依托超声波工效的油料细密器预设

　　一种新的利用超声波检测油品密度的方法针对前面两种测量方法的不足步：信号发生系统发出一个脉冲信号，通过整形、分频、放大变为方波后送给超声波换能器的发射端，产生超声波纵波，同时启动计数器开始计数，超声波在待测油品中的传播要经历一定的时间，当信号发生系统发出的这个脉冲经过一定的时间到达换能器的接收端，计数器停止计数，同时向单片机申请中断，此时计数器所记下的是信号经过若干个整数周期到达接收端。

　　本仪器采用CT54／74AS867作为计数器，该计数器有8个输出端口Q0～Q7，从输入端输入一个16MHz的脉冲信号，计数器在脉冲下降缘记数，Q2端口是对16MHz的脉冲进行了8分频，从而也就得到了2MHz的换能器激励脉冲。Q3～Q7端口的输出则表示Q2端口输出的2MHz激励脉冲的周期数。因此，后只需读出Q3～Q7端口的输出就可以知道超声波在待测油品中所经历的整周期数。

　　第二步：信号发生系统继续发出脉冲信号（正弦或余弦）送给超声波换能器的发射端，产生超声波纵波，此时计数器不计数，仍保留上一步所记下的周期数。接收端收到信号后，将信号经过滤波、整形、放大后送入比较器同原始信号进行相位的比较，将此相位差变换为时间后同步周期的整数倍时间相加，即可得到实际的时间差。这部分电路是由比较器和12位A／D转换芯片构成的，其中比较器采用芯片是74HC4046相位监督输出器，通过它可以实现原始波形（2MHz波形）同接收到的波形之间的比较，比较器的输出为0～＋10V，当相位差为0度时，输出就是0V低电平；当相位差为360度时，输出就是＋10V高电平。

　　A／D转换采用的是AD574A芯片，它把从比较器出来的0～＋10V的反映相位差的电压信号转换成为000H～FFFH的数字信号然后送出供CPU读取。加入A／D转换能够大大提高测量精度。

　　经过A／D转换等于将相位的0～360°平均分为4096份，精度约为0.088°。由此可以得出该仪器的精度：0.5μs×1212＝0.122ns＝1.22×10－10s（3）式（3）中0.5μs为2MHz超声波的周期，即把一个周期分为4096份。考虑到实际工作中A／D转换器的输出低位是跳动的，实际时间检测精度至少可达1ns（1×10－9s）。若将超声波的频率增加，A／D转换器的位数增多，则时间检测的精度还可成倍增加。

　　探头部分结构的设计在本仪器中把压电陶瓷晶片粘接在一个空心的罩体内，其中罩体采用黄铜制作，发射与接收部分采用透声橡胶密封，透声是一种特殊的材料，它能够透射较大部分的声能，从而保证超声波的损耗达到小［5］。该探头的发射端频率和接收端的反谐振频率都为2MHz±30kHz.将收、发换能器固定在一个金属筒的两端，这样就保证了每一次超声波传播的声程都是固定的，然后在金属筒的周围打孔，使油品能够充满在其中，经实验证明这种结构的测量结果非常理想。探头部分的结构如：5试验数据分析及结论完成仪器的软、硬件设计后，为了验证仪器在实际油品密度检测中的效果，对大量成品油进行了实验，仪器所采用的数据处理方法是牛顿插值法，从而可以消除系统误差。中列出了试验中的部分数据，其中真实密度是按照GB／T1884－1992石油和液体石油产品密度测定法（密度计法），通过标准密度计测得的油品实时密度。

　　根据以上数据，可以看出超声波的传播时间随着油品密度的减小而增大，这与理论上的结论是一致的，并且测量误差都小于0.0005g／cm3，达到了测量精度的要求。该装置比传统的油品密度检测方法更适合动态测量油品的密度，完全可以满足在线检测的需要。