超声波检测系统设计
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)
摘要
钢管在生产和加工的过程中，其内部或者外部会产生分层、裂纹等各种缺陷。目前比较广泛的一种无损检测方法是超声波探伤，它可以在不损伤被检测对象的内部结构的前提下进行检测。论文以超声探伤理论为基础，利用CPLD强大的逻辑处理功能结合单片机MCU作为系统的核心开发了超声检测系统。在论文设计的过程中，采用了模块化的设计方案，提高了系统的可靠性；在主控芯片上选择了低成本的单片机MCU和可编程逻辑控制器件CPLD,提高了系统开发的灵活性。
在设计中首先对超声波检测技术进行介绍，并对超声波检测的基本理论进行探讨。对设计中的数字式超声波探伤仪的总体设计及各功能模块进行探讨，之后重点研究超声检测系统的硬件设计，包括超声波的激励电路，信号处理模块，MCU模块以及数据采集处理系统的设计。最后利用LabVIEW对超声检测系统进行软件设计，并进行总体流程的设计及下位机的设计。
关键词超声波探伤虚拟仪器CPLD单片机
Abstract
In the production and processing of iron and steel materials,its internal and external will produce a layered,cracks and other defects.The relatively wide range of a nondestructive testing method is ultrasonic flaw detection that can not damage the object to be detected in the internal structure of the premise of testing with the basis of the ultrasonic flaw detection theory,the CPLD and MCU are the core of system development of ultrasonic testing system.In the process,to design it use a modular design to improve the reliability of the system;and select low cost MCU single-chip microcomputer and programmable logic control device CPLD in the main control chip to enhance the system flexibility.
In the paper, the ultrasonic detection technique is introduced,and then the basic theory of ultrasonic testing id discussed.Then the design of the digital ultrasonic flaw detector in the general design and the functional module is discussed,then focuses on the hardware design of ultrasonic detection system,including the ultrasonic transmitting circuit,receiving circuit,MCU module and data acquisition and processing system design.Finally using LabVIEW on ultrasonic detection system for the software design,the system software design of the overall process,ultrasonic excitation pulse signal generating,data acquisition system control logic in this paper.
Key words Ultrasonicexamination VirtualInstrument CPLD MCU
目录
摘要......................................................................................................................................................... I Abstract ...................................................................................................................................................... I I 第1章绪论. (1)
1.1 课题背景 (1)
1.2 超声波的概念和方法 (1)
1.2.1 超声波检测技术 (2)
1.2.2 超声无损检测的发展趋势 (2)
1.2.3 国内外发展状况 (3)
1.3 虚拟仪器的发展 (4)
1.3.1 虚拟仪器的概念 (4)
1.3.2 虚拟仪器的优点 (4)
1.4 本设计研究内容及研究意义 (5)
第2章超声波及超声波检测的原理 (6)
2.1 超声波 (6)
2.1.1 超声波的分类 (6)
2.1.2 超声波的传播衰减 (7)
2.1.3 超声波的速度及波长 (7)
2.1.4 超声波探伤的原理 (8)
2.2 探头的选择及缺陷的定位 (10)
2.2.1 探头 (10)
2.2.2 探头频率的选择 (10)
2.2.3 判断缺陷的存在 (11)
2.2.4 缺陷的定位 (12)
第3章系统硬件设计 (15)
3.1 超声波检测系统总体设计 (15)
3.2 超声激励电路 (16)
3.3 信号采集电路 (17)
3.3.1 限幅保护电路 (17)
3.3.2 放大电路 (18)
3.3.3 滤波电路 (18)
3.3.4 检波电路 (21)
3.3.5 A/D转换电路及数据存储电路 (21)
3.4 单片机及CPLD电路 (22)
3.5 其他电路的设计 (24)
3.5.1 光电耦合电路 (24)
3.5.2 电源电路 (25)
3.5.3 通讯接口电路 (26)
第4章系统软件设计 (28)
4.1 LabVIEW的程序结构 (28)
4.2 上位机软件设计 (28)
4.3 下位机软件部分设计 (29)
4.3.1 数据采集 (31)
4.3.2 CPLD的程序设计 (31)
4.3.3 MCU的程序设计 (32)
结论 (34)
致谢 (35)
参考文献 (36)
CONTENTS
Abstract(Chinese).................................................................................................................................... I Abstract..................................................................................................................................................... I I Chapter 1 Introduction. (1)
1.1 Project background (1)
1.2 The concept and method of ultrasonic (1)
1.2.1 Ultrasonic testing technology (2)
1.2.2 Development trends of ultrasonic testing (2)
1.2.3 The domestic and foreign development condition (3)
1.3 Virtual instrument development (4)
1.3.1 The concept of virtual instrument (4)
1.3.2 The advantages of virtual instrument (4)
1.4 This topic research significance and the research content (5)
Chapter 2 Ultrasonic and ultrasonic detection principle (6)
2.1 Ultrasonic wave (6)
2.1.1 Ultrasonic classification (6)
2.1.2 Ultrasonic transmission attenuation (7)
2.1.3 Ultrasonic velocity and wavelength (7)
2.1.4 The princeple of ultrasonic flaw detection (8)
2.2 Probe selection and location of defects (10)
2.2.1 Probe (10)
2.2.2 Probe frequency selection (10)
2.2.3 Judging the defects (11)
2.2.4 Defect location (12)
Chapter 3 System hardware design (15)
3.1 Ultrasonic detection system design (15)
3.2 Ultrasonic excitation circuit (16)
3.3 Signal acquisition circuit (17)
3.3.1 Limiting protection circuit (17)
3.3.2 Amplifying circuit (18)
3.3.3 Filter circuit (18)
3.3.4 Detection circuit (21)
3.3.5 The A/D converting circuit and a data storage circuit (21)
3.4 Single chip MCU and CPLD circuit (22)
3.5 The other circuit design (24)
3.5.1 A photoelectric coupling circuit (24)
3.5.2 Power supply circuit (25)
3.5.3 Communication interface circuit (26)
Chapter 4 System software design (28)
4.1 Virtual instrument system and construction method (28)
4.2 The front panel and the sampling procedure (28)
4.3 The overall process of system hardware (29)
4.3.1 Data acquisition (31)
4.3.2 CPLD program design (31)
4.3.3 MCU program design (32)
Conclusions (34)
Acknowledgements (35)
Appendix (36)
第1章绪论
1.1课题背景
随着我国现代化工业的飞速发展，高质量的材料是其重要的保障。为确保材料的质量，必须采用不破坏其性质的有效检测方法，以确保材料的安全性和可靠性，这种技术便是无损检测技术。
在五大常用无损检测(射线检测、磁粉检测、超声波检测、渗透检测和涡流检测)技术中，超声波检测技术是使用的最为广泛的一种[1]。超声波检测技术与其它的无损检测技术相比，具有应用范围广、对人体无害、易于使用、成本低、穿透力强、定位准确、以及便于现场操作等特点。超声波检测技术已广泛的应用在现代工业的各个方面，在产品设计、制造、产品测试和设备服务等各个阶段发挥了重要作用。随着计算机技术和高速设备的不断发展，使得超声波检测技术得以进一步的完善。
超声波检测已被广泛的应用，然而传统的超声波检测技术对缺陷的显示不是很直观，探伤技术难度大，容易受到其他因素的影响，它只能显示在屏幕上出现的即时回波信号，无记录和数据分析功能，检测员只能凭经验判断被检测的材料是否有缺陷，给测试结果带来了不便。若需要记录相关信息，只能将超声波探伤仪的输出连接到记录仪上进行记录。无纸记录仪只能记录很短的一段信息，而有纸记录仪只能将相关信息打印在纸质材料上，这都给数据的储存、携带、分析带来很多的不便。因此将回波信号进行数字化，并将其进行储存、显示和分析有着重要意义。在本设计中，提出了一种基于虚拟仪器的采集方案，硬件系统对模拟信号进行采集和传输，由计算机软件系统对数据进行处理。
1.2超声波的概念和方法
无损检测技术是指在不损坏被检测对象内部结构的前提下，应用了多种物理原理和化学现象，有效地检测和测试各种工程材料和零部件，进而来评估它们的连续性、完整性、安全可靠性及其物理性能。长期以来无损检测经历了三个发展阶段，即无损探伤(NDI,Non-Destructive Inspection)阶段、无损检测(NDT,Non-DestructiveTesting)和无损评价(NDE,Non-Destructive Evaluation)阶段，目前一般统称为(NDT)[2]。超声波检测是无损检测的一种，下面对超声波检测进行下具体介绍。
1.2.1超声波检测技术
超声波检测是利用超声波能渗透到被测工件的深处，并且从一截面进入到另一截面时可以通过在界面边缘发生反射的特点来检查被测工件缺陷的一种方法，当超声波探头由零件表面到钢管内部，遇到缺陷时就会发生反射，在荧光屏上形成脉冲波形。根据这些脉冲波形就可以判断缺陷位置和大小。在无损检测的领域中，应用超声波检测是最广泛的，主要因为以下几个特点。
(1)超声波有像光波一样好的方向性，尤其有相对较高的频率。
(2)超声波可以在介质中传播，遇到界面时会发生反射。
(3)超声波的衰减、声速、声抗、散射相关特性，为检测缺陷提供了全面的信息，使检测更加精确。
(4)超声波的能量较大，对各种介质的穿透能力强，在一些金属材料中，其穿透能力可达数米。
超声波在介质中传播的实质是以波动形式在介质中传播的机械振动。超声波检测常用的频率通常在0.5~10MHz，低频率的超声波用于检测衰减较大的材料，例如粗晶材料等,高频率的超声波用于高灵敏度和细晶材料检测。
1.2.2超声无损检测的发展趋势
国外的研究主要集中在超声波探伤技术的高性能超声波设备和检测系统的发展上，往往是自动化智能化和多种成像技术。另外，数字信号处理与模式识别在超声检测定性、定量化中的研究也在国外广泛使用。
近年来还兴起了超声波探伤和材料性能的评价、非接触式超声波探伤、多换能器超声检测和高频超声等。到目前为止，工业用超声检测大多停留在了解材料与构工件内是否有缺陷，或凭经验大致判断缺陷的位置和大小。近期的理论和试验研究表明，采用多参量的超声数字信号处理与模式识别技术可给出定量的结果，如缺陷的大小、位置、形状、性质。超声无损检测分析的不仅仅是信号的时域，还有幅域、相域、频域等。引入了神经网络、小波算法等对信号进行处理；与断裂力学知识相结合，现代超声检测可望进一步对构件的强度与剩余寿命进行评估，这方面成果在发达国家的电力行业中得到初步应用[3]。总的说来，在计算机和现代信号分析技术的推动下，超声无损检测向着数字化、小型化、智能化、系统化和成像化的方向发展。
1.2.3国内外发展状况
目前国内外在超声波检测技术领域都从模拟向着数字化的方向发展，即当超声波探头的回波信号经过接收部分放大以后，由A/D转换成为数字传给控制器，控制器再将随着时间和位置变化的波形信号做适当处理，就可得出超声波检测结果。然而，被检测的材料千差万别，设计者所使用的测量标准不尽相同，因此对应的超声波探伤系统也是种类多样的。和过去的模拟超声波探伤系统相比较，数字式超声波探伤系统不但解决了缺陷记录问题，还能减少人为误差，提高了探伤的可靠性。
在国外，1933年，德国的Muhihauser获得了用双探头超声波系统来探材料中缺陷的专利。1936年，德国的Pohlman用不同的方法实现了缺陷的检测。1942年，Sproule用脉冲回波法成功地检测出了钢中的缺陷。超声波的发射和接收使用了不同的探头。同时，美国Michigan大学的Firestone用4MHz的石英探头探测了6.4mm厚度铝板中的缺陷[4]。1949年，德国的Krautkramer兄弟制成了基于脉冲反射法的探伤装置，用示波器和单探头检测到了人工孔槽。Carlin于1950年获得了斜探头横波法检测的专利。通用电机的Erwin发明了超声波共振法，可用于测厚和检测胶接质量。Erdman发明了液浸法检测，并在论文中描述了自动探伤装置的电子门限、回波幅度记录、缺陷深度和部件厚度识读、B扫描装置以及10MHz以上的高频超声检测。到1950年，超声波检测已用于工业中。从1986年起，世界各主要工业国家数字化超声波探伤仪得到速发展，生产类似产品和研究的主要公司有美国的泛美(P ANAMETRICS)公司，加拿大的R/DTECH公司，德国的K-K公司，法国SOFRA TEST公司和西班牙TECNA TOM公司等。这些公司生产的超声波检测采集、分析和成像处理系统的技术水平较高[5]。而且，国外已经把100MHz以上采样频率的高速A/D技术用于超声波信号的采集，信号的分析和成像处理己实现扫描。虽然国内已开展这方面的研究与开发，但是在技术应用上还是存在一定的差距。
国内近几年也相继出现了许多数字式超声波仪器和分析系统，如上海大学与上海市电子物理研究所合作的国家“863”基金资助项目研制了输油管道超声波探伤机器人，他们采用存储异常数据的方法对数据进行压缩，用高速数据缓存的方法提高数据处理速度，该研究现在也处于实验研究阶段。长期以来，我国钢轨探伤完全依靠手推式探伤仪进行人工探伤[6]。全路现在有近8000名钢轨探伤人员使用着大约3000台手推式钢轨探伤小车，负担着将近7万公里钢轨的内部伤损检查。从1989年开始，铁道部先后从澳大利亚GEM—CO公司和美国PandrolJackson公司进了13台大型钢轨探伤车(其中12台从美国进口)，但目前这13台大型探伤车还处在消化吸收阶段，使用情况不是很理想。因此，当前我国的钢轨探伤工作仍处于以手推式探伤小车为主，大型探
伤车为辅的局面。在国外发达国家，大型钢轨探伤车得到了成功的应用。这些国家的钢轨探伤工作主要由探伤车来承担，人工探伤小车仅作为辅助手段，与我国目前的状况刚好相反[7]。所以，我们要加快研究的步伐，使我国以较快的速度跟上发达国家的发展水平。
1.3虚拟仪器的发展
1.3.1虚拟仪器的概念
虚拟仪器是指通过应用程序将计算机与功能化模块结合起来，用户可以通过图形界面来操作这台计算机，从而完成对被检测物体的采集分析、处理、显示、存储和打印。虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果；利用计算机强大的软件功能实现信号的运算分析和处理；利用I/O接口设备完成信号的采集与调理，从而完成各种测试功能的计算机测试系统[8]。虚拟仪器可以通过不同的测试功能软件模块的组合来实现多种测试功能，所以在硬件平台确定后，就有“软件就是仪器”的说法。
1.3.2虚拟仪器的优点
1.融合了计算机的硬件资源
高性能处理器、高分辨率显示器、大容量的硬盘等已成为虚拟仪器的标准配置，这就突破了传统仪器在数据处理、显示和存储方面的限制。
2.利用了计算机丰富的软件资源
实现了部分仪器硬件的软件化，节省了物质资源，增加了系统的灵活性。通过软件技术和相应的数值算法，直接对测试数据进行各种分析和处理。图形用户界面技术的应用，真正做到人机交互[9]。
3.基于计算机网络技术和接口技术
虚拟仪器具有方便、灵活的互联能力，广泛支持诸如CAN, PROFIBUS等各种工业总线的标准。因此，利用虚拟仪器技术可方便的构建自动测试系统，实现测量控制过程的网络化。
4.基于计算机的开放式标准体系结构
虚拟仪器的硬件、软件具有开放性、模块化、可重复使用及互换性的特点，用户可以根据自己的需要选用不同厂家的标准接口产品，使仪器的开发更为高效，缩短仪器的组建和开发时间[10]。
5.具有很强的灵活性
虚拟仪器的功能由用户自己定义的，这意味着可自由地组合计算机的平台、硬件、软件以及各种实现应用系统所需要的附件。
1.4本设计研究内容及研究意义
对于超声波检测系统而言，从超声波中提取包含被检测物体的特征信号成为关键。数字化的超声波检测采用了单片机作为数据处理单元，可以实现一定的数据处理能力，但是由于其硬件的开发形式缺乏灵活性，不利于用户二次开发使用，而从虚拟仪器的优点可以看到，虚拟仪器的产生正是顺应了仪器发展的潮流，就如美国公司所提出的“软件就是仪器”的概念那样，用不同的软件分析处理技术来实现不同功能的仪器，它提供的大量的分析处理函数库为信号的分析和处理提供了有力的支持，因而将超声波检测与虚拟仪器相结合有着重要的意义。考虑到超声波探伤在实际中应用最为广泛，本设计将对基于虚拟仪器技术的超声波检测的实现技术进行讨论。
论文首先介绍课题的背景、无损检测、超声检测技术及国内外发展。接着介绍了虚拟仪器技术的概念、虚拟仪器的优点，然后阐述了课题的研究意义，最后给出论文的主要研究内容。其次介绍了超声波及用于检测的超声换能器的原理，然后详细叙述并分析了系统的硬件电路的设计，分四大模块，并详细叙述了系统的软件的设计，包括上位机虚拟仪器的设计及下位机MCU和CPLD的设计。
第2章超声波及超声波检测的原理
2.1超声波
2.1.1超声波的分类
1.根据振动的持续时间
根据超声波振动的持续时间长短又可把超声波分为连续波和脉冲波。
(1)波源连续不断的振动所辐射的波称为连续波。
(2)波源振动持续时间短且间歇辐射的波称为脉冲波。目前在超声探伤中脉冲波被广泛应用。
2.根据质点的振动方向分类
根据波动传播时介质质点的振动方向与波的传播方向，我们可以把超声波分为表面波、横波、纵波等。
(1)表面波
当介质表面受到交变的应力作用时，产生沿介质表面传播的波叫做表面波，常用R表示。表面波在介质表面传播时，介质表面质点会作椭圆运动，椭圆的长轴垂直于波的传播方向，短轴平行于波的传播方向。椭圆运动可以看作为纵向振动与横向振动的合成，即纵波与横波的合成[11]。因此表面波只能在固体介质中传播而不能在液体和气体介质中传播。
(2)横波
介质中质点的振动方向与波的传播方向互相垂直的波叫做横波，用S或T表示。当介质受到交变的剪切力作用时，就会产生切变形变，从而形成横波。只有固体才能承受剪切应力，液体和气体都不能承受剪应力。因此横波只能在固体中传播，而不能在液体和气体介质中传播。
(3)纵波
介质中质点的振动方向与传播方向相同的波，叫做纵波。当介质的质点受到往复压应力的作用时，质点之间就会产生相应的伸缩形变，从而形成纵波。
2.1.2超声波的传播衰减
超声波在介质中传播时，随着距离增加超声波能量逐渐减弱的现象称为超声波衰减。引起超声波衰减的主要原因有吸收衰减、散射衰减和扩散衰减[12]。吸收衰减与散射衰减是探伤领域主要考虑的衰减，通常不包括扩散衰减。
1.吸收衰减
超声波在介质中传播时，由介质中质点间磨擦和热传导引起超声波衰减。
2.散射衰减
超声波在传播的过程中，会遇到不同介质的声阻抗界面，就会产生散乱反射，使超声波的能量损耗。散射衰减的主要原因是：不均匀性的超声波会在具有不同密度和声速的两种材料的界面上产生散射；若晶粒尺寸和超声波波长相当时，会使斜入射的超声波分散反射，从而使声能转变为热能而损耗。
3.扩散衰减
超声波在传播的过程中，由于波束的扩散能量逐渐分散，从而使单位面积内超声波的能量随距离的增加而逐渐减弱。扩散衰减仅取决于波的几何形状，与波传播的介质性质无关。
2.1.3超声波的速度及波长
超声波在介质中向前传播的速度，我们把它称为声速。不同种类的超声波，其传播速度是不同的。超声波在介质中的传播速度与介质的弹性模量和密度有着密切的关系，对于一定的介质，弹性模量和密度为常数时，故其声速也是常数。那么对于不同的介质，会有不同的声速。超声波波形不同时，介质弹性变形的方式不同，速度也不一样。因此，超声波在介质中传播的速度是表征介质声学特性的一个重要参数。超声波的频率、波长和声速之间的关系。如公式（2-1）所示。
(2-1) 其中为超声波的波长，为超声波的波速、为超声波的频率。可见在同一种介质中超声波的波长与超声波的频率成反比。
2.1.4超声波探伤的原理
超声波探伤的主要部件就是探头，探头又可分为超声发射换能器和超声接收换能器。主要原理是通过激励超声发射换能器产生超声波进入钢管中，然后再通过超声接收换能器将钢管中经过被检测材料自身或缺陷所反射、折射、衍射、散射的入射波转
换成接收信号，有缺陷的地方就会与介质将会产生不同的特征信号，接着再对接收到的信号进行分析，从而获得有关缺陷或材料的特性信息。超声波探伤按照其探伤原理可分脉冲反射法、脉冲透射法和共振法[13]。如图2-1所示。
图2-1 探伤原理
1..脉冲反射法
脉冲反射法是利用超声脉冲波入射到两种不同介质交界面上发生反射的原理进行检测的。
(1)脉冲反射法包括：多次底波法、底波高度法和缺陷回波法。
①多次底波法。当被测物体厚度较小，且超声波能量较强时，超声波可以在探测面与底面之间往复传播多次，形成多次底波。当被测物存在缺陷，则由于缺陷的反射以及散射而增加了声能的损耗，底面回波次数减少，同时也破坏了底波的衰减规律。这种根据底波回波次数和衰减情况来判断被测物有无缺陷的方法即为多次底波法。
多次底波法主要用于厚度不大、形状简单、探测面与底面平行的试件探伤，探伤的灵敏度要低于缺陷回波法。
②底波高度法。当被测物体的材料和厚度不变时，底波的高度应该是基本不变的；如果被测物体内部具有缺陷，底面回波的幅值会明显下降甚至消失，这种依据底波高度变化判断缺陷情况的方法，称为底波高度法。
③缺陷回波法。示波屏上显示的缺陷波形进行判断的方法，称为缺陷回波法。缺陷回波法是脉冲反射法检测的主要使用方法。
(2)脉冲反射法的特点
①灵敏度高。当反射声压达到晶片起始声压的1%时即能检测，因此，可以发现较小的缺陷。
②缺陷定位精度高。反射法是利用缺陷波在被测物中传播的时间，通过调节扫描速度，即调节时基轴与声程的比例来对缺陷定位的。只要仪器水平线性好，缺陷定位就准确。
2.脉冲透射法
脉冲透射法是根据脉冲波或连续波穿透被测物之后能量变化来判断缺陷情况的一种方法。脉冲透射法是将发射、接收探头分别置于钢管的两侧使两个探头的声轴处于同一条直线上，同时保证探头与钢管之间有良好的声耦合，根据超声波穿透钢管后的能量变化情况来判断钢管内部质量[14]。
(1)脉冲透射法的优点
①工件中不存在盲区，适宜薄壁工件的检测。
②与缺陷取向无关。不管缺陷取向如何，只要它阻止声束的传播路径，接收探头就能够找到。
③声波是单声程传播，故适合高衰减的材料的检测。
(2)脉冲透射法的缺点
①探测灵敏度低。只有当入射声压变化大于20%时，才能被接收探头出。
②不能确定缺陷的深度位置，仅能判断缺陷的有无和大小。
③对发射和接收探头的相对位置要求严格。需专门的探头支撑装置，操作不方便。
3.共振法
根据样品的共振特性，来确定缺陷情况和工件厚度变化的方法称为共振法。当被测物体内存在缺陷或厚度发生变化的时候，将会改变被测物的共振频率。因此，可以根据被测物的共振特性，来确定缺陷情况和被测物的厚度变化情况。共振法，通常情况用于测量样品的厚度。
2.2探头的选择及缺陷的定位
2.2.1探头
超声波探伤中使用的探头，是实现电信号与声讯号相互转换的一个器件，是超声探伤中的重要组成部分。目前所用的探头，绝大多数是根据压电效应原理制成的。根据产生超声波波型的不同，探头可分为纵波探头、横波探头和表面波探头等几类。根据探伤的方法区分，分为接触探伤用探头和水浸探伤用探头。有些探头的发射和接收功能是由两个晶片分别担当的，有些探头的入射角是可以变化的，叫做可变角度探头。还有些探头是为达到某种探伤的目的而特制的，叫专用探头[15]。超声波探伤中，由于被探工件的形状和材质、探伤的条件和探伤的目的不同，因而使用各种不同形式的探头。
超声波探伤中，超声波的发射和接收都是通过探头来实现的。探头是电子设备和超声场间联系的纽带，是超声波探伤设备的一个重要组成部分，而不是检测设备的附件。它的基本形式是直探头和斜探头。超声波探伤检测频率一般都在0.5~10MHz之间。一般来说选择频率时必须考虑到以下因素：频率的提高有利于发现更小的缺陷，这是由于波的绕射，超声波探伤灵敏度约为波长的一半的原因；分辨率高，频率高，有利于分辨相邻的缺陷；声束指向性好，频率高，能量集中，有利于发现缺陷并对缺陷进行定位；但是波长短，频率高，近场区容易出现盲区，不利于探伤检测；频率的提高，相应的衰减也会增加；频率越高，缺陷反射的指向性越好，但是如果这样回波信号不易被探头所接收。由以上分析可知，频率的高低对超声波探伤有较大的影响。一般在保证探伤灵敏度的前提下尽可能选择较低的频率。实际探伤中要全面分析考虑各方面的因素，合理选择探头的发射频率。
2.2.2探头频率的选择
超声波探伤的探测能力主要取决于探头超声频率的选取，超声频率高时波长短、能量集中、声束窄，因而发现小缺陷的能力较强，缺陷定位准确，但是扫查范围小，在材料中衰减大，穿透能力差。频率低时波长长、能量不集中、声束宽，因而发现小缺陷的能力差，但是扫描空间大，在材料中衰减小，穿透能力好。频率选择的主要依据如下：
(1)超声波探伤的灵敏度约为波长的一半，从而增加了频率，有利于发现更小的缺陷。
(2)频率高、脉冲宽度小、波长短、分辨力高，但衰减大，对探伤不利。
(3)当晶片尺寸一定的时候，频率高、波长短、半扩散角小，波束指向性好，灵敏度高，定位精确。
在超声波探伤中，常用的探头有单晶直探头、单晶斜探头、双晶探头。单晶探头兼作发射和接收用，是目前最常用的一种探头。
在设计中选用Krautkrame公司推出的B5S欧式超声波探头，Krautkramer公司是世界上最大的高技术仪器和超声无损检测探头的设计者和制造商，B5S欧式超声探头是其推出的一款高精度、低参数误差、宽适用范围的单晶纵波直探头,该探头使用了直径为24mm的晶片，其5MHz的标称频率及1.25MHz的带宽可以满足目前大多数检测任务，并能够达到很高的精度要求，加之其采用了印模压铸工艺成型，因而相比普通探头具有更高的稳定性。其内部结构如图2-2所示。
图2-2 探头的内部结构
2.2.3判断缺陷的存在
探头发射的超声波在钢管内部传播时，遇到不同介质将发生反射。反射信号的强度与反射率R的大小有关，而反射率R只与入射介质和反射介质的材料有关。由于反射信号通过的声程是一定的，换能器获得的反射信号的强度也是一定的。
1.当工件没有缺陷的时候，只有始发射脉冲波和底面反射波，两者之间没有其它回波。
2.当工件中有面积小于声束截面的小缺陷，则会在始波和底波之间有缺陷
回波。缺陷回波在时间轴上的位置可以确定缺陷在工件中的位置，当有缺陷回波出现时，底波高度下降。
3.当工件中缺陷大于声束截面的时候，全部声能被缺陷所反射，只有始波和缺陷回波，不会出现底波。
2.2.4缺陷的定位
由于超声波在介质的波速是一定的，如图2-1中的参数所示。
（2-2）若知道了工件长L的大小，则可以根据发射波到反射波与发射波到底波的时间的比值，来确定探头距缺陷的距离。
若不知道L的大小，则可以根据声束和声波在介质中传播至缺陷所需时间和波速来定位缺陷，其关系如公式（2-3）所示。
（2-3）式中C为材料中的声速，为声波遇到缺陷时的来回传播时间。
下面简单介绍一下缺陷的定量
假如缺陷尺寸小于波长一半时，由于超声波的衍射作用而将不会产生明显的反射回波，从而无法探测缺陷，因此缺陷尺寸的最小检测极限为。
工件或材料中的实际缺陷是多种多样的，其形状和性质也各不相同，而超声波的波长又比较大，要确定其大小是非常困难的，甚至是不可能的，所以只能采用相对比较法，即用未知量(缺陷)与已知量(规定的人工缺陷)的回波振幅相比较的方法，来确定缺陷的当量大小，这就是超声探伤中的缺陷定量的基本原理。
假设已经规定A处为已知量，以此处为参考，如图2-3所示。
A
有缺陷
有大缺陷
图2-3 缺陷定量示意图
则缺陷率为：
（2-4）其中—缺陷波幅值
—始波幅值
本课题的研究是检测钢管的缺陷的存在。设计过程中，通过对采样后的回波数据进行计算和分析，得到缺陷的形状和位置，并在屏幕上实时显示检测波形及参数。同时，通过峰值算法分析各种缺陷情况，更直观的显示管道缺损状况。综合上述分析，最终本方案制定了如下几项主要技术指标：
1.工作频率范围：0. 5 ~1 0MHz；
2.适应管径：297~325mm；
3.系统增益/衰减范围：-10~110dB；
4.缺陷定位精度：3mm；
5.发射电压：400V；
6.检测最小局部腐蚀面积为：50×l 0mm2。
最后，根据系统达到的性能指标，即检测的最小缺陷尺寸为50 l0探头的检测面积应小于最小检测缺陷的面积。即<500，可得D<25.6mm。我们选取晶片直径为24mm的探头，就可以满足系统的要求。
根据叠加原理，当两个高斯波接近程度达到一定值后，则无法区分这两个高斯波的波峰。所以在可分辨的情况下，我们采用来表示这两个高斯
超声波与雷达液位计选型比较
一、雷达液位计 测量原理 发射能量很低的极短的微波脉冲通过天线系统发 射并接收。雷达波以光速运行。运行时间可以通 过[wiki]电子[/wiki]部件被转换成物位信号。一 种特殊的时间延伸方法可以确保极短时间内稳定 和精确的测量。 即使工况比较复杂的情况下，存在虚假回波，用 最新的微处理技术和调试[wiki]软件[/wiki]也 可以准确的分析出物位的回波。 输入 天线接收反射的微波脉冲并将其传输给电子线 路，微处理器对此信号进行处理，识别出微脉冲 在物料表面所产生的回波。正确的回波信号识别 由智能软件完成，精度可达到毫米级。距离物料 表面的距离D与脉冲的时间行程T成正比： D=C×T/2 其中C为光速 因空罐的距离E已知，则物位L为： L=E-D 输出 通过输入空罐高度E（=零点），满罐高度F（=满量程）及一些应用参数来设定，应用参数将自动使仪表适应测量[wiki]环境[/wiki]。对应于4－20mA输出。 应用介质： λ KONERD60系列雷达物位计适用于对液体、浆料及颗粒料的物位进行非接触式连续测量，适用于温度、压力变化大；有惰性气体及挥发存在的场合。 λ采用微波脉冲的测量方法，并可在工业频率波段范围内正常工作。波束能量较低，可安装于各种金属、非金属容器或管道内，对人体及环境均无伤害。 二、超声波液位计 是由微处理器控制的数字物位仪表。在测量中 脉冲超声波由传感器（换能器）发出，声波经物体表面 反射后被同一传感器接收，转换成电信号。并由声波的 发射和接收之间的时间来计算传感器到被测物体的距 离。由于采用非接触的测量，被测介质几乎不受限制， 可广泛用于各种液体和固体物料高度的测量。 采用SMD技术，提高仪器可靠性。 自动功率调整、增益控制、温度补偿。 先进的检测技术，丰富的软件功能适应各种复杂环境。 采用新型的波形计算技术，提高仪表的测量精度。 具有干扰回波的抑止功能保证测量数据的真实。
超声波液位计---红外手操器说明书
手持编程器用法 （1）进入编程模式 注意： ·编程器里的电池可以替换 ·手持编程器需要另外订购 将编程器对准显示屏顶部的红外端口并按键。 参数更改 1 在运行模式下将编程器对准仪器并按编程 键。再按切换 键。进入编程模式。 下一步要键入的数字会进入以下3个区域：参数号区、参数值区、通道号区。由多次重复按切换键选择进入哪个区域。当前状态进入的是参数号区 2 这时字母P 前面的数字消失,出现3个“_ _ _”表示可以更改参数号。键入“001”进入P001号参数，再键入参数值“1”，选择测量模式为“物位测量模式”。 3 按“回车”键 ，保存所设设置。 4 按切 换 键再次选择参数号区。 5 这时字母P 前面的数字消失表示，再次出现3个“_ _ _”，可以更改参数号。键入“002”进入P002号参数，再键入“1” 选择所测类型为“液体”。 6 按“回车”键 保存所设设置。 7 依此类推 设置P003参数的参数值为“2”， P004为“***”（以超声波传感器类型决定，如XPS10探头的代号为：102） P005为“1” P006为零点值，即探头发射面开始算起到仓底的距离。物位下降到此位置时，仪表输出为4mA P007为满度值，即从P006定义的仓底（零点）向上多少米为100%（物位升到此位置时，仪表输出为20mA）。 （在实际应用过程中P006、P007均可设为相同数值。例如：仓高15米，P006=15，P007=15。） 如果所购设备为双通道系列（即一个主机带两个传感器），在设定完01通道后还需要设定02通道， 详细说明如下： 8 如果设置第二通道，将左上角点号切换为“02”，重复以上步骤。 切换方法：按切换 键2次，使左上角显示“___ ___”，然后输入“02” 9 如果需要退出编程模式，进入运行模式，再次按编程键 即可。
e+hfmu30超声波液位计调试方法
E+H超声波液位计调试方法 E+H超声波液位计FMU30,FMU40的接线方式。 屏蔽电缆接入仪表后，24V电压接在仪表的+，—上面，屏蔽层接到仪表里面的接地端子。另外，为保持仪表测量的稳定性，仪表外部的接地端子尽量也做一下接地。 E+H超声波液位计FMU30,FMU40的调试方法 一般来说，超声波液位计的调试需要修改如下几个选项,002（罐体形状），003（介质属性），004（过程条件），005（空罐标定），006（满罐标定）上电以后，仪表自检，然后变到测量值00。 （1）按E键进入基本设置菜单，首先看到的是002这个选项，显示的是（拱顶罐，水平卧罐，旁通管，，等几个选项），如需更改，按+或者—号键选需要选择的罐型，按E键确定。更改后+，-号键一起按返回上层菜单。 （2）如不需更改，直接按E键进入下个菜单003。003代表被测量介质的属性，有如下几个选项（未知，液体，固体直径大于4mm，固体直径小于4mm'''' 等），根据现场情况进行选择。修改方法同上。 （3）继续按E键进入004菜单，有如下几个选项（标准，平静液面，带搅拌器，，等）一般工况选择标准。根据实际情况选择。 （4）继续按E键进入005菜单，这个是需要修改的很重要的一个值。 这个值是空罐值。把池底到超声波探头表面的实际距离输入仪表，按+键进入菜单，选中空罐的值，按E键确认修改，+，—用来修改数值，E键确认。 +，—号一起按返回005的主目录，继续按E键进入006菜单，这个也是需要修改的值，这个值是满罐值，它表示池底到zui高液位的距离，修改方法同空罐值。 基本上，仪表的调试已经完成。 另，如果显示值波动较大，这个在罐子里面的测量可能出现，这个需要做一下回波抑制。在基本设定中，按E键找到051这个菜单，进入后选择（manual''手动），+，—号—起按返回051菜单，继续按E键进入052菜单，输入抑制的距离，这个距离比空罐值要低一点，如果空罐5M的话，建议输入。+—一起按返回052菜单，继续按E键进入053菜单，选择抑制打开，等超声波自己开始进行回波抑制后，仪表会自动跳回抑制关闭状态，表示回波抑制完成。界面也会跳到008这个菜单，上面显示（测
超声波测距仪的设计说明
题目：超声波测距仪的设计 超声波测距仪的设计 一、设计目的： 以51单片机为主控制器，利用超声波模块HC-SR04，设计出一套可在数码管上实时显示障碍物距离的超声波测距仪。 通过该设计的制作，更为深入的了解51的工作原理，特别是51的中断系统及定时器/计数器的应用；掌握数码管动态扫描显示的方法和超声波传感器测距的原理及方法，学会搭建51的最小系统及一些简单外围电路(LED显示电路)。从中提高电路的实际设计、焊接、检错、排错能力，并学会仿真及软件调试的基本方法。 二、设计要求： 设计一个超声波测距仪。要求： 1.能在数码管上实时显示障碍物的实际距离； 2.所测距离大于2cm小于300cm，精度2mm。 三、设计器材： STC89C52RC单片机 HC-SR04超声波模块 SM410561D3B四位的共阳数码管 9014三极管（4） 按键（1） 电容（30PF2，10UF1） 排阻（10K），万用板，电烙铁，万用表，5V直流稳压电源，镊子，钳子，
导线及焊锡若干，电阻（200欧5）。 四、设计原理及设计方案： （一）超声波测距原理 超声测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即中断停止计时。通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差T，然后求出距离L。基本的测距公式为：L=(△t/2)*C 式中 L——要测的距离 T——发射波和反射波之间的时间间隔 C——超声波在空气中的声速，常温下取为344m/s 声速确定后，只要测出超声波往返的时间，即可求得L。 根据本次设计所要求的测量距离的围及测量精度，我们选用的是HC-SR04超声波测距模块。(如下图所示)。此模块已将发射电路和接收电路集成好了，硬件上不必再自行设计繁复的发射及接收电路，软件上也无需再通过定时器产生40Khz的方波引起压电陶瓷共振从而产生超声波。在使用时，只要在控制端‘Trig’发一个大于15us宽度的高电平,就可以在接收端‘Echo’等待高电平输出。单片机一旦检测到有输出就打开定时器开始计时。 当此口变为低电平时就停止计时并读出定时器的值，此值就为此次测距的时间，再根据传播速度方可算出障碍物的距离。 （二）超声波测距模块HC-SR04简要介绍 HC-SR04超声波测距模块的主要技术参数使用方法如下所述： 1. 主要技术参数： ①使用电压：DC5V ②静态电流：小于2mA ③电平输出：高5V
几种液位计的原理与选型
几种液位计的原理与选型． 磁翻柱液位计 主要原理 磁翻柱液位计也称为磁翻板液位计，它的结构主要基于浮力和磁力原理设计生产的。带有磁体的浮子（简称磁性浮子）在被测介质中的位置受浮力作用影响。液位的变化导致磁性浮子位置的变化、磁性浮子和磁翻柱（也成为磁翻板）的静磁力耦合作用导致磁翻柱翻转一定角度（磁翻柱表面涂敷不同的颜色），进而反映容器内液位的情况。 配合传感器（磁簧开关）和精密电子元器件等构成的电子模块和变送器模块，可以变送输出电阻值信号、电流值（4～20mA）信号、开关信号以及其他电学信号。从而实现现场观测和远程控制的完美结合。 适用范围及特点 本液位计采用优质磁体和进口电子元件，使产品具有：设计合理、结构简单、使用方便、性能稳定、使用寿命长、便于安装维护等优点。 本液位计输出信号多样，实现远距离的液位指示、检测、控制和记录。 本液位计几乎可以适用于各种工业自动化过程控制中的液位测量与控制。可以广泛运用于石油加工、食品加工、化工、水处理、制药、电力、造纸、冶金、船舶和锅炉等领域中的液位测量、控制与监测。 磁浮球液位计（液位开关） 主要原理 磁浮球液位计（液位开关）结构主要基于浮力和静磁场原理设计生产的。带有磁体的浮球（简称浮球）在被测介质中的位置受浮力作用影响：液位的变化导致磁性浮子位置的变化。浮球中的磁体和传感器（磁簧开关）作用，使串联入电路的元件（如定值电阻）的数量发生变化，进而使仪表电路系统的电学量发生改变。也就是使磁性浮子位置的变化引起电学量的变化。通过检测电学量的变化来反映容器内液位的情况。 该液位计可以直接输出电阻值信号，也可以配合使用变送模块，输出电流值（4～20mA）信号；同时配合其他转换器，输出电压信号或者开关信号（也可以按照客户需求转换器由公司配送）。从而实现电学信号的远程传输、分析与控制。 适用范围及特点 本产品采用优质磁体和进口电子元件，使产品具有：结构简单、使用方便、性能稳定、使用寿命长、便于安装维护等优点。 本产品几乎可以适用与各种工业自动化过程控制中的液位测量与控制，可以广泛运用于石油加工、食品加工、化工、水处理、制药、电力、造纸、冶金、船舶和锅炉等领域中的液位测量、控制与监测。 防爆浮球液位开关 主要原理 防爆浮球液位开关，也称为防爆浮球液位控制器。它是专门为爆炸性环境中使用而设计制造的液位控制仪表，本产品是基于浮力原理和杠杆原理设计的，当容器内液位发生变化时，浮球的位置将随液位的变化而变化，浮球的这种位移将通过杠杆作用于微动开关，进而由微动开关产生开关信号。 适用范围及特点 本产品采用优质材料和进口电子元件，使产品具有：设计合理、结构简单、使用方便、性能
外贴式超声波液位计工作原理及技术分析
外贴式超声波液位计 一、外贴式超声波液位计原理 外贴式超声波液位计从罐外连续、精确的测量罐内的液位，完全不接触罐内的液体和气体，实现了真正的隔离测量。外贴式超声波液位计测量方式不同与其他液位计(安装其他液位计时必须在容器上开孔，在容器内部测量液位)，其特点是无需在容器上开孔，利用超声波分析原理，在容器外部就能够不间断地测出液面的精确高度。该仪表安装时不需要在罐壁上开孔安装传感器，仪表既不接触容器内的液态介质，也不接触容器内的气态介质。有效解决了在强腐蚀、剧毒、高压力、易燃爆、高纯度、无杂菌感染等特殊恶劣、苛刻条件下测量液位这一世界技术难题。因为外测液位仪完全不接触容器内的液体，因此，它使用时极为安全可靠，安装维护特别方便，是绿色环保仪表，可广泛用于各种容器内液面的连续精确测量。 二、外贴式超声波液位计工作原理： 外贴式超声波液位计处理后的液位高度数值准确，无需CPU再作分析、比较、判断。CPU获取液位数值后，可送NVRAM存储、送数码显示器显示。此外仪表可输出4～20mA标准信号或通过RS-485接口将测量结果输出至上位计算机(或二次表)。 如图2所示，测量液位时，经过调制过的声波信号从探头发射出去，经过液面反射回来后由探头检测到回波信号。回波信号经过预处理、加工、后处理后直接准确给出时间t,CPU根据数字模型表述关系计算出液面高度。 h=act/2 h：液位高度 t：声波从发射到返回所用的时间
a：修正系数 c：超声波在液体中传播的声速 液位计工作原理示意图图2 三.技术优势： 1)外贴式超声波液位计优势如下： •传感器安装在罐体外壁上与被测液体不接触 •超声波的测量原理对人无害 •运算时间非常短 •传感器和变送器之间的距离可达300m •不受罐内高压的影响 •用该产品使带有泡沫的介质液位同样精确测量成为可能•外安装的传感器不存在卫生问题 •同样可以测量有毒、有害、腐蚀性的介质液位 •传感器无可动件无磨损
(完整word版)E+H超声波液位计设置
Endress+Hauser超声波液位计设置 我们需设置三个参数： V0H1 探头到滤池滤砂的距离 V0H2 设定的量程 V0H9 实际液位高度 调试步骤：先设定量程V0H2，再估计探头到滤砂的距离设定V0H1，通过查看V0H9的数据，调节V0H1，在滤池没有水时将其调节到0。 具体操作步骤如下： 1、如何选择V、H参数 通过相应按键可选择V、H的参数，当你一直按着V或H按 键时相应V、H的参数将不断的循环增减。 2、设定V0H2参数 V0H2参数为设定的量程，如下图我们设定的量程为3m： 设定时通过按键对数值的增减操作，一直按着时数 值将会不断的增（减）。 3、初设V0H1参数 V0H1参数为探头到底砂的距离，我们需要先估计一下，现滤池液位计探头到底砂的距离大概为2m。
4、调节V0H1参数，查看V0H9参数 当我们初设了V0H1参数，然后查看V0H9参数，V0H9为实际的液位数值。 我们在进行调试液位计时，需保证滤池中无水，这样V0H9应该需要调节到0。如下图： 我们需要不断的调节V0H1参数使得V0H9参数设置为0.00，当然在0.00-0.01之间波动也无妨，但不要在0.00-0.03之间波动。 在调节V0H1参数查看V0H9参数时，若V0H9变大则说明V0H1参数偏大，反之则偏小，我们需不断反复的调节V0H1参数，尽量使得V0H9参数达到标准。每次调节V0H1参数后查看V0H9参数，需要观察V0H9参数1分钟以上，看看是否稳定。 超声波液位计RESET：将参数V9H5设定为333即可复位超声波液位计。
你可以先尝试在V3H0输入1m，这是抑制，从上往下1m内的干扰将被抑制。 然后退到V0H0看示数是否正常。 若不行则先记录下空标满标值如下。 V0H1是空标值，也就是探头到池底的距离。 V0H2是满标值，也就是空标值减去0.3m的盲区，该值需要与上位机对应上，相当于量程。同时按－和V便是复位，复位后需要重新设空标和满标。 设好后选择V0H0，便是显示测量值的主界面。 若还不行，建议更换仪表测试。
超声波测距系统设计
摘要 随着科技的发展，人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市给排水系统也有较大发展，其状况不断改善。但是，由于历史原因合成时间住的许多不可预见因素，城市给排水系统，特别是排水系统往往落后于城市建设。因此，经常出现开挖已经建设好的建筑设施来改造排水系统的现象。城市污水给人们带来了困扰，因此箱涵的排污疏通对大城市给排水系统污水处理，人们生活舒适显得非常重要。而设计研制箱涵排水疏通移动机器人的自动控制系统，保证机器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通机器人的设计研制的核心部分。控制系统核心部分就是超声波测距仪的研制。因此，设计好的超声波测距仪就显得非常重要了。 介绍了一种以A T 89C2051 单片机为核心, 利用超声波的特性设计出低成本、高精度测距仪的方法。给出了这种测距仪的硬件原理电路和主要的软件设计思路,用Psp ice 对硬件的主要部分进行了模拟仿真。根据理论分析和试验统计对设计进行改进, 电路达到了预期的效果。 关键词：AT89C2051; 超声波；测距 Abstract With the development of science and technology, the improvement of people's tandard of living, speeding up the development and construction of the city. Urban rainage system have greatly developed their situation is constantly improving. However,due to historical reasons many unpredictable factors in the synthesis of her time, the city drainage system. In particular drainage system often lags behind urban construction.Therefore, there are often good building excavation has been building facilities to upgrade the drainage system phenomenon. It brought to the city sewage, and it is clear to the city sewage and drainage culvert in the sewage treatment system. comfort is very important to people's lives. Mobile robots designed to clear the drainage culvert and the automatic control system Free sewage culvert clear guarantee robot, the robot is designed to clear the culvert sewage to the core. Control System is the core component of the development of ultrasonic range finder. Therefore, it is very important to design a good ultrasonic range finder. A kind of u lt rason ic telem eter based on A T 89C205 is in t roduced. Th is telem eter is provided w ith som e m er it s such as low co st and h igh2accu racy becau se of the u lt rason ic w ave character ist ic. The hardw are p r incip le elect r ic circu it and them ain sof tw are design idea are show ed. The sim u lat ion of the m ain par t of the hardw are has been done w ith P sp ice. A t last, acco rding to the theo ret ical analysis and the exper ience som e imp rovem en t s of the design are m ade. The system has ach ieved the an t icipated effect. Key words:AT89C2051; Silent Wave；Measure Distance
超声波液位计选型
目录 GLP-7二线型超声波液（物）位计............................................... - 1 - GLP-7三线、四线型超声波液（物）位计......................................... - 2 - GLP-4型超声波液（物）位仪................................................... - 3 - GLP-5型中文超声波明渠流量计................................................. - 4 - GLP-6型中文超声波液位差计................................................... - 5 - 安装位置.................................................................... - 6 - 安装注意事项................................................................ - 6 - 各款仪表接线图.............................................................. - 7 - 仪表尺寸.................................................................... - 8 - 适应场合注意事项............................................................ - 8 - 选型表...................................................................... - 9 -
TS-L300超声波液位计说明书
公司名称：杭州拓胜自动化仪表有限公司 地址：杭州市石桥路272号商务楼A04室邮编：310022 销售热线：（0571）88138856 /85353259 传真：(0571)85353259 网址：https://www.sodocs.net/doc/6013834632.html, E _ mail：hztuosheng@https://www.sodocs.net/doc/6013834632.html, 温馨提示：安装调试前，请仔细阅读用户手册！！ TS-L300型 用户手册 量程： 仪表工作电压： 杭州拓胜自动化仪表有限公司 超声波液位计
超声波液位计 超声波液位计保修卡回执 用户名称 联系地址 联系人联系电话 产品型号产品编号 验收日期安装负责人…………………………………………………………………… 超声波液位计保修卡说明 产品型号产品编号 验收日期安装负责人 保修政策： ●用户在维修时请出示保修卡。在保修期内因正常使用出现的故障，可凭 保修卡享受规定的免费保修。 ●保修期限：本公司产品保修期由验收日期起算十二个月内。 以下情况不在免费保修范围内： ●产品或其部件已超出免费保修期。 ●因使用环境不符合产品使用要求而导致的硬件故障。 ●因不良的电源环境或异物进入设备所引起的故障或损坏。 ●由于未能按使用操作手册上所写的使用方法和注意事项进行操作而造成的故障。 ●由于不可抵抗力如：雷电、水火灾等自然因素而造成的故障。 擅自拆机修理或越权改装或滥用造成的故障或损坏。 限制说明： ●请用户妥善保存保修卡作为保修凭证，遗失不补。 本保修卡解释权限归本公司所有，本公司有权对本卡内容进行修改，恕不事先通知。 7 超声波液位计 目录 1概述 (1) 2 技术指标 (1) 3仪表安装 (2) 3.1仪表外形尺寸 (2) 3.2仪表接线 (2) 3.3安装参数含义 (3) 3.4仪表安装原则 (3) 3.5安装注意事项 (4) 4仪表调试 (4) 4.1键盘说明 (4) 4.2 参数的设置 (4) 4.2.1 液位标定 (4) 4.2.2 20mA设置 (5) 4.2.3探头高度 (5) 4.2.4显示模式设置 (5) 4.4.7 P--Multi菜单 (6) 超声波液位计保修卡回执 (7)
超声波液位计的设计
基于参考声速法超声波 液位的测量 专业：电机与电器班级：06班姓名：陈志伟学号：2012230 基于参考声速法超声波液位的测量
摘要 目前市场上的超声波液位计品种多样，大多采用温度补偿方法对超声波传播速度进行校正，以提高仪表测量精度。此方法需在系统外加一个温度测量单元，通过测量环境温度，获得实际声速；由此也引进了温度测量误差，从而限制了系统精度的进一步提高。 本文是利用参考声速法实现声速校正的超声液位测量系统。设计中采用气介式测量方式，将一个反射性能良好的挡板固定在超声波探头和液面之间，通过测量挡板回波的时间，实现精确的声速校正，从而大大提高液位测量精度。此系统不但继承了传统超声波液位计的优点，而且无需采集环境温度，避免了由于测温误差引起的系统误差。 文中以超声波原理为理论依据, 以超声波传感器为接口部件, 利用超声波在空气中传播的时间差来测量距离, 从而设计了一套超声波测距系统。这种新型声速校正方法相对于传统补偿方法，性能更加优越，是今后超声波液位测量的发展方向，具有广阔的发展前景。 关键词：超声波液位计，探头，声速校正，挡板 第一章绪论
1.1液位测量的意义 近年来，随着电子技术的迅速发展，液位测量仪表中的测量技术经历了有机械向机电一体化再到自动化的发展过程。结合这两大技术，尤其是将微处理器引进液位测量系统，使得液位计的精度越来越来高，越来越来向智能化、一体化、小型化发展。在实际应用中，可根据需要选择合适的液位计，满足测量精度、测量环境等多方面的要求。 1.2液位计的种类 根据工作原理的不同，液位计可分为以下几种：直读液位计，浮子液位计，静压液位计，电磁液位计，超声波液位计，光纤液位计等等。传统的液位计逐渐被这些新型液位计所取代。新型液位计无论是在精度稳定性，还是在智能测量方面都比传统液位计有着明显的优势，是今后液位计发展方向。其中超声波液位计以其低成本高精度非接触式稳定性好等优势受到广泛青睐，发展出了适应不同场合的超声波液位计，广泛应用于石油化工，航空航天，水利，气象，环保医疗卫生，食品饮料等多个领域。 超声波液位计是非接触测量中发展最快的一种。该技术基于超声波在空气传播速度及遇到被测液体产生反射的原理。可实现非接触测量、测量范围宽、并且测量不受介质密度、介电常数、导电性等的影响，因此它的使用范围非常广泛，包括水渠、油罐、粘稠、腐蚀性及有毒液体等的液位测量。我国从就是年代开始将超声波测距技术应用到河流、湖泊等水体的水位测量中，以及油、浆等液体的液位测量中，超声波液位测量技术在越来越来多领域发挥极其重要的作用。 1.3超声波液位计概况 1.3.1国内外的超声波液位计发展 在国际上，把超声波技术用于液位测量己有较长时间，我国从20 世纪90 年代开始发展，将超声测距技术应用到河流、湖泊、水、渠等水体的水位测量中，以及油、浆等液体的液位测量中。目前国内高精度超声液位测量仪表的发展主要采用引进加吸收等手段，还有许多合资企业代理国外相应产品。国内自主研发超声波液位计的公司极少，不足十家，而且在测量范围，死区范围和精度都低于国外超声仪表的平均水平。有的厂家只有生产设备，没有标定装置。由此可见，我国在该领域的发展相对国外还有较大差距，在产品性能指标、仪表可靠性、企业
超声波液位计四线说明书
KOE超声波液位计用户使用手册
目录 一、概述。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。2 二、产品特色。。。。。。。。。。。。。。。。。。2 三、技术参数。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 四、菜单操作及参数设置。。。。。。。。3 五、安装方法及使用注意事项。。。。8 六、接线示意图。。。。。。。。。。。。。。。。10 七、疑难现象及处理方法。。。。。。。。12 八、本机接线定义。。。。。。。。。。。。。。14 九、产品合格证。。。。。。。。。。。。。。。。15 十、产品保修记录卡。。。。。。。。。。。。16
一、概述 超声波物位仪https://www.sodocs.net/doc/6013834632.html,是一台博采众长，吸取了国内外多种物位仪优点。实现了全数字化，人性化设计理念的通用型物位仪，具有完善的物位测控，数据传输和人机交流功能。主芯片采用进口工业级单片机，数字温度补偿等…相关专用集成电路。具有抗干扰性强，可任意设置上下限节点及在线输出调节，并带有现场显示，模拟量，开关量及RS485输出任选，可方便与主机连接。外壳采用铝合金防水外壳，探头部分选用PP或不锈钢头，壳体小巧且相当坚固。其电路主板采用优质贴片元器件，贴片式键盘，使产品性能更稳定可靠。因此可广泛应用于与料位，液位测控相关的各个领域。 二、产品特色 ●电压适应范围宽，12-24 V的直流电压内工作。 ●具有手动恢复出厂设置功能。 ●设定比重参数后，能直接显示出容器内重量。 ●在选择电流或电压输出时，可任意调整其输出范围。 ●具有增值/差值测距选择，既可测距离也可测物位。 ●可在工作中自动关闭显示，以节省整机耗电。 ●具有1-15级发射脉冲强度，可根据工况设定。 ●具有满量程起点和终点任意设置功能。 以下各项定货时选购 ●4组限继电器开路控制输出设定，用于料位、液位控制。 ●4～20mA电流输出，RS485串行数据输出 ●选择PC串口输出及转换附件，可直接与PC机组网。
超声波液位计简介与选型
超声波液位计简介与选型 超声波液位计适于应用环境 通常应用于温度在-40℃～100℃之间、压力在3Bar(5kg/cm2)以下的场所进行液位或料位的测量。在常温、常压的情况下，选择超声波液位计测量液体液位是最佳的选择，具有工作可靠、安装简便、使用周期长、免维护的特点，并具有相对的价格优势。由于超声波液位计在测量物位时，与被测介质不接触，同时为全密闭防腐结构，因此对于粘稠的、腐蚀性的、浑浊的等各种液体的液位测量，效果最佳。 对于密闭容器内的挥发性的液体的液位测量，应注意两点 容器内气体声速可能与空气中的声速不同，如液位计不能对声速进行修正，则会出现一定的误差； 挥发性的液体会在超声波液位计探头表面凝结，阻挡声波的收发，要求液位计具有可变功率控制功能。 超声波液位计对固体料位的效果 使用超声波液位计进行料位测量是可行的，有足够的应用经验和成功实例。在对料位进行测量时，应选择好安装位置，选择料面相对平整的位置；对于粉末状的料位，可选择功率(量程)更大的物位计进行测量。 对于液面剧烈波动的液体，三种方法使用超声波液位计进行液位测量 1.选用具有自动功率控制功能的超声波液位计； 2.选用更大量程的超声波液位计； 3.在液体中加入塑料管，测量塑料管内液位。 两线制超声波液位计与三线制超声波液位计不同 两线制超声波液位计其供电(DC24v)与信号输出(DC4-20mA)共用一个回路，仅使用两条线即可，为标准的变送器形式，不足之处是发射功率相对略微微弱一些。三线制超声波液位计实际上为四线制，其供电(DC24v)与信号输出(DC4-20mA)回路分离，各使用两条线，当它们负端共地相连时，通常使用三条线即可。其优势是发射功率较大。 超声波液位计的盲区
分体超声波液位计使用说明书
注意：控制器直接暴露在阳光下，其运行温度可能会超过其指定的限制温度，并减少显示器的能见度。建议：在阳光直射的场合，采用遮阳罩，避免仪器显示屏受到阳光直射，否则会减低仪器的使用寿命 温馨提示：安装调试前，请仔细阅读用户手册！！ YI2000型 用户手册 量程：0.5-5米 额定电压： AC220V 分体超声波液位计
目录 1概述 (3) 2 技术指标及选型代码 (4) 3仪器安装 (5) 3.1支架安装和法兰尺寸 (5) 3.2仪表安装方式 (6) 3.3仪表安装原则 (6) 3.4安装注意事项 (6) 3.5仪表接线 (7) 4仪表调试说明 (9) 4.1仪表界面显示说明 (9) 4.2键盘说明 (10) 4.3菜单说明 (11) 4.4参数的设置 (12) 4.4.1仪表标定的步骤 (12) 4.4.2参数4~20mA设置 (12) 4.4.3继电参数设置 (13) 4.4.4换能器高度设置 (15) 4.4.5显示模式设置 (16) 4.4.6 Window菜单 (16) 4.4.7地址ID号设置 (16) 4.4.8波特率设置 (16) 4.4.9PWDB设置 (16) 4.4.10 4~20mA设定输出 (16) 5设备清单 (17) 5.1生产厂家提供的设备以及附件 (17) 5.2现场需要具备的条件 (17)
注意事项 ●使用和运输过程中请勿强烈摇晃或碰撞设备。 ●仪表在运输与储存期间，环境温度不允许低于-40 ℃和高于+80℃，相对 湿度不大于85%，且周围不含有腐蚀性气体、无强烈电磁场；运输期间必须使用原配包装箱。 ●避免油渍及各种化学物质沾污探头表面及损伤表面。 法律免责声明 ●本产品，从最初购买的交付之日起，如果存在原材料和生产工艺上的缺 陷，都有一年的保修期限，但此类产品需在正常存储、使用和维修条件下操作并按照说明书进行。 ●出售给原购人的产品中所包括的非本公司的所有产品，仅包括特定供应 商所提供的保修（如果有），本公司不对此类产品承担任何责任。 ●本保修仅提供给原购人而不可转让。本保修不适用于任何因误用、疏忽、 事故或异常操作条件下引起损坏的产品。消耗件不在本保修范围之列。 ●本保修范围内的产品如出现任何缺陷，将不得继续使用，以防进一步损 坏。购买人须立即向本公司报告任何缺陷，否则本保修将不适用。 ●本公司如在检查后证明产品确属材料或制造缺陷，可自行决定免费维修 或替换任何此类缺陷产品，条件是该产品须在上述一年期限内退回给本公司。 ●本公司无义务或责任承担任何上述之外的缺陷。 ●本产品免于其它明示或暗示保修。本公司特此放弃特定用途的适销性和 适用性的暗示保修。 1 超声波液位计保修卡回执 用户名称 联系地址 联系人联系电话 产品型号产品编号 验收日期安装负责人 超声波液位计保修卡说明 产品型号产品编号 验收日期安装负责人 保修政策： ●用户在维修时请出示保修卡。在保修期内因正常使用出现的故 障，可凭保修卡享受规定的免费保修。 ●保修期限：本公司产品保修期由验收日期起算十二个月内。 以下情况不在免费保修范围内： ●产品或其部件已超出免费保修期。 ●因使用环境不符合产品使用要求而导致的硬件故障。 ●因不良的电源环境或异物进入设备所引起的故障或损坏。 ●由于未能按使用操作手册上所写的使用方法和注意事项进行操作而造 成的故障。 ●由于不可抵抗力如：雷电、水火灾等自然因素而造成的故障。 擅自拆机修理或越权改装或滥用造成的故障或损坏。 限制说明： ●请用户妥善保存保修卡作为保修凭证，遗失不补。 ●本保修卡解释权限归本公司所有，本公司有权对本卡内容进行修 改，恕不事先通知。 18
超声波液位测量系统的设计
黄河科技学院本科毕业设计任务书 信息工程学院电子与通信工程系电子信息工程专业级班学号学生指导教师王二萍 毕业设计题目超声波液位测量系统的设计 毕业设计工作内容与基本要求 一、背景和意义 液位控制问题是工业过程中的一类常见问题，目前国内在液位自动控制方面缺少长期可靠的使用范例，还没有适用于液位测量和自动控制的定型产品。因此研究出一种超声波液位传感器很有必要。传统的液位测量绝大多数都是人工控制，造成了人力资源的浪费，同时安全性可靠性都不高，采用单片机实现液位测量即可避免这种情况的发生。 二、目标和任务 本设计目标是针对现有液位传感器的不足，开发一种大量程、精度高、带有标准工业控制输出接口的超声波液位传感器，建议采用单片机作为超声液位传感器的控制核心，能够简化控制电路设计；采用单一换能器进行超声波的发射和接收以降低装置成本；采用多级二阶有源滤波器以提高信噪比，进而能较大限度地提高对微弱回波信号的放大倍数。最后根据设计原理图焊接、调试。 三、途径和方法 1.从网络上查阅此领域最新研究成果，并查阅相关理论知识，利用单片机控制技术的相关知识整理出硬件设计方案； 2.在已搭建的硬件的基础上构思软件流程，给出程序； 3.软硬件联调。 四、主要参考资料 [1] 白宗文，刘生春，白洁.基于单片机的超声波测控液位系统的设计[J].电子设计工程,2011（18）:33～36． [2] 么启等. 基于DSP的超声波明渠液位测量系统[J].电子设计工程,2011（21）:142～145． [3]房小翠、熊光洁、聂学俊等，单片微型计算机与机电接口技术[M]．北京；
国防工业出版社，2002． [4]王质朴，吕运朋，MCS-51单片机原理、接口及应用[M]．北京：北京理工大学出版社,2009. [5] 杨素行等.模拟电子技术基础简明教程[M].北京：高等教育出版社,2001. [6] 闫石.数字电子技术基础[M].第三版.北京: 高等教育出版社,1989. 毕业设计时间：2013 年 2 月10 日至2013 年 5 月25 日 计划答辩时间：2013 年 5 月22 日 工作任务与工作量要求：原则上查阅文献资料不少于12篇，其中外文资料不少于2篇；文献综述不少于3000字；文献翻译不少于3000字，理工科类论文或设计说明书不少于8000字（同时提交有关图纸和附件），提交相关图纸、实验报告、调研报告、译文等其它形式的成果。毕业设计说明书撰写规范及有关要求，请查阅《黄河科技学院本科毕业设计（论文）指导手册》。 专业（教研室）审批意见 审批人签名：
超声波液位计简明调试方法
超声波液位计（FMU30）简明调试方法 1．接线方式 屏蔽电缆接入仪表后，24V电压接在仪表的+，—上面，屏蔽层接到仪表里面的接地端子。另外，为保持仪表测量的稳定性，仪表外部的接地端子尽量也做一下接地。 2．调试方法 一般来说，超声波液位计的调试需要修改如下几个选项，002（罐体形状），003（介质属性），004（过程条件），005（空罐标定），006（满罐标定） 上电以后，仪表自检，然后变到测量值00， ⑴按E键进入基本设置菜单，首先看到的是002这个选项，显示的是（拱顶罐，水平卧罐，旁通管，，等几个选项），如需更改，按+或者—号键选需要选择的罐型，按E键确定。更改后+，-号键一起按返回上层菜单。 ⑵如不需更改，直接按E键进入下个菜单003。003代表被测量介质的属性，有如下几个选项（未知，液体，固体直径大于4mm，固体直径小于4mm,, 等），根据现场情况进行选择。修改方法同上。 ⑶继续按E键进入004菜单，有如下几个选项（标准，平静液面，带搅拌器，，等）一般工况选择标准。根据实际情况选择。 ⑷继续按E键进入005菜单，这个是需要修改的很重要的一个值。这个值是空罐值。把池底到超声波探头表面的实际距离输入仪表，按+键进入菜单，选中空罐的值，按E键确认修改，+，—用来修改数值，E键确认。 ⑸ +，—号一起按返回005的主目录，继续按E键进入006菜单，这个也是需要修改的值，这个值是满罐值，它表示池底到最高液位的距离，修改方法同空罐值。
基本上，仪表的调试已经完成。 另，如果显示值波动较大，这个在罐子里面的测量可能出现，这个需要做一下回波抑制。在基本设定中，按E键找到051这个菜单，进入后选择（manual,手动），+，—号—起按返回051菜单，继续按E键进入052菜单，输入抑制的距离，这个距离比空罐值要低一点，如果空罐5M的话，建议输入4.8M。+—一起按返回052菜单，继续按E键进入053菜单，选择抑制打开，等超声波自己开始进行回波抑制后，仪表会自动跳回抑制关闭状态，表示回波抑制完成。界面也会跳到008这个菜单，上面显示（测量的距离/测量值）测量距离表示探头表面到液面的距离，测量值表示池底到液面的距离。
液位计的选型
在液位仪表测量中，方法众多，但都有自己的适用范围： 1.接触式测量 接触式测量是从钢带浮子液位计为开端，以各种方式精确测量浮子距离而演化到各种现代化仪表如伺服式、磁致伸缩式等等钢带浮子式：最早期的液位计，现今都面临着更新换代工作原理浮子受浮力浮在介质表面，通过变速齿轮到有刻度的钢带上读出液位值，液位上升或下降破坏了力平衡后，浮子也跟随上升下降，带动钢带运行。理论精度在2-3mm左右安装复杂，可靠性较低，由于机械部件多，很容易发生钢带卡死不动的情况。光纤式即将钢带液位通过光码盘读出实现数字化。 2.磁致伸缩型 磁致伸缩型工作原理探棒上端电子部件产生低压电流脉冲，开始计时，产生磁场沿磁致伸缩线向下传播，浮子随着液位变化沿测量竿上下移动，浮子内有磁铁，也产生磁场，两个磁场相遇，磁致伸缩线扭曲形成扭应力波脉冲，脉冲速度已知，计算脉冲传播时间即对应液位精确变化。（电流以光速运行，所以其传播时间与力波时间相比可忽略）精度最高能够达到1mm 优缺点分析磁致伸缩液位精度较高，可测油水分界面但由于其接触的测量方式和较高的安装、维护要求导致市场普及不广。 3.伺服式液位计 伺服式液位计是最近比较成功的新型液位计，主要应用在轻油品的高精度测量中。与雷达液位计形成比较强的竞争。基本原理同钢带式液位计，但具有精确的力传感器以及伺服系统，形成闭环调节系统，通过考虑钢带自身重力，精确地调节浮子高度以达到平衡浮力和重力，得到精确的当前液面到罐顶高度，以得到液位值。精度高，能够达到1mm，满足计量级要求。使用于平静的轻质无腐蚀性液体。安装调试比较麻烦，同样有接触式液位计的各种不利因素价格高昂。 4.静压式液位计 静压式液位计比较特殊，其利用均匀液体的压强与高度成正比的关系通过测量液体底部的压力来折算液位高度。P＝ρgh （P 压强）由于其受介质密度和温度影响很大，所以常常精度比较差，而为消除这些影响，需要很多其他测试仪表，结果搭建一套完善的静压测量系统价格很高。 5.非接触式测量 非接触式测量通常采用发射能被所测介质反射的波的形式进行测量，利用已知的波传播速度，通过直接或间接测量波的传播时间来得到液面与测量仪表间的距离，进而得到液位值。根据发射波种类有光波激光液位计超声波超声波液位计电磁波雷达液位计。 6.雷达测量 雷达测量采用发射电磁波形式，由于所测介质的介电常数均大于空气和真空的1，由于介质的不连续性，在空气和液体分界面出就会出现反射现象，电磁波在空气中传播速度基本不受温度影响，所以通过测量电磁波从发射到反射被接收之间的时间，就可以测出液位计离液面的高度，进而得到液位值。雷达液位计又分两大类，它们的具体测量原理并不相同。雷达物位计分类脉冲式调频连续波方式（FMCW）。 7.脉冲雷达测量 脉冲式雷达的原理和超声波式基本一致。雷达发射短微波脉冲，脉冲在液面处被反射，雷达接收到反射回波通过信号处理，得到目标距离。R=c*（t1-t0）/2 市场上一般低价位的雷达液位计均为脉冲式，代表的有KROHNE、siemens、E+H、VEGA等等精度：±5~10mm 8.调频连续波方式（FMCW） 原理：线性扫频，测频等效于测时，得到电磁波传播时间，进而得到距离。调频连续波雷达的优点精度高可达± 0.5mm 抗干扰能力强适用范围广可用于腐蚀性、高温高压、不平静