模拟技术中的一种基于气介式超声波传感器的雨量液位测量系统设计与应用
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2020-10-22
17:07:42
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模拟技术中的一种基于气介式超声波传感器的雨量液位测量系模拟技术中的一种基于气介式超声波传感器的雨量液位测量系
统设计与应用统设计与应用
摘要：在分析传统雨量液位测量系统的基础上，使用气介式超声波传感器和AT89S52单片机设计了一种新型的
雨量液位测量系统。采用超声波测距方法，实现雨量的高精度实时测量；利用固定挡板反射回波进行声速校
正，解决了温度补偿精度的问题；采用外围保护装置，使该系统在恶劣环境中能正常使用。该系统还具有与PC
机通信的功能，可实现低成本、远距离的控制和监测。 0 引言 降水量是衡量一个地区在某段时间内降
水多少的数据。降水量就是指从天空降落到地面上的液态和固态（经融化后）降水，没有经过蒸发、渗透和流
失而在水平面上积聚的深度。它的单位是毫米。降水根据其不同的物理特征可分为液态降水和固态降水。液态
降水有毛毛雨
摘要： 摘要：在分析传统雨量液位测量系统的基础上，使用气介式超声波传感器和AT89S52单片机设计了一种新型的雨量液位
测量系统。采用超声波测距方法，实现雨量的高精度实时测量；利用固定挡板反射回波进行声速校正，解决了温度补偿精度的
问题；采用外围保护装置，使该系统在恶劣环境中能正常使用。该系统还具有与PC机通信的功能，可实现低成本、远距离的
控制和监测。
0 引言引言
降水量是衡量一个地区在某段时间内降水多少的数据。降水量就是指从天空降落到地面上的液态和固态（经融化后）降
水，没有经过蒸发、渗透和流失而在水平面上积聚的深度。它的单位是毫米。降水根据其不同的物理特征可分为液态降水和固
态降水。液态降水有毛毛雨、雨、雷阵雨、冻雨、阵雨等，固态降水有雪、雹、霰等，还有液态固态混合型降水：如雨夹雪
等。"降水量"是气象术语，按气象观测规范规定，气象站在有降水的情况下，每隔六小时观测一次。6小时中降下来的雨雪统
统融化为水，称为6小时降水量；24小时降下来的雨雪统统融化为水，称为24小时降水量；一个旬降下来的雨雪统统融化为
水，称为旬降水量……一年中，降下来的雨雪统统融化为水，称为"年降水量"其中，气介式是指探头安装在被测液面上方，超
声波的传播介质为气体。因为气介式安装较其他几种方式最为方便灵活，故本系统设计采用气介式超声波传感器。然而在传统
的超声波测量方法中常使用温度传感器测量，若在单片机中存表实现补偿，既增加了成本，也无法达到很高的精度要求，同时
也无法实现远程通信的目的。针对上述问题，本系统设计给出了方案。
1 超声波测量的基本原理超声波测量的基本原理
超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激
励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液
体、固体的穿透本领很大，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显着反射形成反射成回波，碰到活动物体
能产生多普勒效应。
根据声学原理，当声波从一种介质向另一种介质传播时，在两种密度不同、声速不同的介质界面上，会发生反射和折射。
其反射率为：
当声波传播到水面时，R≈1.超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到的障碍物所反射的回波来测出发射和接收回波
的时间差△t,然后求出距离S.测量雨量液位是属于测量面与点距离的性质，液位、换能器与换能器所在测量参考平面之间存在
一个角度，其测量如图1所示。
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