的问题。

本发明提供的超声液位测量方法，先记录超声波传感器11与液面22之间的距离D_原和压力传感器12的数值AD_压；之后采用公式D_压＝K_压*(AD_压-B_压)，计算压力传感器12距液面22的距离D_压；再计算压力传感器12的有效阈值D_超1+D_反射面压-D_超盲；比对D_压和压力传感器12的有效阈值，计算液面22距井底距离D_液；若D_压小于压力传感器12的有效阈值，根据公式D_液＝D_井-D_超偏-D_超+D_超1，计算D_液；若D_压大于压力传感器12的有效阈值，根据公式D_液＝D_井-D_压偏+D_压，计算D_液；通过对压力传感器12的有效阈值的计算，对压力传感器12距液面22的距离进行比较，分别用两种不同的方式进行计算，避免了出现测量盲区无法计算的情况，保证测量数据的准确性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种超声液位测量装置，其特征在于，包括超声波传感器、压力传感器、处理器、控制器和反射件；

所述超声波传感器和压力传感器沿竖直方向由上至下依次设置，所述反射件的反射面朝向设有超声波传感器的一侧倾斜，且反射面与水平面的夹角为45度，所述反射面的中点在超声波传感器在水平方向的中心线的延长线上；所述超声波传感器与所述控制器连接，所述控制器与处理器连接，所述压力传感器与处理器连接，所述控制器控制超声波传感器发送超声波信号到液面，所述控制器控制超声波传感器采集超声波回波信号，所述控制器根据发波信号与回波信号的时间差计算出超声波传感器与液面之间的距离，并将计算出的超声波传感器与液面之间的距离发送给处理器；所述处理器接收所述超声波传感器距液面的距离并采集所述压力传感器的压力信号，所述处理器根据超声波传感器距液面的距离和压力传感器距液面的距离，计算液面的高度。

2.根据权利要求1所述的超声液位测量装置，其特征在于，还包括温度传感器；

所述温度传感器设在超声波传感器与压力传感器之间，所述温度传感器与所述处理器连接，所述温度传感器感应所处环境的温度信息，所述处理器采集温度传感器的温度信息，并将温度信息发送给控制器，所述控制器采集所述温度信息并计算出当前温度值。

3.根据权利要求2所述的超声液位测量装置，其特征在于，所述超声波传感器的频率为75khz。

4.根据权利要求3所述的超声液位测量装置，其特征在于，还包括第一数字模拟转换器和功率放大器；

所述第一数字模拟转换器的输入端与控制器连接，所述第一数字模拟转换器的输出端与功率放大器的输入端连接，所述功率放大器的输出端与超声波传感器的输入端连接，所述第一数字模拟转换器用于实现正弦波的数值模拟转换功能，所述功率放大器用于实现正弦波信号的功率放大功能。

5.根据权利要求4所述的超声液位测量装置，其特征在于，还包括模拟数字转换器和可变增益放大器；

所述超声波传感器的输出端与可变增益放大器的输入端连接，所述可变增益放大器的输出端与模拟数字转换器的输入端连接，所述模拟数字转换器的输出端与控制器连接，所述可变增益放大器用于增益放大超声波传感器的回波信号，所述模拟数字转换器用于实现增益放大信号的模拟数字转换功能。

6.根据权利要求5所述的超声液位测量装置，其特征在于，还包括第二数字模拟转换器；

所述第二数字模拟转换器的输入端与控制器连接，所述第二数字模拟转换器的输出端与可变增益放大器连接，所述第二数字模拟转换器用于实现对距离补偿参数的数字转模拟部分，以输出给可变增益放大器调节补偿能量值。

7.根据权利要求6所述的超声液位测量装置，其特征在于，所述控制器为可编程逻辑控制器。

8.一种超声液位测量方法，其特征在于，所述超声液位测量方法包括有下列步骤：

S1.记录超声波传感器与液面之间的距离D_原和压力传感器的数值AD_压；

S2.根据公式计算压力传感器距液面的距离D_压，D_压＝K_压*(AD_压-B_压)，其中K_压为压力传感器AD值转换液位的斜率值，AD_压为压力传感器对应当前液位下的数字信号量，B_压为压力传感器零点液位对应AD值的偏移量；

S3.计算压力传感器的有效阈值D_超1+D_反射面压-D_超盲，其中D_超1为超声波传感器距反射件的距离，D_反射面压为反射件中心到压力传感器中心的垂直距离，D_超盲为超声波传感器测量方法的测量盲区；

S4.比对D_压和压力传感器的有效阈值，计算液面距井底距离D_液；

S5.若D_压小于压力传感器的有效阈值，计算D_液；

根据公式D_液＝D_井-D_超偏-D_超+D_超1，其中D_井为井的深度，D_超偏为超声波传感器距井口距离，D_超为超声波传感器到液面的发送超声波路径值温度补偿后的数值；

S6.若D_压大于压力传感器的有效阈值，计算D_液；

根据公式D_液＝D_井-D_压偏+D_压，其中D_压偏为压力传感器距井口距离。

9.根据权利要求8所述的超声液位测量方法，其特征在于，所述步骤S5还包括：

S51.记录当前温度值T；

S52.计算D_超；

根据公式D_超＝Kt*D_原*T，其中Kt为补偿因子；

S53.计算D_液。

10.根据权利要求9所述的超声液位测量方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括如下步骤：

S01.对回波数据采用平滑滤波处理的方法处理；

S02.对回波数据进行动态调节检波周期处理；

S03.对回波过程中超声波能量进行距离动态补偿处理。