RU2389982C1 - Method of compensating for errors in ultrasonic level gauge measurements - Google Patents
Method of compensating for errors in ultrasonic level gauge measurements Download PDFInfo
- Publication number
- RU2389982C1 RU2389982C1 RU2009112965/28A RU2009112965A RU2389982C1 RU 2389982 C1 RU2389982 C1 RU 2389982C1 RU 2009112965/28 A RU2009112965/28 A RU 2009112965/28A RU 2009112965 A RU2009112965 A RU 2009112965A RU 2389982 C1 RU2389982 C1 RU 2389982C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- time interval
- time
- ultrasonic
- time intervals
- measurement
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ультразвуковым локационным измерителям уровня жидкости и сыпучих продуктов в резервуарах на автозаправочных станциях и нефтебазах, а также в химической, нефтяной, пищевой и других отраслях народного хозяйства.The invention relates to ultrasonic location level meters of liquid and bulk products in tanks at gas stations and tank farms, as well as in the chemical, oil, food and other sectors of the economy.
Известен способ компенсации погрешностей акустических локационных уровнемеров (патент РФ №2129703, МПК G01F 23/28, опубл. 27.04.1999), включающий излучение и прием ультразвуковых импульсов, формирование реперного и измерительного временных интервалов, их цифровое преобразование соответственно с помощью синхро- и счетных импульсов и индикацию расстояния от акустического датчика до измеряемого уровня.A known method of compensating for errors of acoustic location level gauges (RF patent No. 2129703, IPC G01F 23/28, publ. 04/27/1999), including radiation and reception of ultrasonic pulses, the formation of reference and measuring time intervals, their digital conversion, respectively, using synchronous and counting pulses and indication of the distance from the acoustic sensor to the measured level.
Недостатком известного способа является низкая точность измерения, обусловленная невозможностью учета временного интервала между началом отраженного ультразвукового импульса и моментом срабатывания порогового устройства, который может изменяться в турбулентной диспергирующей газовой или жидкостной среде, а также в средах с изменяющимся коэффициентом затухания.The disadvantage of this method is the low accuracy of the measurement, due to the inability to take into account the time interval between the beginning of the reflected ultrasonic pulse and the moment of operation of the threshold device, which can vary in a turbulent dispersing gas or liquid medium, as well as in environments with a varying attenuation coefficient.
Известен способ компенсации погрешностей акустических локационных уровнемеров (заявка РФ №2006109659, МПК (2006.01) G01B 17/00, опубл. 10.10.2007), включающий излучение ультразвукового сигнала, прием ответного сигнала и измерение времени двунаправленного прохождения ультразвукового импульса от излучателя до отражателя и обратно, причем измеряют временной интервал между пиком максимальной амплитуды первого ответного сигнала и пиком максимальной амплитуды противоположной полярности второго ответного сигнала, который прямо пропорционален измеряемой длине.A known method of compensating for errors of acoustic location level gauges (RF application No. 2006109659, IPC (2006.01) G01B 17/00, published 10.10.2007), including the emission of an ultrasonic signal, receiving a response signal and measuring the time of the bi-directional passage of an ultrasonic pulse from the emitter to the reflector and vice versa moreover, the time interval between the peak of the maximum amplitude of the first response signal and the peak of the maximum amplitude of the opposite polarity of the second response signal, which is directly proportional to the measured line.
Недостатком известного способа является низкая точность и стабильность измерения, обусловленная изменением формы как первого, так и второго ответных сигналов при волноводном распространении, которыми являются трубы, и возможным отсутствием второго ответного сигнала в турбулентной диспергирующей газовой или жидкостной среде, а также в средах с большим коэффициентом затухания.The disadvantage of this method is the low accuracy and stability of the measurement, due to a change in the shape of both the first and second response signals during waveguide propagation, which are pipes, and the possible absence of a second response signal in a turbulent dispersing gas or liquid medium, as well as in media with a high coefficient attenuation.
Задачей изобретения является создание способа, обеспечивающего снижение погрешности и повышение стабильности измерений в турбулентной диспергирующей газовой или жидкостной среде, а также в средах с большим коэффициентом затухания.The objective of the invention is to provide a method for reducing the error and increasing the stability of measurements in a turbulent dispersing gas or liquid medium, as well as in environments with a high attenuation coefficient.
Поставленная задача решена за счет того, что в способе компенсации погрешности измерения ультразвукового уровнемера, включающем излучение ультразвукового сигнала, прием ответного сигнала, измерение временного интервала между двумя сигналами и вычисление расстояния до отражающей поверхности производят путем умножения скорости распространения ультразвука в контролируемой среде на измеренный временной интервал.The problem is solved due to the fact that in the method of compensating for the measurement error of the ultrasonic level gauge, including the emission of an ultrasonic signal, receiving a response signal, measuring the time interval between two signals and calculating the distance to the reflecting surface is performed by multiplying the speed of propagation of ultrasound in a controlled environment by the measured time interval .
Согласно изобретению после приема ответного сигнала производят его детектирование и преобразование в цифровой код, затем измеряют не менее трех временных интервалов, в которых мгновенное значение амплитуды ответного сигнала превышает пороговый уровень, и по величине порогового значения и изменению длительности этих временных интервалов определяют временную координату начала ответного сигнала и используют ее при расчете расстояния до отражающей поверхности.According to the invention, after receiving the response signal, it is detected and converted to a digital code, then at least three time intervals are measured in which the instantaneous value of the amplitude of the response signal exceeds a threshold level, and the time coordinate of the beginning of the response is determined from the value of the threshold value and the change in the duration of these time intervals signal and use it when calculating the distance to the reflective surface.
Измерение не менее 3 временных интервалов, в которых мгновенное значение амплитуды ответного сигнала превышает пороговый уровень, позволяет определить временную координату начала ответного сигнала, что позволяет компенсировать погрешность измерения ультразвукового уровнемера. Использование 3 временных интервалов позволяет определить начало ответного сигнала с погрешностью не более λ/2. Уменьшение количества временных интервалов приводит к увеличению погрешности определения начала ответного сигнала, при использовании двух временных интервалов погрешность составит 2λ. Исключение второго ответного сигнала, которого может не быть в турбулентной диспергирующей газовой или жидкостной среде, а также в средах с большим коэффициентом затухания, из процесса измерения повышает стабильность измерения.Measurement of at least 3 time intervals in which the instantaneous value of the amplitude of the response signal exceeds the threshold level, allows you to determine the time coordinate of the beginning of the response signal, which allows you to compensate for the measurement error of the ultrasonic level gauge. Using 3 time intervals allows you to determine the beginning of the response signal with an error of not more than λ / 2. Reducing the number of time intervals leads to an increase in the error in determining the beginning of the response signal, when using two time intervals, the error is 2λ. The exclusion of the second response signal, which may not be in a turbulent dispersing gas or liquid medium, as well as in environments with a high attenuation coefficient, from the measurement process increases the stability of the measurement.
На фиг.1 представлена диаграмма, иллюстрирующая предлагаемый способ.Figure 1 presents a diagram illustrating the proposed method.
На фиг.2 представлена схема устройства, иллюстрирующая предлагаемый способ.Figure 2 presents a diagram of a device illustrating the proposed method.
На фиг.3 представлены осциллограммы.Figure 3 presents the waveform.
Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит блок управления и индикации 1, выход которого соединен с генератором 2 и входом блока формирования временного интервала 3. Генератор 2 подключен к излучателю 4. Приемник 5 соединен с усилителем 6, выход которого связан с входом порогового устройства 7. К другому входу порогового устройства 7 подключен источник опорного напряжения 8 (ИОН) и блок управления и индикации 1. Выход порогового устройства 7 подключен к входу блока измерения временных интервалов 9 и входу блока формирования временного интервала 3, выход которого подключен к блоку управления и индикации 1. К другому входу блока измерения временных интервалов 9 подключен кварцевый генератор 10. Выход блока измерения временных интервалов 9 подключен к блоку управления и индикации 1.A device that implements the proposed method includes a control and
Блок управления и индикации 1 может быть выполнен на микроконтроллере ATMEGA16 и семисегментных индикаторах типа DA56-11SRWA, для подсчета временного интервала используется внутренний таймер-счетчик. Блок формирования временного интервала 3 выполнен на стандартной микросхеме К1554ТМ2. В качестве порогового устройства 7 использован компаратор К521СА3. Генератор 2 может быть выполнен по схеме с разрядом накопительной емкости на тиристорах типа КУ104Г. Приемник 5 и излучатель 4 могут быть изготовлены из любой пьезокерамики, например ЦТС-19. Усилитель 6 может быть выполнен на операционном усилителе, например К544УД2. Источник опорного напряжения 8 выбран типовым REF 192 фирмы ANALOG DEVICES в стандартном включении, блок измерения временных интервалов 9 может быть выполнен на типовых двоичных реверсивных счетчиках с задержкой переключения меньшей частоты кварцевого генератора 10, например К1554ИЕ7, кварцевый генератор 10 может быть выполнен на типовой микросхеме, OSC 120 MHz.The control and
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Блок управления и индикации 1 вырабатывает импульс запуска для ультразвукового генератора 2, этим же импульсом блок формирования временного интервала 3 устанавливается в состояние логической единицы. Генератор 2 возбуждает излучатель 4. Излученный ультразвуковой импульс распространяется по контролируемой среде и принимается приемником 5, усиливается усилителем 6 и поступает на вход порогового устройства 7. На второй вход порогового устройства 7 подается напряжение с источника опорного напряжения 8 (ИОН) U1. Как только напряжение на выходе усилителя 6 превысит напряжение U1, выход порогового устройства 7 переключится в состояние логической 1, которая сбрасывает блок формирования временного интервала 3 в состояние логического нуля (точка t1, фиг.1). Таким образом, на выходе блока формирования временного интервала 3 получится импульс, длительность которого равна времени (t1-t0). Блок управления и индикации 1 осуществляет вычисление этого временного интервала с помощью внутреннего таймера-счетчика. Как только напряжение на выходе усилителя 6 станет меньше U1, выход порогового устройства 7 сброситься в ноль и на его выходе получается первый временной интервал Δt1, переключение выхода порогового устройства 7 будет происходить до тех пор, пока амплитудное значение сигнала на выходе усилителя 6 будет превышать пороговое напряжение U1 и на его выходе будут формироваться временные интервалы Δt2, Δt3 и т.д. Блок измерения временных интервалов 9 производит измерение длительности импульсов, появляющихся на выходе порогового устройства 7. Блок управления и индикации 1 считывает данные с блока измерения временных интервалов 9, с источника опорного напряжения 8 (ИОН) и в соответствии с программой рассчитывает временную координату начала ответного сигнала. Используя эту координату, определяет расстояние до отражающей поверхности и производит индикацию этого расстояния.The control and
В качестве примера рассмотрим определение расстояния предлагаемым способом. В воде на расстоянии 250 см от излучателя 4 был установлен приемник 5. Частота ультразвуковых сигналов составляла 600 кГц, соответственно длина волны λ равнялась 2,5 мм, а период колебаний Т равнялся 1,67 мкс. Излучение и прием ультразвуковых сигналов производили с помощью устройства, реализующего предлагаемый способ, и для сравнения наблюдали с помощью осциллографа GDS820G на выходе усилителя 6 (фиг.3, верхняя осциллограмма) и на выходе порогового устройства 7 (фиг.3, нижняя осциллограмма).As an example, consider the determination of distance by the proposed method. A receiver 5 was installed in water at a distance of 250 cm from the emitter 4. The frequency of the ultrasonic signals was 600 kHz, respectively, the wavelength λ was 2.5 mm, and the oscillation period T was 1.67 μs. The radiation and reception of ultrasonic signals was carried out using a device that implements the proposed method, and for comparison was observed using a GDS820G oscilloscope at the output of amplifier 6 (Fig. 3, upper oscillogram) and at the output of threshold device 7 (Fig. 3, lower oscillogram).
Временные интервалы на выходе порогового устройства, измеренные блоком измерения временных интервалов, имели длительностиThe time intervals at the output of the threshold device, measured by the time interval measurement unit, had durations
Δt1=0,18 мкс, Δt2=0,55 мкс, Δt3=0,66 мкс.Δt 1 = 0.18 μs, Δt 2 = 0.55 μs, Δt 3 = 0.66 μs.
Пороговое напряжение равнялось 0,5 В. По этим данным блок управления и индикации 1, в соответствии с алгоритмом, рассчитывает координаты 3 точек экстремумов [А(у1, х1), В(у2, х2), С(у3, х3)] по уравнениям:The threshold voltage was 0.5 V. According to these data, the control and
в результате расчета блок управления и индикации 1 получает следующие значения координат:as a result of the calculation, the control and
у1=0,53; у2=0,979; у3=1,55;y 1 = 0.53; y 2 = 0.979; 3 = 1.55;
х1=1700,9; х2=1702,57; x3=1704,24.x 1 = 1700.9; x 2 = 1702.57; x 3 = 1704.24.
По этим координатам блок управления и индикации 1 составляет систему трех квадратных уравнений с тремя неизвестными:According to these coordinates, the control and
Решает эту систему уравнений и находит коэффициенты а1, b1 и с1 и подставляет их в уравнение огибающей:Solves this system of equations and finds the coefficients a 1 , b 1 and c 1 and substitutes them in the envelope equation:
у=a1x2+b1x+c1 y = a 1 x 2 + b 1 x + c 1
Затем, в соответствии с программой, находит точку пересечения огибающей с осью абсцисс, путем приравнивания уравнения к нулю и нахождения его решения:Then, in accordance with the program, finds the point of intersection of the envelope with the abscissa axis, by equating the equation to zero and finding its solution:
a1x2+b1x+c1=0a 1 x 2 + b 1 x + c 1 = 0
Временная координата точки пересечения, определенная по этому уравнению, равна:The temporal coordinate of the intersection point determined by this equation is:
х=1697,67 мкс.x = 1697.67 μs.
Измеренное осциллографом GDS 820G время tp составило 1698 мкс.The time t p measured by the GDS 820G oscilloscope was 1698 μs.
Ошибка измерения уровня Δh составила:The error in measuring the level Δh was:
Δh=С*(1698-1697,67)=(1,5*106)*(0,33*10-6)=0,66 мм,Δh = C * (1698-1697.67) = (1.5 * 10 6 ) * (0.33 * 10 -6 ) = 0.66 mm,
где С - скорость распространения ультразвука в воде.where C is the speed of propagation of ultrasound in water.
Таким образом, экспериментально установлено, что погрешность измерения уровня не превышает λ/2.Thus, it was experimentally established that the level measurement error does not exceed λ / 2.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009112965/28A RU2389982C1 (en) | 2009-04-06 | 2009-04-06 | Method of compensating for errors in ultrasonic level gauge measurements |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009112965/28A RU2389982C1 (en) | 2009-04-06 | 2009-04-06 | Method of compensating for errors in ultrasonic level gauge measurements |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2389982C1 true RU2389982C1 (en) | 2010-05-20 |
Family
ID=42676203
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009112965/28A RU2389982C1 (en) | 2009-04-06 | 2009-04-06 | Method of compensating for errors in ultrasonic level gauge measurements |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2389982C1 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2470267C1 (en) * | 2011-07-29 | 2012-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Device to compensate for error in measurement by ultrasonic level metre |
RU2471158C1 (en) * | 2011-07-29 | 2012-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of compensating for ultrasonic level gauge measurement errors |
RU2544310C1 (en) * | 2013-10-17 | 2015-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method to compensate for error of measurement of ultrasonic locator |
RU2544311C1 (en) * | 2013-10-17 | 2015-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Device to compensate error of measurement of ultrasonic well depth gauge |
RU2599602C1 (en) * | 2015-06-15 | 2016-10-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method for compensation of error of measurement of ultrasonic locator |
RU2703834C1 (en) * | 2019-04-05 | 2019-10-22 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» | Method of compensation for measurement error of ultrasonic locator |
RU2703836C1 (en) * | 2019-04-05 | 2019-10-22 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» | Ultrasonic locator measurement error compensation device |
-
2009
- 2009-04-06 RU RU2009112965/28A patent/RU2389982C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2470267C1 (en) * | 2011-07-29 | 2012-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Device to compensate for error in measurement by ultrasonic level metre |
RU2471158C1 (en) * | 2011-07-29 | 2012-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of compensating for ultrasonic level gauge measurement errors |
RU2544310C1 (en) * | 2013-10-17 | 2015-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method to compensate for error of measurement of ultrasonic locator |
RU2544311C1 (en) * | 2013-10-17 | 2015-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Device to compensate error of measurement of ultrasonic well depth gauge |
RU2599602C1 (en) * | 2015-06-15 | 2016-10-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method for compensation of error of measurement of ultrasonic locator |
RU2703834C1 (en) * | 2019-04-05 | 2019-10-22 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» | Method of compensation for measurement error of ultrasonic locator |
RU2703836C1 (en) * | 2019-04-05 | 2019-10-22 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» | Ultrasonic locator measurement error compensation device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2389982C1 (en) | Method of compensating for errors in ultrasonic level gauge measurements | |
EP2799820B1 (en) | Liquid surface level measurement device, method, and program | |
CN103542911B (en) | Based on the guided wave radar material level gauge echo signal processing system and method for first order derivative | |
CN107576371B (en) | A kind of Ultrasonic Liquid Level Measurement and ultrasonic wave liquid level measuring apparatus | |
RU2358243C1 (en) | Method of compensating measurement errors of ultrasonic level gauge | |
RU2389981C1 (en) | Method of compensating for errors in ultrasonic level gauge measurements | |
US9618617B2 (en) | Level measurement using correlation between a pair of secondary reference signals | |
JPS59135323A (en) | Method and device for measuring quantity of liquid in tank | |
CN207499824U (en) | A kind of slurry tank liquid level detection device | |
RU2380659C1 (en) | Method of compensating ultrasonic level gauge measurement errors | |
RU2544310C1 (en) | Method to compensate for error of measurement of ultrasonic locator | |
CN205785491U (en) | A kind of Sound speed profile instrument based on TOF technology | |
RU2406979C2 (en) | Device for compensating for errors in ultrasonic level gauge measurements | |
CN112799072A (en) | Ultrasonic distance measurement sensor and distance measurement method | |
RU2396521C1 (en) | Device for compensating for ultrasonic level gauge measurement errors | |
RU75034U1 (en) | ULTRASONIC LEVEL MEASUREMENT COMPENSATION DEVICE | |
RU2384822C1 (en) | Measurement error compensation device of ultrasonic level gauge | |
CN105823548A (en) | Sound velocity profiler based on TOF technology | |
RU2491519C1 (en) | Level indicator | |
US20150323370A1 (en) | Method for Evaluation for Measurement Signals of a Level Gauge | |
RU2599602C1 (en) | Method for compensation of error of measurement of ultrasonic locator | |
RU2470267C1 (en) | Device to compensate for error in measurement by ultrasonic level metre | |
RU2748137C1 (en) | Method of compensation of the measurement inaccuracy of the ultrasonic locator | |
CN207232088U (en) | A kind of container corrosion detection device | |
WO2008147223A1 (en) | Improvements relating to ultrasonic distance measuring devices |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110407 |