一种水浸超声检测水箱的液位控制装置和方法

摘要

本发明涉及一种水浸超声检测水箱的液位控制装置和方法，装置包括处理器、超声波测距模块、液体流量计和为整个装置供电的电源，所述超声波测距模块正对水浸超声检测水箱内的液位方向，所述水浸超声检测水箱的进水口和出水口均设有所述液体流量计，用于检测液体流量，所述处理器分别连接所述水浸超声检测水箱、超声波测距模块和液体流量计。与现有技术相比，本发明有助于现有水浸超声检测中最佳液位的自动控制，同时在应对复杂形状的复合材料、增材制件的水浸超声检测中可以通过本发明提供的方法测量出被检测件的密度，进而更好的确定超声检测的最佳声速，具有功能丰富、控制准确性高等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及水浸超声检测技术领域，尤其是涉及一种水浸超声检测水箱的液位控制装置和方法。

背景技术

水浸超声无损检测随着计算机与控制技术的不断发展也越来越普及，水浸超声主要应用于超声强衰减材料、多层结构件、重要焊接结构件中缺陷高灵敏度的超声检测和评价，并对自然缺陷形状、性质和大小进行分析和判别，实现对缺陷的精确定性、定量和定位。广泛应用于航空航天中的一些大型零部件的无损检测；近年来，也常应用于金属增材制造制件与复合材料的检测。

水浸超声探头具有聚焦性，所以探头与工件的最佳工作距离由探头的固有参数决定。在检测中探头需要完全进入液体中，并与被检测工件表面保持最佳距离才能保证最佳的检测效果，现有技术为通过人工观察控制液体液位，准确度不高。

另外，超声检测中超声声速的设定影响着最终成像的效果，也关系着最终的缺陷定量分析。在常规的工件可以利用外观尺寸的测量和超声探头计算出声速，对于复杂的3D金属打印件和复合材料很难利用尺寸测量计算出密度，尤其是在一些检测中，制造者也并不清楚所交付检测的工件的密度时，给准确的检测带来一些问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在水浸超声检测中无液位高度测量的缺陷而提供一种浸超声检测水箱的液位控制装置和方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种水浸超声检测水箱的液位控制装置，包括处理器、超声波测距模块、液体流量计和为整个装置供电的电源，所述超声波测距模块正对水浸超声检测水箱内的液位方向，所述水浸超声检测水箱的进水口和出水口均设有所述液体流量计，用于检测液体流量，所述处理器分别连接所述水浸超声检测水箱、超声波测距模块和液体流量计。

进一步地，所述水浸超声检测水箱的进水口设有第一常闭电磁阀，所述水浸超声检测水箱的出水口设有第二常闭电磁阀，所述第一常闭电磁阀和第二常闭电磁阀均连接所述处理器。

进一步地，所述水浸超声检测水箱的进水口还设有第一手动阀门，所述水浸超声检测水箱的出水口还设有第二手动阀门。

进一步地，所述液位控制装置还包括计算机，该计算机连接所述处理器，所述计算机用于设定最佳液位高度。

进一步地，所述液位控制装置还包括按键模块和切换开关，所述切换开关的输入端分别连接所述计算机和按键模块、输出端连接所述处理器，用于在计算机和按键模块间切换控制所述处理器，所述按键模块用于设定最佳液位高度。

进一步地，所述液位控制装置还包括数码管显示模块，该数码管显示模块连接所述处理器，用于显示最佳液位高度和实测液位高度。

进一步地，所述超声波测距模块为防水性超声波测距模块。

本发明还提供一种基于如上所述的一种水浸超声检测水箱的液位控制装置的水浸超声检测水箱控制方法，包括液位控制步骤：

水浸超声检测水箱进水过程中，通过超声波测距模块检测与液面间的距离，从而获取第一液位高度；通过液体流量计获取流量数据，从而计算出第二液位高度；

判断所述第一液位高度和第二液位高度的差值是否大于预设的液位偏差阈值，若是，则发送预警信息；

根据所述第一液位高度和第二液位高度，计算实测液位高度，将该实测液位高度与预设的最佳液位高度比较，若实测液位高度大于最佳液位高度，则水浸超声检测水箱出水；若实测液位高度小于最佳液位高度，则水浸超声检测水箱进水；若实测液位高度等于最佳液位高度，则水浸超声检测水箱停止进水和出水。

进一步地，所述通过液体流量计获取流量数据，从而计算出第二液位高度具体为：当有液体流过液体流量计中时，液体流量计将会产生脉冲，通过获取脉冲数量，计算流入或流出水浸超声检测水箱的液体的体积。

进一步地，所述水浸超声检测水箱控制方法还包括超声声速控制步骤：

在水浸超声检测水箱内放入待测工件，水浸超声检测水箱进水，直至液位漫过待测工件；

在进水期间，通过液体流量计获取流量数据，从而计算出第一体积；

水浸超声检测水箱停止进水后，通过超声波测距模块检测与液面间的距离，并根据预先获取的水浸超声检测水箱底面与超声波测距模块的距离，以及水浸超声检测水箱的底面积，计算第二体积；

将所述第二体积与第一体积相减，得到待测工件体积，并根据预先获取的待测工件质量，计算待测工件的密度，从而确定水浸超声检测水箱的超声声速。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明在水浸超声检测水箱中增设了超声波测距模块和液体流量计，超声波测距模块可检测与液面间的距离，液体流量计可采集流量数据；通过处理器对两者数据信号的采集，由超声波测距模块与液面间的距离可以计算液位高度；由液体流量计的流量数据也可以计算液位高度，且两者计算方法不相关，通过比较两个液位高度数据能确保实测液位高度的准确性，从而进行液位控制；

另外，还可以在水浸超声检测水箱内放入并漫过待测工件后，通过超声波测距模块与液面间的距离计算液体与待测工件的总体积，通过液体流量计的流量数据计算液体体积，从而得到待测工件体积，进而计算待测工件的密度，确定水浸超声检测水箱的超声声速，能满足任何复杂形状的待测工件的检测；

综上，本发明有助于现有水浸超声检测中最佳液位的自动控制，同时在应对复杂形状的复合材料、增材制件的水浸超声检测中可以通过本发明提供的方法测量出被检测件的密度，进而更好的确定超声检测的最佳声速。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的一种水浸超声检测水箱的液位控制装置的结构图；

图2为本发明实施例中提供的一种水箱液位变化示意图；

图3为本发明实施例中提供的一种水箱液位控制方法逻辑流程图；

图4为本发明实施例中提供的一种利用水箱液位变化测量工件体积方法流程图；

图中，101、手动阀门，101-1、第一手动阀门，101-2、第二手动阀门，102、常闭电磁阀，102-1、第一常闭电磁阀，102-2、第二常闭电磁阀，103、液体流量计，103-1、第一液体流量计，103-2、第二液体流量计，105、微处理器，106、超声波测距模块，108、按键模块，109切换开关，110、数码管显示模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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装置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。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1

本实施例提供一种水浸超声检测水箱的液位控制装置，包括处理器、超声波测距模块、液体流量计和为整个装置供电的电源，超声波测距模块正对水浸超声检测水箱内的液位方向，水浸超声检测水箱的进水口和出水口均设有液体流量计，用于检测液体流量，处理器分别连接水浸超声检测水箱、超声波测距模块和液体流量计，超声波测距模块为防水性超声波测距模块。

作为一种优选的实施方式，水浸超声检测水箱的进水口设有第一常闭电磁阀，水浸超声检测水箱的出水口设有第二常闭电磁阀，第一常闭电磁阀和第二常闭电磁阀均连接处理器，用于通过处理器自动控制进水口和出水口的通断。

作为一种优选的实施方式，水浸超声检测水箱的进水口还设有第一手动阀门，水浸超声检测水箱的出水口还设有第二手动阀门，设置手动阀门用于应对常闭电磁阀失效时，液体失控的风险。

作为一种优选的实施方式，液位控制装置还包括计算机，该计算机连接处理器，计算机用于设定最佳液位高度。

作为一种优选的实施方式，液位控制装置还包括按键模块和切换开关，切换开关的输入端分别连接计算机和按键模块、输出端连接处理器，用于在计算机和按键模块间切换控制处理器，按键模块用于设定最佳液位高度。

作为一种优选的实施方式，液位控制装置还包括数码管显示模块，该数码管显示模块连接处理器，用于显示最佳液位高度和实测液位高度。

将上述优选的实施方式进行组合，可以得到一种最优的实施方式，下面对该最优的实施方式的具体实施过程进行描述。

参考图1所示，一种水浸超声检测水箱的液位控制装置，包括手动阀门101、常闭电磁阀102、水流量计103、微处理器105、超声波测距模块106、按键模块108、切换开关109和数码管显示模块110。

本实施例中，手动阀门101置于常开状态，仅在常闭电池阀102出现故障时，用于手动关闭或开启使用。在实施本例时常闭电磁阀102与微处理器105之间应该使用继电器或其它等同于继电器功能的电子开关进行连接，因为微处理器无法直接驱动电磁阀进行动作。微处理器选择8位以上的单片机即可，需要注意的是需要保证由足够的中断指令和足够的IO口，用于任务分时与外部驱动。在选用超声波测距模块106时，应该选用防水性超声波模块，并在安装时需要注意，超声波测距仪都有一定的盲区，被测物体离超声波测距探头过近将无法得到准确的数据；同时也应注意水箱107侧壁对返回数据的干扰。按键模块108有0-9位数字按键同时有小数点、取消、确认按键；切换开关109有两个状态可以进行切换；数码管显示模块110采用8位数码管显示，以保证可以显示到毫米单位。

当有液体流过液体流量计103中时，液体流量计将会产生脉冲，脉冲被微处理器105中断获取，通过微处理器中的定时器和脉冲数量的计算，可以得出进入水箱或流出水箱的液体的体积，通过体积除以水箱底部的表面积可以得出液体的高度变化量。超声波测距模块106可以直接测量出当前液位的高度，超声波测距模块106可以通过微处理器105指令触发后进行测量，也可以设置位定时测量后将数据传输到微处理器，并由微处理器将数据显示到数码管显示模块110和传输到计算机104。

在图2中，超声波探伤仪的超声探头108是可以随着机械运动机构上下运动的，超声探头108工作时需要在水层以下，假设探头当前下降高度为h3，当前液位高度为h1，则可以得知需要补充液位，此时打开第二常闭电磁阀102-2关闭第一常闭电磁阀102-1进行增加液体，并由超声测距模块106和第二液体流量计103-2共同计算出增加的液体高度Δh，当增加的高度满足检测要求时，关闭第二常闭电磁阀102-2。

在图2中，超声波测距模块106测得超声波测距模块106到液面的距离为h4，由于知道水箱高度h0，所以h0减去h4即为水箱内部的液位高度。当工件放入水箱中后，水箱中液位会产生一个液位高度差Δh，这个高度差Δh可以通过超声波测距模块106和液体流量计103计算出来，例：图2中当只有液体时，超声波测距模块106和液体流量计103计算出来的高度将是一致的，即Δh为0；当放入工件后液体高度将变化，此时超声波测距模块106和液体流量计计算出来的高度将有一个差值Δh，当液体完全覆盖工件时，差值Δh乘以水箱底面积即为工件的体积。实施人员应当注意水箱的上下表面积为均匀一致的。

本实施例还提供一种基于如上任一实施方式的一种水浸超声检测水箱的液位控制装置的水浸超声检测水箱控制方法，其特征在于，包括液位控制步骤：

水浸超声检测水箱进水过程中，通过超声波测距模块检测与液面间的距离，从而获取第一液位高度；通过液体流量计获取流量数据，从而计算出第二液位高度；

判断第一液位高度和第二液位高度的差值是否大于预设的液位偏差阈值，若是，则发送预警信息；

根据第一液位高度和第二液位高度，计算实测液位高度，将该实测液位高度与预设的最佳液位高度比较，若实测液位高度大于最佳液位高度，则水浸超声检测水箱出水；若实测液位高度小于最佳液位高度，则水浸超声检测水箱进水；若实测液位高度等于最佳液位高度，则水浸超声检测水箱停止进水和出水。

通过液体流量计获取流量数据，从而计算出第二液位高度具体为：当有液体流过液体流量计中时，液体流量计将会产生脉冲，通过获取脉冲数量，计算流入或流出水浸超声检测水箱的液体的体积。

水浸超声检测水箱控制方法还包括超声声速控制步骤：

在水浸超声检测水箱内放入待测工件，水浸超声检测水箱进水，直至液位漫过待测工件；

在进水期间，通过液体流量计获取流量数据，从而计算出第一体积；

水浸超声检测水箱停止进水后，通过超声波测距模块检测与液面间的距离，并根据预先获取的水浸超声检测水箱底面与超声波测距模块的距离，以及水浸超声检测水箱的底面积，计算第二体积；

将第二体积与第一体积相减，得到待测工件体积，并根据预先获取的待测工件质量，计算待测工件的密度，从而确定水浸超声检测水箱的超声声速。

下面结合一种水浸超声检测水箱的液位控制装置的最优实施方式，对液位控制步骤和超声声速控制步骤的具体实施过程进行描述。

1、液位控制步骤

在图3中是本实施例水箱液位控制的逻辑流程图，现结合图1示例的各设备和图3来进行这种控制方法的说明。在初始使用本实施例装置时应该进行初始设置，装置开机后将对是否已初始设置S101进行检查，当未进行初始设置时将要求输入水箱高度，底部表面积S102操作，同时测量水箱无液体时超声波测距模块获取的数据S103，步骤S103获取的高度数据可以理解为图2中的h0高度，因为超声波测距模块106的高度位置确定后不会变动，因此水箱107中无液体时超声波测距模块所测得的高度数据即可认为是箱体容积的有效高度。确认初始化设置S101已完成后需要根据工件尺寸设置液面高度S104，此步骤需要检测人员在放入工件前进行一个粗略的测量，以确定需要设定的液位高度。下一步获取液面高度S105，将通过超声波测距S106和液位传感器计算进液体量S107同时计算出高度数据，对二者获得液位高度是否在误差范围内S108进行比较，当超误差范围时，发出预警指令“e1”,数码管显示故障代码,“e1”S109并执行关闭进水阀关闭出水阀S113操作。当步骤S108比较的数据在允许的范围内，则计算二者高度平均值S111进行下一步判断，是否到达设定高度S112，是则执行步骤S113操作，当低于设定高度时执行关闭出水阀打开进水阀S110操作；当超过设定高度时关闭进水阀打开出水阀S114操作，并继续获取液面高度S105操作。当执行步骤S112达到设定高度时，则执行步骤S113操作，应当说明的是，在自动控制中没有绝对的等于，达到的设定值也是也微小的范围值，例设定值为A，则实际判断值为大于等于A，小于等于A+a％，相关实施人员应当了解。

2、超声声速控制步骤

在图4中是本实施例利用水箱液位变化测量工件体积方法流程图，开始在未放入工件的情况下，测量计算获取水箱现有液体体积S201，液体体积的计算将结合图2进行示例，液体流量计103的脉冲数量通过微处理器105可以直接计算出进出体积，第一液体流量计103-1和第二液体流量计103-2二者的脉冲差值即为现存于水箱107的体积；超声波测距模块106计算的液位高度乘以水箱107底面及S即为超声测距模块106计算出的体积。放入工件S202，进入判断液体高度是否大于放入的工件的平置高度S203，否则打开进水阀S204，即打开第二常闭电磁阀102-2并执行S203操作，直到液体高度大于放入工件的平置高度，即液体漫过工件；此时通过流量计获取液体变化量S205，通过超声测距模块获取体积变化量S206，由于放入工件的原因，超声波测距模块106计算出的体积数据将比液体流量计103计算出的体积大，计算流量计和超声测距模块计算出的体积差值S207即为放入工件的体积，数据通过串口发送到计算机，并显示在数码管S208。最后根据工件的质量计算出密度，确定最佳的检测声速。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。