超声波液位计测量方式研究与探讨 十三

2．3．2超声波的衰减

声波在介质中传播时，会发生衰减。发生衰减的原因有：传播介质的吸收、散射和声波扩散。其中，传播介质对声波的吸收是衰减的主要原因。

声波的吸收是由介质的热传导、粘滞性及微观吸收引起的，声吸收将声能转换成热能，导致声波衰减。声波散射引起的衰减是由于大量尺寸远小于波长的散射粒子引起的。

超声波频率越高，其方向性就越强，由于扩散71起的超声波衰减就越小。因此，超声波的频率不能太小。然而，超声波频率越高，由于介质吸收造成的衰减就越大。因此，超声波的频率也不能太大。

第三章超声波液位计的整体设计

3．1超声波液位计系统结构

超声波液位测量系统基于“回波测距”的原理。由超声波的发射探头发射超声波，声波遇到障碍物后反射，由超声波接收探头接收。测出从超声波发射脉冲串至接收到回波信号的传输时间，及超声波在介质中的实际传输速度，就可算出液位高度。

为了尽可能的提高系统精度，本测量系统将超声波检测技术与计算机技术相结合，对连续及定点液位进行自动测量，并能显示和打印出液位数据，还有预报警功能。

由上述章节可知，超声波在介质中的传播速度不是固定值，随温度的变化而变化，因此很多超声波液位计测量系统通过温度补偿，实现高精度的测量。

在本设计中，采用设置参考挡板对声速进行校正，不需采集环境温度。利用挡板进行声速校正的超声波液位计的系统结构如图3-1所示。在超声波探头与液面之间设置一个反射性能良好的挡板，挡板与探头之间的距离是固定的。探头选用R／T40—16型，即一发一收双探头模式，中心频率40KHz，探头外壳直径16mm。首先，通过测得超声波从发射探头经挡板反射回到接收探头的传播时间差，可获得测量环境下超声波实际声速，以此作为液位计算中的参考声速，达到声速校正的目的，从而实现高精度的液位测量。

系统工作原理：上电后，单片机管脚p2．0发出一组40kHz的方波，经发射电路升压放大后激发超声波发射探头T40发射超声波，接收探头R40接收到反射回波后经接收电路放大滤波，将正弦波转换成方波信号，作为单片机计时的外部中断信号。单片机接收两次中断信号，分别是挡板回波中断和液面回波中断，分别由单片机定时器T0和T1计时。挡板回波计时只为了获得参考声速，由液面回波计时和参考声速来计算探头与液面的距离，进而由单片机计算出实际液位值，最后由7段LED数码管显示。发射探头和接收探头呈一定角度安装，挡板固定在探头下方距离一定的位置。当两探头水平安装位置相距很近时，可近似垂直液面安装。

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