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超聲波液位計在隧道積水監測中的應用
發布時間:2022-11-07 07:36:45

隧道積水深度的遠程監測對于交通事故的發生具有重要防范意義。該系統通過前端超聲波液位計將水深這一物理量轉換為電信號,經過簡單處理后傳輸給后級主控芯片做進一步處理,把模擬量轉換為數字量,之后利用集成的無線通信模塊完成數據傳輸。

考慮到陰雨天氣情況下較為密閉的隧道內網絡信號質量不穩定問題,以及LoRa技術的遠距離、低功耗、低成本、可靠性高等特性,可以同時兼顧更長的隧道距離和更低的功耗,系統選用LoRa模塊作為第一步無線傳輸,再將隧道外部的接收端LoRa與4G通信模塊進行集成,將信息傳輸到控制中心,接著由相關部門利用廣播電臺發出警示信息,同時隧道遠處的可變情報板上會提供行車建議,搭建完備的城市隧道積水遠程監控系統。超聲波液位計輸出電流信號,經過簡單信號處理轉換為電壓信號,然后傳輸給后一級。主控芯片選用TI設計生產的MSP430系列單片機,芯片內集成的ADC模塊完成模數轉換后,利用串口與無線通信模塊進行信息交換。

目前市面上進行液位測量時,根據測量應用需求的不同和測量原理的差異性,主要有浮力式、電容式、激光式液位傳感器等。隨著超聲波技術的發展,超聲波液位測量方法得到了普遍的應用。相較于其他測量技術,其最大特性為無需接觸介質就能滿足大部分測量環境要求,且對待測環境影響較小,同時避免了壓力式、浮力式等傳統測量方式可能出現的纏繞、堵塞、介質腐蝕、維護不便等不足。就隧道積水監測這一應用而言,考慮到大部分時間下隧道內出現積水的可能性極低,該系統選擇超聲波液位測量方法。

超聲波液位計采用四線制輸出接口,分別為電源正、電源負、輸出正以及輸出負,將聲信號轉換為4~20mA的電流信號。在實際使用過程中,通常將電源負和輸出負短接。測量原理圖如圖1所示。

超聲波圖1.png

傳感器安裝在隧道內最低處的正上方,探頭產生超聲脈沖波,通過媒介傳遞到被測液面,然后被反射回傳感器,利用式(1)可以計算出液位高度:h=H-L=H-v×t/2(1)

其中,h為液面實際高度,H表示探頭端面到底部的總高度,L表示探頭端面到液面的距離(超聲波傳輸距離的一半),v表示超聲波傳輸速度,t表示超聲波傳播時間。

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