污水处理厂沉淀池淤泥界面检测系统

污水处理厂一沉淀池淤泥界面检测系统李义臣，万金领(山东轻工业学院，山东济南250100)SludgeI．evelMonitoringSystemofDepositi'ankinSewageTreatmentFactoryLIYi—then．WANJin—ling(ShandongInstitute0fIightIndustry．Ji’nan250tO0．China)摘要：阐述了超声波测量淤泥界面的基本原理和方法，并进行了系统的硬件和软件设计。该系统可以自动跟踪污水沉淀池淤泥界面的变化，提高淤泥监测的自动化水平，是一种精度较高，费用较低的测量技术。关键词：超声波；淤泥界面；自动化；环保中图分类号：TB55l；TP274．5文献标识码：A文章编号：100l一2257(2006)01—0040—03Abstract：Presentsthebasicprincipleandmethodofmeasuringthesludgelevelbyultrasonicandthehardwareandso[twaresolulionsarealso●included．Thepresentedsystemcanbeusedtomonitorthechangesofsludgelevelinthedeposittankandimprovestheautomationofsludgemonitoring，thusitisameasuringtechniquewithhighprecisionandlowCOSt．Keywords：ultrasonic；sludgelevel；automatiza—tion；environmentalprotection0引言国内由于受在线检测技术水平的限制，污水处理的自动化程度较低[1]。而实现污水处理的自动化，可以在很大程度上降低成本，提高生产效率。在污水处理过程中，对沉淀池淤泥厚度的测量是件很困难的工作。目前采用的方法受很多条件的限制，很难实现自动化。目前，界面检测的方法有电容法[、光纤法[和超声波法[4]等，其应用主要在气一液界位检测方面J。国外在超声波淤泥界面检测方面的研究相对收稿日期；2005一(38—08·40·较多，而国内此方面的研究较少。现在超声波理论的研究已经比较成熟，一些新的测量方法的运用使得超声波的测量精度也越来越高，如回波包络线法嘲、最小二乘法Ⅲ等。由于超声测量是一种非接触式的检测方式，在恶劣的环境下有一定的适应能力，比较适合污水处理厂淤泥界面的检测。本文将超声波理论引入淤泥界面的检测，利用超声波来实现淤泥界面的检测。1系统基本原理超声波是指频率在20kHz以上的声波，其特点是方向性好、透射性强及测量精度高。系统采用渡越时间法，利用超声波在2种不同介质界面上的反射与折射的特性来实现测量，其工作原理可简述为：由发射传感器发出超声波脉冲，在媒质中传到介质界面，经反射后再通过媒质返回到接收传感器。测出超声波脉冲从发射到接收到所需的时间，根据媒质中的声速，就能得出从传感器到界面之间的距离，从而确定界面位置。由于超声波在液体中衰减比较小。液介式工作频率较气介式高。而频率愈高，超声波测距的分辨力也愈高，因而淤泥界面检测选用液介式，将超声波探头浸入水下2mn-i左右。但频率变高，则检测距离变短。综合考虑检测距离和分辨力，系统选用中心频率为40kHz的超声波传感器。设超声波的声速为c。液体中的声速为：C一(1／pk)’(1)式中10——液体密度k，——绝热压缩系数设探测超声波从传感器发射经淤泥界面反射后回至传感器所用时问为t，则从超声波传感器到淤泥界衙的离为：《机械与电．子~2006(1)维普资讯http://www.cqvip.comh一(￡／2(2)f』fl果已知传感器探头到池底的距离『Jj帅f以算flI污泥的厚度。从．}J=I=可以看出，测黛过程中超声波的声速C和从传感器发射经污泥界而反射后回至传感器所用时间t是2个比较重要的参数，当水温变化不大时．可以不考虑水温对超声波传播速度的影响，此时对污泥界而的测量就单纯变为对时问t的测量；但当水温变化较火时，就需要考虑水温对超卢波传播速度的影响，埘声速进行温度补偿．．2系统的硬件构成该系统大致有以FJL部分构成：超声波传感器、超声波发射部分、超声波接收部分、温度补偿部分、信号控制与数据处理部分和显示部分，还可以有越位报警和泥浆泵驱动部分。现在单片机的应用已经比较广泛，该系统采用单片机作为数据采集和处理单元，单片机输出同步信号，同时触发发射电路和接收电路工作。发射电路产生40kI‘Iz的高频脉冲电压激发超声波发射探头，向待测界而发射超声波；与此同时，同步脉冲信号启动由定时器控制的A／D芯片按周期，』’等间隔地采集回波包络曲线，温度传感器采集温度数据．然后用单片机