超聲波液位計測量方式研究與探討 二十五

5．1發射電路的調試

發射電路是整個系統硬件電路的基礎，因此發射電路的調試工作非常關鍵。由于單片機發出的方波信號不足以驅動超聲波探頭工作，因此，嘗試了很多種方式來對信號進行升壓放大。

最先想到的一個辦法是采用三極管對信號進行放大，實際操作后發現，單單采用三極管無法驅動超聲波探頭正常工作，因為它的電壓依然很低。這時就需要尋找一種辦法為其升壓，先后試用了多種方法后，發現首先用三極管放大電流，再用變壓器升壓，可有效驅動超聲波探頭發射超聲波。因此實驗中采用三極管9013和變壓器實現了對信號的放大升壓，成功驅動超聲波探頭發射。

激發出的脈沖頻率與激發脈沖頻率相符，且從圖中也可以看出激發出來的波形具有明顯的波峰，結果符合實驗要求。

另外需要注意的足，除了要達到一定的電壓和驅動功率外，訊40超聲波探頭中心頻率40KHz，它只有在40±1 KHz范圍內才可激發超聲波，所以單片機產生的方波信號頻率一定要在此范圍內。

5．2實驗數據

在前面第三章，假設探頭發出的超聲波聲束是沒有擴散角的理想情況，理論計算出了在探頭與擋板不同安裝方式下的超聲波液位計的最大量程。經試驗表明，由于超聲波聲束有擴散角的存在，因此實際測量量程比理論計算值要大一些。

另外，量程的大小還與超聲波探頭驅動功率有關。下面就給定情況下的實驗結果進行討論。

由于兩超聲波探頭離得越遠，接收探頭接收到的信號越弱，信號處理也比較復雜；而兩探頭離得太近，則會產生較大的干擾，加大信號處理的難度；因此，需要合理設置兩探頭的距離。由T／R40．16型雙探頭的性能可知，兩探頭之間的最佳距離是4cm。因此這里以a=2cm為例，給出實驗結果，如表5-1所示。由于這里測量的是探頭與水面之間的距離，因此，在軟件程序中，h a蘭≥。但當此系統應用于罐裝液位測量時，需要直接獲得所存儲的液體液位高度，這時，軟件程序的設置應該為h—H一二Σ，即用探頭到儲罐底部的距離H減去超聲波探頭到液面的距離。因此，實驗結果是指探頭與液面的距離，并且是測量5次求平均值的結果，這樣可消除由CPU定時器引起的誤差。

因為設置了聲速校正參考擋板，所以盲區為50cm。此實驗的量程范圍是O．5～4m。由于實驗條件有限，對長距離的標定有一定的難度，因此，實驗中只測量了60cm～2m范圍內的數值，測量間隔20cm。實驗中采用遞增與遞減循環測量的方法，測量了5組數據，這些測量值是在測量子程序中經平均計算后的結果，測量穩定性較好，測量誤差隨測量距離的增大而略有增加，在2m范圍內的測量最大誤差不超過0．5cm，相對誤差低于0．5％，相對于傳統超聲波液位計在精度上有了很大的提高，完全可以滿足一般工業測量要求。

由于探頭的角度難于精確測定，所以在實驗中統一選取了相對比較容易實現的O．5。角進行測量。擋板也統一固定在距探頭50cm處。擋板需選用反射性能良好的平面板，實驗中選用的是普通玻璃。

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