[发明专利]一种精确温度补偿超声波液位检测方法及系统

权利要求书

1.一种精确温度补偿超声波液位检测方法，其特征在于，包括：

输出控制信号产生一束和超声波换能器频率相匹配的PWM激励波，并进行放大处理；

输出激励信号，向被测液体发射一束超声波，接收被测液体反射回来的超声波，产生振荡信号，并记录超声波发射时间t₁和超声波接收时间t₂，计算超声波传播时间Δt，产生回波信号，其中Δt＝t₂-t₁；

接收回波信号，并通过测量脉冲的信号强度，自动调节电路增益，使脉冲信号强度满足门限要求，得到脉冲信号超过门限的宽度时间t_v和超声波平均传输时间

获取重复测量x次超声换能器处的空气温度值，计算得到第一温度平均值和对应的第一声速值v_cl；

获取重复测量x次被测液体的表面温度值，计算得到第二温度平均值和对应的第二声速值v_cr；

基于温漂补偿因子δ和声速差Δv建立温度补偿公式；

基于未进行温度补偿的被测液面测量距离l和温度补偿距离l'计算得到目标液位测量距离l_总；

其中，基于第一声速值v_cl和第二声速值v_cr计算声速差Δv，其中Δv＝v_cl-v_cr；当Δv＞0时，说明超声波换能器周围温度较高，声速较高，液面周围空气温度较低，声速较低，应当进行负补偿；当Δv0时，超声波换能器周围温度较低，液面周围空气温度较高，应当进行正补偿；δ＝a(e^b·Δv-1)；其中，a、b为环境系数，e为自然常数；

具体是对超声波换能器处的空气温度进行测量，本地测量得到的温度记为c₁，在此温度下对应的空气中的声速为s₁；然后测量被测液体或物体的表面温度，记为c₂，在此温度下对应的空气中的声速为s₂；将温差记为Δc＝|c₂-c₁|，超声波速度差为Δv＝|v₂-v₁|；通过实验发现，液位计温差所形成的声速差值与温差产生的液位计测量误差呈指数关系，差值越大温漂越大，因此从此处引入了一种新的温差补偿算法，温漂补偿因子δ的计算公式如下：

δ＝a(e^b·Δv-1)； (1)

其中，e为自然常数，系数a和b与液位计安装环境有关，Δv为温差形成的声速差，则温差补偿的公式如下：

l'＝δ·t_s； (2)

其中，δ为温漂补偿因子，t_s为液位计测量时得到的超声波的传播时间。

2.如权利要求1所述的精确温度补偿超声波液位检测方法，其特征在于，接收回波信号，并通过测量脉冲的信号强度，自动调节电路增益，使脉冲信号强度满足门限要求，得到脉冲信号超过门限的宽度时间t_v和超声波平均传输时间具体步骤包括：

对回波信号电压与电路基准门限电压v'进行比较，记录信号超过门限的时间t_i和小于门限的时间t_j，计算得到脉冲信号超过门限的宽度时间t_v，其中t_v＝t_j-t_j。

3.如权利要求2所述的精确温度补偿超声波液位检测方法，其特征在于，接收回波信号，并通过测量脉冲的信号强度，自动调节电路增益，使脉冲信号强度满足门限要求，得到脉冲信号超过门限的宽度时间t_v和超声波平均传输时间具体步骤还包括：

对n个回波信号根据信号强度进行升序排列，选出排列在前的m个数据，分别为t_v1、t_v2……t_vm，保留对应的m个时间数据为Δt₁、Δt₂……Δt_m，其中mn；

计算超声波平均传输时间