專利名稱：超聲波液位測定儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于液體液面或流動的固態(tài)材料料面的指示或測量，具體涉及到測量直接施加到液體與流動的固態(tài)材料上的電磁波，聲波，激聲波等參數(shù)的變化技術(shù)領(lǐng)域。
目前測量火車油罐車內(nèi)裝油的油面距罐口的高度，采用機(jī)械量測器件進(jìn)行測量，采用這種量測工具，測量精度極不準(zhǔn)確，在運(yùn)輸過程中，經(jīng)常出現(xiàn)貨主與鐵道部門爭吵現(xiàn)象，貨主要求油罐車多裝油，由于油罐車在運(yùn)輸過程中，油液在油罐車內(nèi)振動，以及受外界自然條件的影響體積膨脹，曾出現(xiàn)過多期因油罐車內(nèi)裝的油外溢而引起火災(zāi)事故，鐵道部門要求火車油罐車內(nèi)裝油的油面與罐口必須保持一定高度，但目前尚無精確度高、自動化程度高的量測儀器。
本實(shí)用新型的目的在于為火車油罐車提供一種測量精度高、自動化程度高、準(zhǔn)確、迅速、體積小、重量輕的量測儀器。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的解決方案是它包括超聲波探頭，用于發(fā)射超聲波到液體表面，并接收反射回來的超聲波，轉(zhuǎn)換成脈沖電信號輸出。它包括接收放大檢波電路，輸入端接超聲波探頭，將超聲波探頭輸入的脈沖電信號濾波、放電、放大、檢波，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出。它包括CPU電路，一輸入端接接收放大檢波電路的輸出端，該電路由單片機(jī)、存儲器、鎖存器、E2PROM、報警電路、以及外圍件連接構(gòu)成，用于完成對整機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)行和工作的控制。它包括顯示電路，輸入端接CPU電路的輸出端，顯示所測的液位高度。它包括鍵盤電路，用于對CPU電路發(fā)出指令信號。它包括鍵盤接口電路，輸入端接鍵盤電路、輸出端接CPU電路的輸入端，將鍵盤的指令信號輸出到CPU電路。它包括發(fā)射電路，輸入端接CPU電路的輸出端、輸出端接超聲波探頭，為超聲波探頭產(chǎn)生脈沖電信號，使超聲波探頭發(fā)射出超聲波。它還包括電源電路，為整機(jī)提供工作電源。
本實(shí)用新型經(jīng)實(shí)驗(yàn)室測試以及安裝在火車油罐車上進(jìn)行運(yùn)行試驗(yàn)，其測量精度為±1‰，它具有測量精度高、自動化程度高、準(zhǔn)確迅速，體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，液位低于或高于設(shè)定高度時能自動報警，可測火車、汽車油罐車的油面高度，還可測其它容器內(nèi)裝的液體高度。


圖1是本實(shí)用新型的電氣原理方框圖。
圖2是本實(shí)用新型一個實(shí)施例的接收放大檢波、發(fā)射電路連接示意圖。
圖3是本實(shí)用新型一個實(shí)施例的CPU電路連接示意圖。
圖4是本實(shí)用新型一個實(shí)施例的顯示電路連接示意圖。
圖5是本實(shí)用新型一個實(shí)施例的鍵盤接口電路連接示意圖。
圖6是本實(shí)用新型一個實(shí)施例的鍵盤電路連接示意圖。
圖7是本實(shí)用新型的電源電路連接示意圖。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。
在
圖1、2中，超聲波探頭向液體內(nèi)發(fā)射超聲波并接收反射回來的超聲波轉(zhuǎn)換成脈沖電信號，接收放大檢波電路將輸入的脈沖電信號進(jìn)行濾波、放大、檢波將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出到CPU電路，鍵盤將油罐車的型號、指令通過鍵盤接口電路輸出到CPU電路，CPU電路為發(fā)射電路3提供控制信號，并將計算結(jié)果由顯示電路顯示出液位高度，當(dāng)液位高度低于或高于設(shè)定的高度時，CPU電路發(fā)出報警信號，發(fā)射電路3產(chǎn)生脈沖電信號，使超聲波探頭發(fā)射超聲波，電源電路為接收放大檢波電路、發(fā)射電路3、CPU電路、顯示電路、鍵盤接口電路提供工作電源。
在圖2中，本實(shí)用新型的超聲波探頭采用結(jié)構(gòu)完全相同的兩個超聲波探頭，其中一個超聲波探頭為超聲波標(biāo)定探頭TD1，用于在標(biāo)定時發(fā)射超聲波和接收超聲波，另一個超聲波探頭為超聲波實(shí)測探頭TD2，用于在實(shí)測時發(fā)射超聲波和接收超聲波。
在圖2、3中，本實(shí)施例的接收放大檢波電路由接收電路1、放大檢波電路2連接構(gòu)成。
接收電路1由電感L1、D7、D8、R38、R39、C20、C21、C22、C23、轉(zhuǎn)換開關(guān)S3連接構(gòu)成。轉(zhuǎn)換開關(guān)S3將接收電路1與超聲標(biāo)定探頭TD1或超聲實(shí)測探頭TD2聯(lián)接，超聲波探頭把接收的超聲波轉(zhuǎn)換成脈沖電信號輸出，經(jīng)電感L1、C20、C21濾波，濾掉高頻信號，經(jīng)耦合電容C22，D7、D8放電，再經(jīng)耦合電容C23，輸出到放大檢波電路2。
本實(shí)施例的放大檢波電路2由射極跟隨器、一級放大電路、二級放大電路、檢波電路連接構(gòu)成。射極跟隨器由三極管T1、R40、R41、R42、C25、C26，電感L2連接構(gòu)成，輸入端三極管T1的基極接接收電路1輸出端C23的一端，接收電路輸出的脈沖電信號，由三極管T1的基極輸入、發(fā)射極輸出，經(jīng)電感L2濾波輸出到一級放大電路。一級放大電路由集成電路733A、以及外圍件R43、R44、R45、R46、R47、R48、電位器P2、C1、C3、C4、C27、C28、C29連接構(gòu)成，輸入端C3、C4的一端接射極跟隨器的輸出端三極管T1的發(fā)射極，由射極跟隨器輸出的脈沖電信號經(jīng)耦合電容C3、C4，從集成電路733A的14腳輸入、8腳輸出進(jìn)行放大，輸出到二級放大電路。二級放大電路由集成電路733B以及外圍件R49、R50、R51、R52、R53、R55、C2、C30、C31、C32、C33、C34、電位器P3連接構(gòu)成，輸入端C30的一端接一級放大電路的集成電路733A的輸出端8腳。經(jīng)一級放大電路放大的脈沖電信號經(jīng)C30耦合，從集成電路733B的14腳輸入、8腳輸出，對輸入的脈沖電信號進(jìn)行二次放大，經(jīng)C34耦合，輸出到檢波電路。檢波電路由集成電路339、D1、反向器74HC04A、反向器74HC04B、R201、C200連接構(gòu)成，經(jīng)過二次放大的脈沖電信號從集成電路339的7腳輸入、1腳輸出，經(jīng)集成電路339、D1、C200、R201檢波后將脈沖電信號變成數(shù)字信號，通過反向器74HC04A、反向器74HC04B將數(shù)字信號輸出到CPU電路。
在圖2、3中，本實(shí)施例的CPU電路由單片機(jī)8031及外圍件、鎖存器74HC373A、存儲器27C64、E2PROM93C46、報警電路連接構(gòu)成。單片機(jī)8031的P00～P07為數(shù)據(jù)地址口，P20～P25為地址口，P10～P16、INT1、T0、ALE/P、PSEN、RD、WR、RXD、TXD為輸出口，P17、INT0、T1、RESET為輸入口，X1、X2為時鐘輸入口。反向器74HC04C、反向器74HC04D、石英振蕩器XTAL、R204、R205、R206、R207、R209、R210、C201、C202、C203、C204為單片機(jī)8031的外圍件，其中反向器74HC04D、R206、R207、C203、C204連接成復(fù)位電路，使單片機(jī)8031復(fù)位。
鎖存器74HC373A的D0～D7為輸入口、Q0～Q7為輸出口，存儲器27C64的A0～A12為輸入口、D0～D7為輸出口。鎖存器74HC373A的D0～D7輸入口與單片機(jī)8031的P00～P07數(shù)據(jù)地址口和存儲器27C64的D0～D7輸出口連接，鎖存器74HC373A的Q0～Q7輸出口和單片機(jī)8031的P20～P25地址口與存儲器27C64的A0～A12輸入口連接。鎖存器74HC373A鎖存單片機(jī)8031的P00～P07數(shù)據(jù)地址口的低8位地址，與單片機(jī)8031的P20～P25地址口構(gòu)成14位地址總線。單片機(jī)8031的RD輸出口、WR輸出口、P00～P07數(shù)據(jù)地址口、P25地址口接鍵盤接口電路，通過P00～07接收鍵盤的指令信號。單片機(jī)8031的RXD、TXD、P10、P11、P12輸出口通過插座J4接顯示電路，為顯示電路輸出液位高度數(shù)字信號。單片機(jī)8031的P14～P17口接E2PROM93C46，E2PROM93C46在標(biāo)定時用于存儲超聲波的聲速，在實(shí)測時由單片機(jī)8O31讀出超聲波聲速，與單片機(jī)8031測到的超聲波在液體里所用的時間，計算出液位高度。單片機(jī)8031的P13輸出口通過反向器74HC04C、R209接發(fā)射電路3，為發(fā)射電路3提供控制信號。
報警電路由反向器74HC04E、反向器74HC04F、發(fā)光二極管D2、發(fā)光二極管D3、R208、R214連接構(gòu)成。反向器74HC04E的輸入端9腳接單片機(jī)8031的T0輸出口、輸出端8腳通過R208接發(fā)光二極管D2，反向器74HC04F的輸入端11腳接單片機(jī)8031的INT1輸出口、輸出端10腳通過R214接發(fā)光二極管D3。當(dāng)液位低于或高于設(shè)定的高度時，單片機(jī)8031輸出報警信號，由報警電路自動報警。
在圖3、4中，本實(shí)施例的顯示電路由集成電路UPD7225及外圍阻容件、液晶顯示器4連接構(gòu)成，R601、R602、R603、R604、R605、R606、C601、C602、C603、C604、C605為集成電路UPD7225的外圍阻容件，集成電路UPD7225的8～12腳通過插座J4接CPU電路單片機(jī)8031的RXD、TXD、P10、P11、P12輸出口，集成電路UPD7225的15～17腳、19～21腳、22～24腳、25～27腳、28～30腳分別與液晶顯示器4連接。顯示電路將CPU電路輸出的液位高度數(shù)字信號由液晶顯示器4顯示出來。
在圖3、5中，本實(shí)施例的鍵盤接口電路由鎖存器74HC373B、鎖存器74HC373C、反向器74HC04G、反向器74HC04H、反向器74HC04I、反向器74HC04J、反向器74HC04K、反向器74HC04L、反向器74HC04M、反向器74HC04N、反向器74HC04O、反向器74HC04P、反向器74HC04Q、反向器74HC04R、二或門74HC32A、二或門74HC32B、電阻組件RP1連接構(gòu)成。鎖存器74HC373B的D0～D7為輸入口、Q0～Q7為輸出口，鎖存器74HC373C的D0～D7為輸入口、Q0～Q7為輸出口，鎖存器74HC373B的D0～D7輸入口以及鎖存器74HC373C的Q0～Q7輸出口與單片機(jī)8031的P00～P07數(shù)據(jù)地址口連接，鎖存器74HC373B的Q0～Q7輸出口分別依次通過反向器74HC04I～74HC04P以及插座J5接鍵盤電路，鎖存器74HC373C的D0～D4輸入口通過插座J5接鍵盤電路。反向器74HC04G的1腳輸入端和反向器74HC04Q的3腳輸入端接單片機(jī)8031的P25地址口，反向器74HC04G的2腳輸入端接二或門74HC32A的1腳輸入端，二或門74HC32A的2腳輸入端接單片機(jī)8031的WR輸出口、3腳輸出端通過反向器74HC04H接鎖存器74HC373B的LE輸入口，反向器74HC04Q的4腳輸出端接二或門74HC32B的5腳輸入端，二或門74HC32B的4腳輸入端接單片機(jī)8031的RD輸出口、6腳輸出端接鎖存器74HC373C的OE輸入口以及通過反向器74HC04R接鎖存器74HC373C的LE輸入口。電阻組件RP1分別接鎖存器74HC373C的D0～D7輸入口，為鎖存器74HC373C的上拉電阻。來自單片機(jī)8031的掃描信號輸出到鎖存器74HC373B的D0～D7輸入口，并由鎖存器74HC373B的Q0～Q7輸出口分別輸出到反向器74HC04I～反向器74HC04P，單片機(jī)8031的P25地址口和WR輸出的寫信號經(jīng)反向器74HC04G、二或門74HC32A、反向器74HC04H生成鍵盤寫譯碼信號輸出到鎖存器74HC373B的LE輸入口，鎖存來自單片機(jī)8031的P00～P07數(shù)據(jù)地址口的掃描信號，然后輸出到反向器74HC04I～反向器74HC04P到鍵盤。來自鍵盤的輸入信號輸入到鎖存器74HC373C。單片機(jī)8031的RD輸出口的讀信號、P25地址口輸出的地址信號經(jīng)反向器74HC04Q、二或門74HC32B產(chǎn)生鍵盤讀譯碼信號，輸出到鎖存器74HC373C的OE輸入口，從鍵盤輸入的指令信號經(jīng)鎖存器74HC373C的D0～D4輸入口、Q0～Q7輸出口輸出到單片機(jī)8031的P00～P07數(shù)字地址口。
在圖3、5、6中，本實(shí)施例的鍵盤電路由0～9數(shù)字鍵、H1上限報警鍵、H2下限報警鍵、A～M鍵、FA鍵、FB鍵、FC鍵、FD鍵、FE鍵、FF鍵、START開始鍵、SPEED聲速鍵、RESET復(fù)位鍵、+100鍵、-100鍵、+10鍵、-10鍵、+1鍵、-1鍵連接構(gòu)成，其中+100、-100、+10、-10、+1、-1鍵為調(diào)聲速鍵。上述各鍵通過鍵盤接口電路的插座J5接鍵盤接口電路。鍵盤用于將鐵道油罐車型號、液位的上限報警高度和下限報警高度、以及對本實(shí)用新型的工作指令輸入到單片機(jī)8031。
在圖2、3中，本實(shí)施例的發(fā)射電路3由二極管D5、二極管D6、晶閘管T2、電感L4、R8、R9、R10、C7、C8、轉(zhuǎn)換開關(guān)S4連接構(gòu)成，發(fā)射電路3的輸入端C8的一端接CPU電路R209的一端、輸出端接超聲波標(biāo)定探頭TD1或超聲波實(shí)測探頭TD2，來自CPU電路的脈沖信號，經(jīng)耦合電容C8、晶閘管T2、耦合電容C7、二極管D6、二極管D5、R9、R8、R11、電感L4，產(chǎn)生脈沖電信號，使超聲波探頭發(fā)射出超聲波。轉(zhuǎn)換開關(guān)S4用于選擇接通超聲波標(biāo)定探頭TD1或超聲波實(shí)測探頭TD2。
在圖2、7中，本實(shí)施例的電源電路由三端集成穩(wěn)壓器MC7805T、整流器B2、發(fā)光二極管D9、發(fā)光二極管D10、三極管T3、三極管T4、三極管T5、三極管T6、R700、R701、R702、R703、R704、R705、R706、R707、R708、R709、R710、變壓器B1、C701、C702、C703、C704、C705、C706、C707、C708連接構(gòu)成。電源電路的一輸入端接12V直流電源，為接收電路1、放大檢波電路2提供工作電源，電源電路的另一輸入端接6V直流電源，為電源電路提供工作電源。輸入的12V直流電經(jīng)C705、C706濾波后輸出到三端穩(wěn)壓器MC7805T，穩(wěn)壓后經(jīng)C707、C708濾波，輸出+5V穩(wěn)壓電，為單片機(jī)8031、鎖存器74HC373A～74HC373C、存儲器27C64、反向器74HC04A～74HC04R、二或門74HC32A～74HC32B、集成電路UPD7225提供工作電源。輸入的12V直流電，經(jīng)變壓器B1、T3、T6產(chǎn)生交流電信號，經(jīng)變壓器B1升壓，整流器B2全波整流，C703、C704濾波，輸出+800V直流電，為發(fā)射電路3提供工作電源。
還可根據(jù)上述原理設(shè)計出另外一種具體結(jié)構(gòu)的超聲波液位測定儀。
本實(shí)用新型的工作原理如下安裝在火車油罐底部的超聲波探頭向上發(fā)射超聲波，超聲波穿過火車油罐底部、經(jīng)過油液到油液面反射回來，再由超聲波探頭接收反射回來的超聲波，轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)濾波、放大檢波，將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出到CPU電路，由CPU電路的單片機(jī)8031計算出超聲波在油液中傳播速度v和傳播時間t，按照液面高度h的計算公式h=12Vt,]]>由單片機(jī)8031計算出油液高度，并由顯示電路的液晶顯示器4顯示出油液的高度。當(dāng)火車油罐車內(nèi)的油液低于設(shè)定的高度或高于設(shè)定的高度時，本實(shí)用新型可自動報警。
權(quán)利要求1．一種超聲波液位測定儀，其特征在于它包括超聲波探頭，用于發(fā)射超聲波到液體表面，并接收反射回來的超聲波，轉(zhuǎn)換成脈沖電信號輸出；接收放大檢波電路，輸入端接超聲波探頭，將超聲波探頭輸入的脈沖電信號濾波、放電、放大、檢波，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出；CPU電路，一輸入端接接收放大檢波電路的輸出端，該電路由單片機(jī)、存儲器、鎖存器、E2PROM、報警電路、以及外圍件連接構(gòu)成，用于完成對整機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)行和工作的控制；顯示電路，輸入端接CPU電路的輸出端，顯示所測的液位高度；鍵盤電路，用于對CPU電路發(fā)出指令信號；鍵盤接口電路，輸入端接鍵盤電路、輸出端接CPU電路的輸入端，將鍵盤的指令信號輸出到CPU電路；發(fā)射電路[3]，輸入端接CPU電路的輸出端、輸出端接超聲波探頭，為超聲波探頭產(chǎn)生脈沖電信號，使超聲波探頭發(fā)射出超聲波；它還包括電源電路，為整機(jī)提供工作電源。
專利摘要一種超聲波液位測定儀,它包括超聲波探頭、接收放大檢波電路、CPU電路、顯示電路、發(fā)射電路、鍵盤、鍵盤接口電路、電源電路,采用測量超聲波在液體中的傳播速度和時間,計算出液體的高度。本實(shí)用新型經(jīng)測試和裝在火車油罐車上運(yùn)行試驗(yàn),測量精度為±1‰,它具有測量精度高、準(zhǔn)確、迅速、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn),液位低于或高于設(shè)定的高度可報警,可測火車、汽車油罐車的油面高度,還可測其它容器內(nèi)裝的液體高度。
文檔編號G01F23/28GK2349557SQ98232958
公開日1999年11月17日 申請日期1998年8月25日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月25日
發(fā)明者曾鳳柳, 苗德霖, 王成凱 申請人:王成凱