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德國圖爾克TURCK超聲波液位傳感器的工作原理
超聲波傳感器是將超聲波信號轉(zhuǎn)換成其他能量信號（通常是電信號）的傳感器,。超聲波是振動頻率高于20kHz的機(jī)械波,。它具有頻率高,、波長短,、繞射現(xiàn)象小,，特別是方向性好,、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體,、固體的穿透本領(lǐng)很大,，尤其是在陽光不透明的固體中,。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射回波,，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。超聲波傳感器廣泛應(yīng)用在工業(yè),、國防,、生物醫(yī)學(xué)等方面。
超聲波測量液位的基本原理是：由超聲探頭發(fā)出的超聲脈沖信號,，在氣體中傳播,，遇到空氣與液體的界面后被反射，接收到回波信號后計算其超聲波往返的傳播時間,，即可換算出距離或液位高度,。超聲波測量方法有很多其它方法不可比擬的優(yōu)點：（1）無任何機(jī)械傳動部件，也不接觸被測液體,，屬于非接觸式測量,，不怕電磁干擾，不怕酸堿等強(qiáng)腐蝕性液體等，因此性能穩(wěn)定,、可靠性高,、壽命長；（2）其響應(yīng)時間短可以方便的實現(xiàn)無滯后的實時測量,。
系統(tǒng)采用的超聲波傳感器的工作頻率為40kHz左右,。由發(fā)射傳感器發(fā)出超聲波脈沖，傳到液面經(jīng)反射后返回接收傳感器,，測出超聲波脈沖從發(fā)射到接收到所需的時間,，根據(jù)媒質(zhì)中的聲速，就能得到從傳感器到液面之間的距離,，從而確定液面,。考慮到環(huán)境溫度對超聲波傳播速度的影響,，通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒▽鞑ニ俣扔枰孕Ｕ?，以提高測量精度。計算公式為：
V=331.5+0.607T （1）
式中：V為超聲波在空氣中傳播速度,；T為環(huán)境溫度,。
S=V ×t/2=V×（t1－t0）/2 （2）
式中：S為被測距離；t為發(fā)射超聲脈沖與接收其回波的時間差,；t1為超聲回波接收時刻,；t0為超聲脈沖發(fā)射時刻。利用MCU的捕獲功能可以很方便地測量t0時刻和t1時刻,，根據(jù)以上公式,，用軟件編程即可得到被測距離S。由于本系統(tǒng)的MCU選用了具有SOC特點的混合信號處理器,，其內(nèi)部集成了溫度傳感器,，因此可利用軟件很方便的實現(xiàn)對傳感器的溫度補(bǔ)償。
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