超声波传感器主要由如下四个部分构成:
1.发送器:通过振子(一般为陶瓷制品,直径约为15 mm)振动产生超声波并向空中幅射。
2.接收器:振子接收到超声波时,根据超声波发生相应的机械振动,并将其转换为电能量,作为接收器的输出。
3.控制部分:通过用集成电路控制发送器的超声波发送,并判断接收器是否接收到信号(超声波),以及已接收信号的大小。
4.电源部分:超声波传感器通常采用电压为dc12v ± 10 % 或 24v ± 10 %外部直流电源供电,经内部稳压电路供给传感器工作。超声波测量液位的基本原理是:由超声探头发出的超声脉冲信号,在气体中传播,遇到空气与液体的界面后被反射,接收到回波信号后计算其超声波往返的传播时间,即可换算出距离或液位高度。
超声波测量方法有很多其它方法不可比拟的优点:
(1)无任何机械传动部件,也不接触被测液体,属于非接触式测量,不怕电磁干扰,不怕酸碱等强腐蚀性液体等,因此性能稳定、可靠性高、寿命长;
(2)其响应时间短可以方便的实现无滞后的实时测量。
系统采用的超声波传感器的工作频率为40khz左右。由发射传感器发出超声波脉冲,传到液面经反射后返回接收传感器,测出超声波脉冲从发射到接收到所需的时间,根据媒质中的声速,就能得到从传感器到液面之间的距离,从而确定液面。考虑到环境温度对超声波传播速度的影响,通过温度补偿的方法对传播速度予以校正,以提高测量精度。计算公式为:
v=331.5+0.607t (1)
式中:v为超声波在空气中传播速度;t为环境温度。
s=v ×t/2=v×(t1-t0)/2 (2)
式中:s为被测距离;t为发射超声脉冲与接收其回波的时间差;t1为超声回波接收时刻;t0为超声脉冲发射时刻。利用mcu的捕获功能可以很方便地测量t0时刻和t1时刻,根据以上公式,用软件编程即可得到被测距离s。由于本系统的mcu选用了具有soc特点的混合信号处理器,其内部集成了温度传感器,因此可利用软件很方便的实现对传感器的温度补偿。
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