超声波传感器测量泡沫高度

### 使用超声波传感器测量泡沫高度的方法 超声波传感器能够通过发射和接收超声波信号来精确测定目标物体的位置。当应用在泡沫高度测量时，主要依赖于超声波遇到不同介质界面（如空气与液体之间的边界）产生的反射特性。 #### 测量原理 超声波一体化液位计由微处理器控制，工作过程中会向待测区域发送脉冲形式的超声波信号。这些信号会在接触到泡沫顶部表面时发生反射，并返回给同一个传感器被捕捉到。随后，设备内部电路将接收到的信息转化为电信号处理，依据发射至回收这段时间间隔 t 来推算出实际距离 d=ct/2 (c 表示声音传播速度)[^3]。 对于泡沫层厚度 h 的具体计算，则需考虑容器底部到底部上方某固定参照点间的已知垂直间距 H 和上述所求得的实际探测距离 D： \[h = |H-D|\] 考虑到泡沫可能存在的波动性和不均匀分布情况，建议采取多次采样取平均值的方式提高精度；另外还需注意安装角度以及周围环境因素的影响以减少误差源[^4]。 #### 实现方案设计 为了构建一套完整的基于超声波传感技术的泡沫高度监测系统，可以按照如下思路规划硬件选型及软件算法开发： - **选择合适的超声波探头**：应选用具备良好指向性的高频型号产品，确保其有效作用范围覆盖整个预期测量区间； - **搭建稳固支撑结构**：使探头保持水平正对液面方向稳定不动，防止因振动或其他外力造成读数偏差； - **编写数据采集程序**：利用单片机或嵌入式平台定时触发超声波发射指令并记录回响时间戳，进而完成即时数值运算； - **优化滤噪机制**：针对复杂工况下的干扰噪声实施针对性过滤措施，比如采用滑动窗口均值法平滑瞬态突变现象； - **配置可视化反馈接口**：连接显示屏实时呈现当前状态参数变化趋势图谱供操作人员直观观察分析。 ```python import time from machine import Pin, Timer # 假设使用MicroPython框架下ESP系列MCU作为控制器核心组件之一 trigger_pin = Pin(0, mode=Pin.OUT) # 超声波模块Trig端口对应的GPIO编号 echo_pin = Pin(1, mode=Pin.IN) # Echo端口对应GPIO编号 def measure_distance(): trigger_pin.value(0) time.sleep_us(2) trigger_pin.value(1) time.sleep_us(10) trigger_pin.value(0) while echo_pin.value() == 0: pulse_start = time.ticks_us() while echo_pin.value() == 1: pulse_end = time.ticks_us() duration = time.ticks_diff(pulse_end, pulse_start) distance_cm = round((duration * 0.0343) / 2, 2) # 计算厘米单位的距离 return distance_cm timer = Timer(-1) def periodic_measurement(t): global last_avg_height samples = [] for _ in range(5): # 进行五次连续快速扫描获取样本集 height = measure_distance() if isinstance(height, float): samples.append(height) time.sleep_ms(100) avg_height = sum(samples)/len(samples) print(f'Average foam level detected: {avg_height:.2f} cm') last_avg_height = avg_height last_avg_height = None timer.init(period=5000, mode=Timer.PERIODIC, callback=periodic_measurement) ```