一种基于楔波频散的容器液位探测装置

技术领域

本发明涉及激光超声检测技术领域，特别是一种基于楔波频散的容器液位探测装置。

背景技术

楔形结构材料是一种非常常见的结构材料。厚度非均匀的金属板状结构，特别是金属楔形构件在工业材料及其零部件中有广泛的应用。这种结构也广泛应用于汽车油箱和特别是摩托车行业，更重要的是要适应箱中较为复杂的要求，高度越来越低的几何形状，以确保潜在点火的安全性和抗污染能力。因此，机械设备箱液位传感对测量分辨率高、安全性高、减少频繁维护的需要、降低成本效益要求强烈。目前测量液位的方法有很多，其中有浮子式、静电式、光学式、光纤传感法，超声探测等方法，如中国专利CN105067084A公开了一种利用声波传输进行液体液位检测的方法，包括以下具体步骤：利用声波在液体中无损耗传输特性，而设计的一种液体液位检测方法。但是，目前还并未有利用楔波频散特征间接测量液面位置的装置。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种准确测得液面位置，简单有效且易于实用的基于楔波频散的容器液位探测装置。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种基于楔波频散的容器液位探测装置，包括楔形波导杆，所述楔形波导杆设置在容器中，所述楔形波导杆与容器底面垂直；所述楔形波导杆尖端设置有超声发射器，所述超声发射器激发超声波，并在楔形的几何机构下的产生具有频散特征的楔形波；所述楔形波导杆的一侧设有信号接收器：所述信号接收器用于接收声波的直达波、液面反射波和波导杆末端回波；所述信号接收器连接有计算机，所述计算机用于通过楔形波的模态的直达波、反射波达到时刻计算液面位置。

所述容器四周为油箱壁。

所述楔形波导杆底部与容器底部相接触。

楔波频散进行液位探测的步骤为：

步骤T001：由激光发射器激发楔形波；

步骤T002：由楔形波导杆的几何性质，楔形波在楔尖上传播；

步骤T003：楔波在液面交界处发生反射和透射；

步骤T004：激发的液面反射波和波导杆末端回波被信号接收器接收；

步骤T005：进入测量阶段，计算机根据楔形波在空气和液体中的传播时间差、在空气固体和浸液固体中传播的楔波模态速度，计算出液面位置。

所述超声波发射器在楔形波导杆楔尖上产生有频散特征的楔形波，沿楔脊传播；

楔形波在传播过程中在液面位置会产生反射波，之后楔形波继续向水下传播，在到达波导杆底部时会被反射回来；

信号接收器捕捉两种反射回波，并将采集的波信号数据传输至计算机的信号处理器；

信号处理器根据楔形波在空气和液体中的传播时间差，计算采集的波信号数据，测出液面位置。

相比于现有技术，本发明的优点在于：本发明通过采用楔形波导杆，所述楔形波导杆设置在容器中，与容器底面接触并垂直；超声发射器用于激发并产生楔形波；该技术通过现有技术中的楔波频散来予以实现，之后通过设置好信号接收器，在楔形波导杆顶部；具体用来采集液面反射波和波导杆末端回波；对测量的液位数据进行计算，计算机根据液面反射波和波导杆末端回波到达信号接收器的时间，最终得到准确的液面位置，本发明简单有效且易于实用。

附图说明

图1为本发明工作流程图。

图2为本发明结构示意图。

图中：1、超声发射器；2、楔形波导杆；3、信号接收器；4、计算机

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“顶部”“四周”“底”“顶”“长度”“内”“端”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

图1所示，本发明实施的步骤流程

由超声发射器1激发楔形波；

由楔形波导杆2的特殊几何性质，楔形波在楔尖上以一定速度传播；

楔波在液面交界处发生反射和透射；

激发的液面反射波和波导杆末端回波被信号接收器3接收；

计算机4根据楔形波在空气和液体中的传播时间差，在空气固体和浸液固体中传播的楔波模态速度，计算出液面位置。

请参阅图2所示，实施例:本发明为一种基于楔波频散的液位探测装置，包括：

超声发射器激发声波，作为声源在楔形波导杆楔尖上产生一种具有频散特征的楔形波，以较慢速度沿楔脊传播；

楔形波导杆装置位于容器中，与液面底部垂直；

信号接收器，用于接受楔形波信号。楔形波在传播过程中在液面位置会产生反射波，之后楔形波继续向水下传播，在到达波导杆底部时会被反射回来。

计算机根据楔形波在空气和液体中的传播时间差，在空气固体和浸液固体中传播的楔波模态速度，计算出液面位置。

油箱壁:所述油箱壁设置在容器四周位置；

所述楔形波导杆底部与容器底部相接触。

楔形波的产生：通过超声波发射器激发超声波，并在楔形的特殊几何机构下激发楔形波。

楔形波的传输：由于楔波传播速度更慢，能量更加集中且更容易被检测，于是楔形波在波导杆的楔尖上传输。在传输过程中，楔形波在液面和空气交界处发生反射和透射

楔形波的接收：在液面交界处产生的液面反射波和波导杆末端回波的波信号被信号接收器接收

楔形波的处理：根据楔形波不同模态在空气和液体中的传播时间差，在空气固体和浸液固体中传播的楔波模态速度，计算出液面位置。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这个实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。