超聲波液位計測量方式研究與探討 十三

2．3．2超聲波的衰減

聲波在介質中傳播時，會發生衰減。發生衰減的原因有：傳播介質的吸收、散射和聲波擴散。其中，傳播介質對聲波的吸收是衰減的主要原因。

聲波的吸收是由介質的熱傳導、粘滯性及微觀吸收引起的，聲吸收將聲能轉換成熱能，導致聲波衰減。聲波散射引起的衰減是由于大量尺寸遠小于波長的散射粒子引起的。

超聲波頻率越高，其方向性就越強，由于擴散71起的超聲波衰減就越小。因此，超聲波的頻率不能太小。然而，超聲波頻率越高，由于介質吸收造成的衰減就越大。因此，超聲波的頻率也不能太大。

第三章超聲波液位計的整體設計

3．1超聲波液位計系統結構

超聲波液位測量系統基于“回波測距”的原理。由超聲波的發射探頭發射超聲波，聲波遇到障礙物后反射，由超聲波接收探頭接收。測出從超聲波發射脈沖串至接收到回波信號的傳輸時間，及超聲波在介質中的實際傳輸速度，就可算出液位高度。

為了盡可能的提高系統精度，本測量系統將超聲波檢測技術與計算機技術相結合，對連續及定點液位進行自動測量，并能顯示和打印出液位數據，還有預報警功能。

由上述章節可知，超聲波在介質中的傳播速度不是固定值，隨溫度的變化而變化，因此很多超聲波液位計測量系統通過溫度補償，實現高精度的測量。

在本設計中，采用設置參考擋板對聲速進行校正，不需采集環境溫度。利用擋板進行聲速校正的超聲波液位計的系統結構如圖3-1所示。在超聲波探頭與液面之間設置一個反射性能良好的擋板，擋板與探頭之間的距離是固定的。探頭選用R／T40—16型，即一發一收雙探頭模式，中心頻率40KHz，探頭外殼直徑16mm。首先，通過測得超聲波從發射探頭經擋板反射回到接收探頭的傳播時間差，可獲得測量環境下超聲波實際聲速，以此作為液位計算中的參考聲速，達到聲速校正的目的，從而實現高精度的液位測量。

系統工作原理：上電后，單片機管腳p2．0發出一組40kHz的方波，經發射電路升壓放大后激發超聲波發射探頭T40發射超聲波，接收探頭R40接收到反射回波后經接收電路放大濾波，將正弦波轉換成方波信號，作為單片機計時的外部中斷信號。單片機接收兩次中斷信號，分別是擋板回波中斷和液面回波中斷，分別由單片機定時器T0和T1計時。擋板回波計時只為了獲得參考聲速，由液面回波計時和參考聲速來計算探頭與液面的距離，進而由單片機計算出實際液位值，最后由7段LED數碼管顯示。發射探頭和接收探頭呈一定角度安裝，擋板固定在探頭下方距離一定的位置。當兩探頭水平安裝位置相距很近時，可近似垂直液面安裝。

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