管状多点反馈式液位测量装置及其测量方法
【专利摘要】本发明提供一种管状多点反馈式液位测量装置及其测量方法，该装置包括：导波管、声波收发器、数据采集及控制器和多个信息反馈环；声波收发器和数据采集及控制器都固定在导波管的其中一端；声波收发器电连接数据采集及控制器；导波管的内壁按预设间距固定有多个信息反馈环；声波收发器用于当接收到测量开启指令时发出声波信号、接收信息反馈环返回的声波，并检测信息反馈环的回波时间、接收被测液面返回的声波，并检测被测液面的回波时间；数据采集及控制器用于根据信息反馈环的回波时间及预设的信息反馈环的固定位置计算出导波管内的声速，再根据声速及所述被测液面的回波时间计算被测液体的液位。本装置结构简单、成本低；其测量方法结果精度高。
【专利说明】管状多点反馈式液位测量装置及其测量方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及液位测量【技术领域】，特别是涉及一种管状多点反馈式液位测量装置， 以及一种管状多点反馈式液位测量装置的测量方法。

【背景技术】
[0002] 液位的有效测量，对工农业生产、人民生活及防止自然灾害发生具有非常重要的 意义。目前，各防汛部门使用的液位遥测站，一般都使用浮子式液位计或压力式液位计；浮 子式液位计需要一个能消波的测井，但其测量时，需建立一个测井，测量过程复杂，投资较 大，成本非常高；压力式液位计在测量时容易随液体漂移，其测量的精度较低。


【发明内容】

[0003] 基于此，本发明提供一种管状多点反馈式液位测量装置，该装置结构简单、成本较 低。
[0004] 本发明还提供一种管状多点反馈式液位测量装置的测量方法，该测量方法测量过 程快速简单，测量结果精度高。
[0005] -种管状多点反馈式液位测量装置，包括：导波管、声波收发器、数据采集及控制 器和多个信息反馈环；
[0006] 所述声波收发器和数据采集及控制器都固定在所述导波管的其中一端；所述声波 收发器电连接所述数据采集及控制器；
[0007] 所述导波管的内壁按预设间距固定有多个所述信息反馈环；
[0008] 所述声波收发器用于当接收到测量开启指令时发出声波信号、接收所述信息反馈 环返回的声波，并检测信息反馈环的回波时间、接收被测液面返回的声波，并检测被测液面 的回波时间；
[0009] 所述数据采集及控制器用于根据所述信息反馈环的回波时间及预设的信息反馈 环的固定位置计算出所述导波管内的声速，再根据所述声速及所述被测液面的回波时间计 算被测液体的液位。
[0010] 一种管状多点反馈式液位测量装置的测量方法，包括如下步骤：
[0011] 将所述导波管坚直插入到被测液体的底部，其中，固定在所述导波管一端的声波 收发器和数据采集及控制器在被测液体的液面之上；
[0012] 所述声波收发器在接收到测量开启指令时发出声波信号；
[0013] 所述声波收发器接收所述信息反馈环返回的声波，并检测信息反馈环的回波时 间；
[0014] 所述声波收发器接收被测液面返回的声波，并检测被测液面的回波时间；
[0015] 所述数据采集及控制器根据所述信息反馈环的回波时间及预设的信息反馈环的 固定位置计算出所述导波管内的声速，再根据所述声速及所述被测液面的回波时间计算被 测液体的液位。
[0016] 本发明管状多点反馈式液位测量装置，通过声波收发器发出声波信号，再接收信 息反馈环及被测液面的回波，获得回波时间，数据采集及控制器根据最靠近被测液面的两 个信号反馈环的回波时间，计算出导波管内的声速，再根据声速计算出最靠近被测液面的 信号反馈环与被测液面的距离，从而得出液位。该装置结构简单并且成本较低，利用该测 量装置采用本发明的测量方法进行液位测量时，其测量过程简单、测量结果精度高、稳定性 好、分辨率高，并且可靠性好。

【专利附图】

【附图说明】
[0017] 图1为本发明管状多点反馈式液位测量装置在一实施例中的结构示意图。
[0018] 图2为本发明管状多点反馈式液位测量装置系统在一实施例中的测量过程示意 图。
[0019] 图3为本发明管状多点反馈式液位测量装置系统在一实施例中的数据采集及控 制器的结构示意图。
[0020] 图4为本发明管状多点反馈式液位测量装置的测量方法在一实施例中的流程示 意图。

【具体实施方式】
[0021] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于 此。
[0022] 如图1所示，是本发明管状多点反馈式液位测量装置在一实施例中的结构示意 图，包括：导波管10、声波收发器20、数据采集及控制器30和多个信息反馈环（401至 405)；
[0023] 所述声波收发器20和数据采集及控制器30都固定在所述导波管10的其中一端； 所述声波收发器20电连接所述数据采集及控制器30 ;
[0024] 导波管10的长度，需根据被测液体的深度而确定；导波管10的一端固定有声波收 发器20和数据采集及控制器20,则另一端在测量时插入到被测液体的底部，使导波管10能 坚直固定在被测液体上，导波管10的长度大于被测液体的液位。
[0025] 所述导波管10的内壁按预设间距固定有多个所述信息反馈环（401至405);信息 反馈环用于返回声波信号，可为金属材质的反馈环；信息反馈环的个数及各个反馈环在导 波管10内壁的设置间距可根据实际需要而选择，反馈环的个数越多、设置间距越小，则可 使测量结果更为精确；在固定好信息反馈环后，则可根据导波管10的管体长度，预先确定 各个信息反馈环的编号、固定位置及间距等信息。
[0026] 所述声波收发器20用于：当接收到测量开启指令时发出声波信号；接收所述信息 反馈环返回的声波，并检测信息反馈环的回波时间；接收被测液面返回的声波，并检测被测 液面的回波时间；
[0027] 所述数据采集及控制器30用于根据所述信息反馈环的回波时间及预设的信息反 馈环的固定位置计算出所述导波管10内的声速，再根据所述声速及所述被测液面的回波 时间计算被测液体的液位。
[0028] 在一较佳实施例中，所述数据采集及控制器30还可用于计算被测液体的液位：
[0029]

【权利要求】
1. 一种管状多点反馈式液位测量装置，其特征在于，包括：导波管、声波收发器、数据 采集及控制器和多个信息反馈环； 所述声波收发器和数据采集及控制器都固定在所述导波管的其中一端；所述声波收发 器电连接所述数据采集及控制器； 所述导波管的内壁按预设间距固定有多个所述信息反馈环； 所述声波收发器用于当接收到测量开启指令时发出声波信号、接收所述信息反馈环返 回的声波，并检测信息反馈环的回波时间、接收被测液面返回的声波，并检测被测液面的回 波时间； 所述数据采集及控制器用于根据所述信息反馈环的回波时间及预设的信息反馈环的 固定位置计算出所述导波管内的声速，再根据所述声速及所述被测液面的回波时间计算被 测液体的液位。
2. 根据权利要求1所述的管状多点反馈式液位测量装置，其特征在于，所述数据采集 及控制器还用于： 计算被测液体的液位：
其中，L为所述液位，L1为预设的导波管的管体长度，L3为所述声波收发器与第二信息 反馈环的距离，V为所述声速，
，L4为第一信息反馈环与所述第二信息反馈环的 距离，T1为第一信息反馈环的回波时间，T2为所述第二信息反馈环的回波时间，T3为所述 被测液面的回波时间；其中，所述第一信息反馈环和所述第二信息反馈环为在被测液面以 上的与被测液面距离最近的两个信息反馈环，第一信息反馈环与被测液面的距离大于第二 信息反馈环与被测液面的距离。
3. 根据权利要求1所述的管状多点反馈式液位测量装置，其特征在于，所述声波收发 器还用于发出预设频率的声波信号。
4. 根据权利要求1所述的管状多点反馈式液位测量装置，其特征在于，所述导波管的 管体长度大于所述被测液体的液位。
5. 根据权利要求1所述的管状多点反馈式液位测量装置，其特征在于，各个所述信息 反馈环之间的间距相等。
6. 根据权利要求2所述的管状多点反馈式液位测量装置，其特征在于，所述数据采集 及控制器包括主控单元、电源管理控制单元、信号控制及采集处理单元、数据存储单元和通 讯单元； 所述主控单元分别与所述电源管理控制单元、信号控制及采集处理单元、数据存储单 元和通讯单元连接，所述信号控制及采集处理单元与所述声波收发器连接； 所述信号控制及采集处理单元用于接收所述主控单元的控制指令，控制所述声波收发 器的开启或关闭，以及用于接收所述声波收发器发送的数据并传输到主控单元；所述主控 单元用于根据所述声波收发器发送的数据计算所述液位；所述数据存储单元用于存储所述 液位，以及存储预先设置的所述导波管的管体长度以及所述各个信息反馈环的固定位置； 所述电源管理控制单元用于供电；所述主控单元还用于通过所述通讯单元连接至远程监控 系统。
7. -种如权利要求1至6任一项所述的管状多点反馈式液位测量装置的测量方法，其 特征在于，包括如下步骤： 将所述导波管坚直插入到被测液体的底部，其中，固定在所述导波管一端的声波收发 器和数据采集及控制器在被测液体的液面之上； 所述声波收发器在接收到测量开启指令时发出声波信号； 所述声波收发器接收所述信息反馈环返回的声波，并检测信息反馈环的回波时间； 所述声波收发器接收被测液面返回的声波，并检测被测液面的回波时间； 所述数据采集及控制器根据所述信息反馈环的回波时间及预设的信息反馈环的固定 位置计算出所述导波管内的声速，再根据所述声速及所述被测液面的回波时间计算被测液 体的液位。
8. 根据权利要求7所述的管状多点反馈式液位测量装置的测量方法，其特征在于，所 述数据采集及控制器根据所述信息反馈环的回波时间及预设的信息反馈环的固定位置计 算出所述导波管内的声速，再根据所述声速及被测液面的回波时间计算被测液体的液位的 步骤为： 计算被测液体的液位：
其中，L为所述液位，L1为预设的导波管的管体长度，L3为所述声波收发器与第二信息 反馈环的距离，V为所述声速，
，L4为第一信息反馈环与所述第二信息反馈环的 距离，T1为第一信息反馈环的回波时间，T2为所述第二信息反馈环的回波时间，T3为所述 被测液面的回波时间；其中，所述第一信息反馈环和所述第二信息反馈环为在被测液面以 上的与被测液面距离最近的两个信息反馈环，第一信息反馈环与被测液面的距离大于第二 信息反馈环与被测液面的距离。
【文档编号】G01F23/296GK104061980SQ201410311854
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月1日 优先权日:2014年7月1日
【发明者】陈军强, 钟道清, 黄灶金 申请人:广东华南水电高新技术开发有限公司