merilnik nivojev tekoČin na osnovi spektralne … · ii diplomsko delo univerzitetnega...

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,

RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO

Izidor Vehovar

MERILNIK NIVOJEV TEKOČIN NA OSNOVI

SPEKTRALNE ANALIZE AKUSTIČNEGA

VALOVANJA

Diplomsko delo

Slovenska Bistrica, julij 2010

II

Diplomsko delo univerzitetnega študijskega programa

MERILNIK NIVOJEV TEKOČIN NA OSNOVI

SPEKTRALNE ANALIZE AKUSTIČNEGA VALOVANJA

Študent: Izidor Vehovar

Študijski program: Univerzitetni-bolonjski, Elektrotehnika

Smer: Avtomatika in Robotika

Mentor(ica): Denis Đonlagić

Maribor, julij 2010

IV

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju, izr.prof.dr. Denisu

Đonlagiću za pomoč in vodenje pri opravljanju

diplomskega dela. Prav tako se zahvaljujem Mateju

Njegovcu. Obenem se zahvaljujem tudi celotni ekipi LEOSS

za nudeno strokovno in tehnično pomoč. Posebna zahvala velja staršem za omogočitev in

vzpodbudo študija.

V

MERILNIK NIVOJEV TEKOČIN NA OSNOVI SPEKTRALNE ANALIZE AKUSTIČNEGA VALOVANJA

Ključne besede: senzorji, FFT, akustično valovanje, merilnik nivojev, resonanca, šumni generator, …

UDK: 681.586:681.128(043.2)

Povzetek

V diplomski nalogi je predstavljena izvedba akustičnega merilnika tekočin na osnovi

spektralne analize akustičnega valovanja, ki se ustvari v resonatorju. Merilnik temelji na

vzbujanju resonančne cevi s šumnim signalom ter FFT analizi valovanja, ki se ustvari v

resonančni cevi ob takšnem vzbujanju. Opisan je teoretični princip delovanja, zasnova in

razdelitev vezja ter blokovna struktura celotnega programa. Kot osnova teoretske analize

so obravnavani pojmi valovanje v zaprti piščali, harmoniki, frekvenčni spekter, FFT

analiza. Prikazani so tudi rezultati meritev pri petih različnih temperaturah in

karakteristike resonatorja.

VI

FLUID LEVEL GAUGE BASED ON SPECTRAL ANALYSIS OF

ACOUSTIC WAVES

Key words: sensors, FFT, acoustic waves, level gauge, resonance, noise generator, … UDK: 681.586:681.128(043.2) Abstract

The diploma thesis presents realization acoustic fluid level gauge based on spectral

analysis of acoustic waves, that is created in resonator. The level gauge is based on

excitation of resonant pipe with noise signal and analysis of acoustic waves FFT, that is

created in resonant pipe on such excitation. Theoretical principle of activity, design,

distribution of circuit and block structure of entire program is described. On the base of

the theoretical analyze notions such are waves within a closed whistle , accordions,

frequency spectrum, FFT analysis were discussed. The results of measurements at five

different temperatures and features of resonator were also showed.

VII

VSEBINA

1 UVOD 1

2 MERILNIKI NIVOJA TEKOČIN V INDUSTRIJSKIH OBRATIH 3

2.1 Metode merjenja nivoja tekočin 3

2.2 Problemi meritev in vplivi okolja 3

2.3 Merilnik z zunanjo prosojno cevjo 4

2.4 Merilnik nivoja s plovcem 5

2.5 Merilnik nivoja na osnovi hidrostatičnega tlaka 7

2.6 Kapacitivni merilniki nivoja 7

2.7 Merilnik nivoja s stikali 8

2.8 Akustični resonančni merilnik nivoja tekočin 9

3 UPORABA IN TEORETIČNO OZADJE SPEKTRALNE ANALIZE

AKUSTIČNEGA VALOVANJA V MERITVAH NIVOJA TEKOČIN 11

3.1 Delovanje akustičnega merilnika nivoja tekočin 11

3.2 Značilnosti akustične resonančne metode 13

3.3 Fizikalne lastnosti akustičnega merilnika 14

3.4 Matematična analiza in FFT—Fast Fourier Transform (Hitra Fourierova

Transformacija) 16

3.5 Uporaba šuma v resonančni cevi 18

3.6 Pogrešek merilnika zaradi spremembe hitrosti zvoka 20

4 SPLOŠNA ZASNOVA IN KONSTRUKCIJA PREPROSTEGA AKUSTIČNEGA

MERILNIKA NIVOJA TEKOČIN 23

4.1 Mehanska izvedba 23

4.1.1 Resonančna cev 23

4.1.2 Elektronska enota 26

4.1.3 Komunikacijska povezava s PC 27

4.2 Modul (sistem) za generiranje šuma 27

4.2.1 Šumni generator 28

4.2.2 Ojačevalno vezje zvočnika 29

4.3 Modul (sistem) za zajetje frekvenčnega spektra 31

4.3.1 Mikrofonsko ojačevalno vezje 31

VIII

4.3.2 Analogno-digitalna pretvorba (A/D) 33

4.4 Napajalnik 35

4.5 Modul (sistem) za merjenje temperature 36

4.6 Mehanska konstrukcija 36

5 PROGRAMSKA ENOTA (SOFTWARE ENOTA_LABVIEW) 38

6 PREIZKUŠNJA IN REZULTATI MERILNIKA 47

6.1 Karakteristike merjenja z spektralnim analizatorjem 47

6.2 Merjenje in karakteristika merilnika 48

6.3 Meritve pri različnih temperaturah 50

6.4 Dinamične lastnosti 51

7 ZAKLJUČEK 53

8 LITERATURA 56

9 DODATEK 57

IX

UPORABLJENI SIMBOLI IN KRATICE

A amplituda

AH2O površina elektrode potopljene v vodo

Azrak površina elektrode v zraku

c hitrost zvoka

cm molska specifična toplota

C kapacitivnost

d dolžina

f0 iskana resonančna frekvenca

F sila

g gravitacijski pospešek

h nivo tekočine

l nivo tekočine

m masa

M molska masa

n,N celoštevilčni večkratnik

p tlak

R splošna plinska konstanta, upornost

t čas

T temperatura

w dolžina valovoda, ki tvori resonator

FFT Hitra Fouriereva transformacija (Fast Fourier transform)

νn frekvenca n-tega harmonika

λn valovna dolžina n-tega harmonika

к adiabatni eksponent

ρ specifična gostota

ε0 dielektrična konstanta

εr relativna dielektričnost

ωMAX maksimalna krožna frekvenca v resonatorju

ωMIN minimalna krožna frekvenca v resonatorju

temperatura zraka

Akustični merilnik nivojev tekočin_____________________________________Uvod 1

1 UVOD

V času razvoja tehnike in znanosti se v praktičnem življenju srečamo tudi z novimi načini

merjenja tekočin. V prehrambeni industriji kot tudi v domači vinski kleti se srečamo z

indikatorji nivoja tekočin. Prav tako se drugod srečamo z raznimi merilniki za merjenje

nivoja v naftnih rezervoarjih, za merjenje nivoja gladin rek ali jezer itd. Nivo in količino neke tekočine v posodi oziroma v rezervoarju lahko merimo na več

načinov, preko teže tekočine, plovca, merilniki razdalje po ultrazvočnem ali kapacitivnem

principu, sprememba upornosti med kovinskima trakovoma potopljenima v tekočini… Meritve nivoja so ena izmed najpomembnejših nalog v procesni industriji in so tako ozko

povezane tudi z avtomatskim vodenjem. Četudi so takšne meritve na prvi pogled

enostavne, se izkaže, da je velikokrat enostavno merjenje nivoja lahko zelo problematično.

Posebno v primerih kadar zahtevamo veliko točnost, kratke odzivne čase na spremembe in

brezkontaktni merilni sistem. Takšni merilni sistemi so vselej zelo dobrodošli kadar,

imamo opravka z tekočinami pri katerih ni zaželeno, da pridejo do kontakta z samim

senzorjem nivoja. Ali so to lahko materialu nevarne tekočine, tekočine ki potrebujejo

visoko stopnost čistoče, tekočine, ki imajo visoko viskoznost ali pa tekočine z ostalimi

problematičnimi lastnostmi. Največji problem so usedline, ki pokrijejo merilnik in mu s

tem spremenijo lastnosti. V diplomskem delu je predstavljen in opisan zelo enostaven in praktičen merilnik nivoja

na osnovi spektralne analize akustičnega valovanja, katerega lahko uporabimo v različnih

industrijskih obratih ter na drugih različnih področjih. Merjenje nivoja v našem primeru poteka na principu akustične resonance in obdelave z

FFT (Hitra Fouriereva transformacija). Podoben pojav srečamo tudi v naravi. To so

predvsem razna pihala in piščali. Brezkontaktne merilne sisteme v industriji pogosto srečamo kot ultrazvočne sisteme, kateri

dosegajo visok razred točnosti in ločljivosti. Oblikovani so za brezkontaktno merjenje s

pomočjo ultrazvočnih valov. Dobre rezultate dobijo ob dobrih zunanjih pogojih. Ti pogoji

Akustični merilnik nivojev tekočin_____________________________________Uvod 2

pa močno vplivajo na parazitne odboje, ki jih povzročajo neidealne površine tekočin,

umazanije, obloge,pene, itd. Enostavni akustični merilnik nivoja na osnovi spektralne analize je brezkontaktni merilni

sistem, ki nam omogoča uporabo dolgih akustičnih valov, pri nizkih frekvencah, pri katerih

se ti valovi ne odbijajo od nepredvidenih ovir. V mnogih merilnih aplikacijah katere

zahtevajo brezkontaktni-električni merilni sistem je takšen zelo dobrodošel. Pomembne lastnosti takšnega akustičnega merilnika nivoja se predvsem kažejo v zelo

enostavni, mali in ceneni izvedbi. Seveda ima takšna izvedba svoje prednosti in

pomanjkljivosti. Vendar je lahko takšna lastnost v nekaterih primerih zelo uporabna. V samem diplomskem delu je prikazano teoretično in praktično ozadje tega pojava.

Obravnavana je zasnova, lastnosti posameznih modulov, obdelava programskega jezika,

praktična preizkušnja, konstrukcija celotnega enostavnega akustičnega merilnika nivoja

tekočin na osnovi spektralne analize. V naslednjih poglavjih bom skušal sistematsko prikazati pristop k projektu. Po uvodnem

poglavju sledi poglavje v katerem so opisani drugi merilniki, ki jih srečamo v industrijskih

obratih. Navedene so tudi njihove dobre in slabe lastnosti. V tretjem poglavju sem podal

ozadje fizikalnih lastnosti na katerih temelji naše delovanje merilnika. Zraven fizikalnih

osnov imamo opisano tudi matematično ozadje za potrebno obdelavo signalov. Posamezne

ključne gradnike in module, ki jih združimo v celotni izdelek sem predstavil v četrtem

poglavju. Zelo pomemben proces, ki ga moramo za kvalitetno merjenje obvladati je

obdelava akustičnega signala. Programsko ozadje merilnika in obdelava akustičnega

signala je predstavljeno v petem poglavju. Rezultate ki smo jih dobili pri različnih

temperaturah sem predstavil v šestem poglavju. V sedmem poglavju je podan zaključek in

ugotovitve. Opisani so problemi s katerimi smo se srečali pri načrtovanju preprostega

merilnika, rezultati ki smo jih dobili in možnosti za izboljšanje in nadaljnji razvoj našega

merilnika.

. .

Akustični merilnik nivojev tekočin_______ _____Merilniki v industrijskih obratih 3

2 MERILNIKI NIVOJA TEKOČIN V INDUSTRIJSKIH OBRATIH

2.1 Metode merjenja nivoja tekočin

Meritve nivoja tekočin v industrijskih obratih, kot tudi v vsakdanji praksi lahko v grobem

razdelimo na direktne in indirektne. Direktne metode so enostavne in ekonomične, vendar dajejo le vizualno indikacijo

nivoja. Pri teh metodah nivo tekočine odčitamo iz skale, katera se nahaja v

prozorni cevi. Cev je pritrjena na posodo, katere merimo nivo tekočine. S takšno

meritvijo težko pridemo do točnega in primernega rezultata. Indirektne metode, pa izkoriščajo mnoge fizikalne in električne lastnosti merjenih

medijev. Primer je tudi naš akustični merilnik nivoja, kjer merimo resonančno

frekvenco zvočnega valovanja v cevi.

2.2 Problemi meritev in vplivi okolja

Pri merjenju nivoja tekočine naletimo na različne težave katere so posledica zunanjih

vplivov okolice ali spremembe tekočine zaradi vpliva okolice, zato je potrebno pri

merjenju nivoja tekočin upoštevati še nekaj dodatnih parametrov, kot je na primer

temperatura. Merjena vrednost, ki jo merimo predstavlja merilni rezultat. Ta se lahko

spreminja z temperaturo tekočine. Istočasno se z temperaturo spreminjajo lastnosti same

tekočine. Temperatura vpliva na gostoto ter viskoznost tekočine. Prav tako lahko kemična

zgradba tekočine vpliva na merjen rezultat. Če imamo kapacitivni merilnik nivoja, kjer

lahko že najmanjša sprememba dielektričnosti tekočine drastično vpliva na rezultat, potem

ni vseeno ali imamo v cisterni vino z malo pH vrednosti, ali pa z veliko pH vrednostjo. Če

imamo opravka z takšno okolico, potem moramo v sam princip merjenja vključiti razne

dodatne kompenzacijske ukrepe s katerimi zagotovimo točne meritve nivoja tekočin v

cisterni. S takšno situacijo se soočamo, kadar merimo nivoje tekočin pri katerih se

atmosfera v cisterni spreminja zaradi tekočine. To se predvsem zgodi kadar tekočina hlapi


(vrela voda, gorivo), vreje (pivo, vino) ali pa se lastnosti zraka v cisterni spremenijo zaradi

zunanje temperature.

2.3 Merilnik z zunanjo prosojno cevjo

Najenostavnejši in preprost način s katerim merimo nivo tekočin v cisternah je z uporabo

steklenega merilnika. Takšen merilnik je sestavljen iz dolge, ravne, votle, steklene cevke,

katere višina je skoraj enaka kot višina cisterne. Oba konca cevke sta pritrjena na dno in

vrh cisterne. Sam nivo merilne tekočine v cisterni se istočasno in enako spreminja kot nivo

tekočine v cevki.

Slika 2.1: Merilnik z prosojno cevjo

Tipičen princip delovanja takšnega merilnika nam prikazuje slika 2.1. Sama metoda tako

rekoč deluje po principu U-cevi. Takšna metoda je preprosta, a za praktično rabo dokaj

nerodna. Kljub temu pa je bila in še ostaja ena izmed referenčnih merilnih metod za

merjenje nivoja vendar ob pogoju, da je tlak v posodi enak tlaku okolice. Kot merilno

tekočino lahko uporabljamo različne tekočine. Slabost takšnega merilnika je nastanek

kapilarne depresije [1] ali kapilarnega dviga (ascenzije) kateri lahko povzroči dodatne

pogreške pri odčitavanju nivoja tekočin. Natančnost meritve je odvisna od dobre odčitave

uporabnika.


2.4 Merilnik nivoja s plovcem

Metoda delovanja senzorja nivoja s plovcem je dokaj enostavna in zelo razširjena v praksi.

Sam princip temelji na Arhimedovem zakonu vzgona. Plovec je ponavadi tanka dolga

palica valjaste oblike in dolžine l, ki je na zgornji strani pritrjena na senzor sile. Gostoto

materiala palice poznamo in je v bistvu večja od specifične gostote tekočine v kateri je

potopljena in v kateri merimo nivo. Silo ki jo merilnik meri je sila teža plovca zmanjšana

za silo vzgona. Princip delovanja nam razločno prikazuje slika 2.2.

Slika 2.2: Princip merjenja nivoja z vzdolžnim plovcem

Z večanjem nivoja v posodi se manjša sila, katero merimo in obratno. Maksimalno

vrednost sile F dobimo pri nivoju tekočine h = h0. Takšno silo lahko merimo z merilnikom

sile na osnovi uporovnih merilnih lističev. Drugi princip merjenja z plovcem nam prikazuje slika 2.3. Pri takšnem merilniku je plovec

pritrjen na tanko palčko, katera je dalje pritrjena na uporovni senzor. Sam plovec mora biti

lažji od tekočine katere nivo merimo. Z spremembo nivoja se bo spreminjal kot paličice na

spremenljivem uporu. Naprej od spremenljivega upora pa sledi obdelava spremenljivega

električnega signala. Takšen princip delovanja pogosto srečamo v avtomobilski industriji

in drugih delovnih strojih [2]. Slabost takšnega principa merjenja je v stabilnosti meritve. Pri nagibanju vozila, se nagiba

tudi rezervoar z gorivom. Posledica tega je tudi nagib plovca, kateri bo preko

spremenljivega upora posredoval napačne rezultate indikatorju.


Slika 2.3: Merilnik s plovcem v posodi za gorivo


2.5 Merilnik nivoja na osnovi hidrostatičnega tlaka

Merjenje nivoja v odprtih posodah lahko s posredno meritvijo hidrostatičnega tlaka na dnu

posode merimo z manometrom, kot nam prikazuje slika 2.4. Predpostaviti moramo, da je

hidrostatični tlak proporcionalen nivoju tekočine v cisterni. Če si predpostavimo konstantni

gravitacijski pospešek in konstantno specifično gostoto tekočine v cisterni, lahko brez

problema izmerimo nivo tekočine po enačbi (2.1), pri tem nam ρ predstavlja specifično

gostoto tekočine, g je gravitacijski pospešek in h je nivo tekočine. Tukaj je potrebno

upoštevati zunanji tlak, kar je lahko slabost takšnega sistema.

Slika 2.4: Hidrostatično merjenje nivoja

(2.1).

2.6 Kapacitivni merilniki nivoja

Izmed mnogih princip merjenja nivojev se pogosto srečamo tudi z uporabo kapacitivne

sonde. Takšna metoda je zelo preprosta, cenena in enostavna za uporabo, temelji pa na

spremembi kapacitivnosti kondenzatorja, slika 2.5. Ta metoda se uporablja tako za

prevodne kot za neprevodne fluide. Takšen senzor deluje po principu spreminjanja

kapacitivnosti v odvisnosti od spreminjanja nivoja tekočine, v katero je potopljen. S

spreminjanjem nivoja se spreminja površina elektrode obdane z tekočino. Ker imata

tekočina ter zrak različne dielektričnosti se z nivojem tekočine spreminja kapacitivnost

celega kondenzatorja, kar razločno vidimo iz enačbe (2.2). Takšni merilniki so primerni

samo v primerih, da se v posodi vedno nahaja tekočina z isto dielektričnostjo, kar pa je

p g h


lahko velika težava. Različne vrste vina lahko imajo različne dielektričnosti, zato ne

moremo vsako leto dati v isto cisterno drugega vina, razen če senzor nivoja ponovno

umerimo.

Slika 2.5: Kapacitivni merilnik

(2.2).

2.7 Merilnik nivoja s stikali

Zelo enostaven merilnik nivoja srečamo tudi v [3] izvedbi s stikali. Tukaj so stikala

nameščena v dolgo tanko cev, ki je potopljena v cisterno. Stikala so nameščena v dolgi

liniji od dna do vrha cisterne. Z dotikom tekočine postane stikalo aktivno. Tako lahko za

točno določeno višino dobimo točno določen rezultat. Princip nam prikazuje slika 2.6(a),

kjer nam nivo prikazuje kot stolpec svetlečih svetilk.

Slika 2.6: Merilnik z stikali

2 2

22 0 0

1 0

1 2

H O H Or PVC H O

zraka

A AC

d dA

Cd

C C C


Da dobimo večjo resolucijo merjenja lahko dodamo večje število stikal. To seveda poveča

resolucijo, poveča pa tudi število žic, ki jih moramo vključiti. Težave pri tem sistemu so

predvsem v resoluciji, saj nivoja ne moremo meriti zvezno, hkrati pa je vgradnja velikega

števila stikal nesmotrna. Potrebno je poskrbeti, da so stikala ločena od tekočine. Vnetljive

tekočine so še posebej problematične, če imamo elektronske merilnike nivoja saj lahko

pride do vžiga. Varnost takih sistemov mora biti ista kot v rudnikih. Tega se lahko rešimo z

vgradnjo enkoderja, slika 2.6(b). Ta zajame signal iz n stikal in jih pretvori v neko logično

m-bitno število, katero predstavlja informacijo o nivoju.

2.8 Akustični resonančni merilnik nivoja tekočin

Sam merilnik [4] je zgrajen iz tanke dolge cevi katera je potopljena v rezervoar. Cev deluje

kot zaprta piščal, katera je na eni strani zaprta z gladino tekočine, na drugi strani pa z

zvočnikom ob katerem je postavljen mikrofon, slika 2.7.

Slika 2.7: Akustični resonančni merilnik nivoja tekočin

Sama cev ima lastno osnovno resonančno frekvenco, kot tudi višje harmonike. Odvisnost

med nivojem tekočine h in osnovno resonančno frekvenco f0 nam opisuje (2.3).

(2.3).

02

ch w

f


Pri čemer nam w predstavlja dolžino valovoda, ki ga tvori resonator, h nam predstavlja

nivo fluida v tekočini, f0 je iskana resonančna frekvenca in c predstavlja hitrost zvoka.

Princip delovanja je v iskanju osnovne resonančne frekvence resonatorja, kateri sledimo ob

spreminjanju nivoja tekočine. Nadalje izračunamo nivo merjene tekočine iz osnovne

resonančne frekvence. S takšnim merilnikom dobimo dobro ločljivost in male pogreške,

vendar se moramo zadovoljiti z slabšimi dinamičnimi lastnostmi.

Akustični merilnik nivojev tekočin_ _ _Uporaba in teoretično ozadje 11

3 UPORABA IN TEORETIČNO OZADJE SPEKTRALNE ANALIZE

AKUSTIČNEGA VALOVANJA V MERITVAH NIVOJA

TEKOČIN

Enostavni akustični merilnik nivoja na osnovi spektralne analize nam omogoča merjenje

nivoja tekočine pri kateri tekočina nima kontakta z tipali. Je brezkontaktni merilni sistem.

V tem poglavju bo predstavljen princip delovanja samega merilnika, značilnosti metode,

fizikalno ozadje uporabljene metode, kot tudi njeno matematično ozadje.

3.1 Delovanje akustičnega merilnika nivoja tekočin

Akustični merilnik nivoja tekočin je sestavljen iz resonančne cevi (zaprta cev) z vgrajenim

mikrofonom, zvočnikom in temperaturnim senzorjem ter iz elektronske enote in iz

programske enote. Akustični merilnik nivoja tekočin nam ponazarja slika (3.1).

Slika 3.1: Enostavni akustični merilnik nivoja tekočin

Zaprta resonančna cev (resonator) deluje kot zaprta piščal. Piščal je na eni strani zaprta z

nivojem tekočine, katere nivo merimo, na drugi strani pa z zvočnikom. Poleg zvočnika je


vstavljen mikrofon, kateri zajema odbite zvočne valove v cevi. Sprejemnik in oddajnik sta

nameščena na zgornji strani cevi zaradi najugodnejšega merilnega dosega. Resonator vzbujamo z generiranim belim šumom, ki ga oddaja zvočnik. Beli šum je

sestavljen iz širokega spektra različnih naključnih frekvenc in se od gladine tekočine

odbije. Določene odbite zvočne frekvence se ojačajo in v prostoru nastane transverzalno

nihanje, kateremu pripadajo lastne frekvence nihanja zračnih delcev v tem prostoru.

Dogajanje v resonatorju posnamemo z mikrofonom katero pošljemo naprej na signalno

obdelavo. V resonančni cevi (piščali) se ojačajo tisti harmoniki, kateri imajo resonančno frekvenco

pri določeni dolžini valovoda. Sama resonančna cev [5] ima svojo karakteristiko in

osnovno resonančno frekvenco, prav tako tudi ostale višje harmonike . Položaj harmonikov

določenega valovoda nam predstavlja enačba (3.1).

za , =1,2,3,...2 2

nn

n

c n RTl n n

l M

(3.1).

Pri tem nam c predstavlja hitrost zvoka, λn je valovna dolžina, к je adiabatni eksponent, R

je splošna plinska konstanta, T je temperatura v Kelvinih, ν je frekvenca, l je dolžina

resonatorske cevi, n je celoštevilčni večkratnik in M je molska masa plina v valovodu. Princip si lahko razlagamo s pihanjem zraka v prazno steklenico. Slišimo zvok določene

frekvence. Če steklenico malo napolnimo z vodo, dobimo z naslednjim pihanjem drugi

zvok določene frekvence. Če v steklenico dolijemo še več vode, bomo s pihanjem dobili še

drugačen zvok z višjimi frekvencami. Torej se nam bo z spreminjanjem nivoja tekočine

spreminjala tudi frekvenca. Osnovna naloga sprejemne programske enote (elektronske enote) je posneti in zajeti

akustični signal, ki ga dobimo iz mikrofona, obdelati frekvenčni spekter zajetega zvočnega

signala ter določiti njegove resonančno frekvence. Z izmerjeno resonančno frekvenco

lahko preko karakteristike merilnika enostavno določimo nivo merjene tekočine.


3.2 Značilnosti akustične resonančne metode

Vsaka metoda, ki jo uporabimo za merjenje nivoja fluidov ima svoje dobre in slabe

lastnosti. Nekaterih je lahko več drugih manj. Tako je tudi z spektralno analizo akustičnega

valovanja, ki jo uporabimo.

Prednosti metode akustičnega valovanja za določanja nivoja tekočin:

omogoča izdelavo malih kompaktnih merilnikov in detektorjev nivoja tekočin,

omogoča izvedbo praktičnih merilnikov, ki niso občutljivi na parazitne odboje,

predmete, itd.,

sama gradnja in implementacija merilnika je enostavna in preprosta, saj so

uporabljeni dokaj enostavni elementi, kateri so prosto in cenovno dostopni

elektronski del senzorja ni v neposrednem stiku z merilno tekočino,

omogoča merjenje nivoja tekočin v ekstremnih, človeku nevarnih okoljih, kot je

recimo merjenje nivoja pri visokih tlakih, visokih temperaturah, nevarnih

tekočinah, itd.,

izboljšane dinamične lastnosti: ne potrebujemo skaniranja za celotno frekvenčno

območje.

Slabosti metode akustičnega valovanja za določanje nivoja tekočin:

potrebna je dobra temperaturna kompenzacija, ker je hitrost zvoka odvisna od

temperature,

potrebno je vgraditi dolgo ozko cev v sam rezervoar v katerem merimo nivo

tekočine,

če slabo poznamo sestavo plina v rezervoarju (se spreminja), je težko določiti

prilagoditev (kompenzacijo) na takšne spremembe, takšna situacija nam lahko

omeji razred točnosti samega merilnika.

Samo šumenje, ki ga oddaja zvočnik je lahko okolici v neposredni bližini moteče


3.3 Fizikalne lastnosti akustičnega merilnika

Iz izkušenj vemo, da različni merilniki nivoja tekočin delujejo po različnih metodah. Naša

akustična metoda deluje po principu resonančne frekvence v zaprti piščali. Če pride več valovanj (iz različnih izvirov) do določenega mesta, se odmiki posameznih

valovanj vektorsko seštevajo. Pravimo da valovanja interferirajo. Potujoče valovanje lahko

interferira tudi s samim seboj, se ojači z svojim odbitim valom. Valovanje, ki se širi po

homogenem sredstvu, se na mejah sredstva delno ali popolno odbije. Odbito valovanje je

lahko v fazi ali pa v nasprotni fazi z vpadnim valovanjem. Resonator ima vlogo zaprte piščali, zato se lahko v notranjosti piščali (cevi), v kateri je

zrak, vzpostavi stoječe longitudinalno zvočno valovanje, slika 3.2.

Slika 3.2: Vzdolžno stoječe valovanje znotraj zaprte cevi

Če pogledamo iz slike 3.2 zrak za dolžino l niha z frekvenco v, katero opisuje enačba (3.1)

in (3.2).

, c RT

cM

(3.2).

Slika 3.3: stoječe valovanje na napeti struni


Na sliki 3.3 vidimo stoječe valovanje na napeti struni, katero je podobno nihanju v piščali.

Osnovno nihanje ima obliko polovice vala sinusne krivulje, prvo višje harmonično nihanje

ima obliko enega vala sinusne krivulje itd. V splošnem je torej možno takšno N-to višje

harmonično nihanje, pri katerem velja (3.3), kjer l pomeni dolžino piščali.

(3.3).

Na celotni dolžini piščali bodo nastali na določenih točkah vozli in ti vozli bodo med sabo

na razdalji λ/2, zato velja (3.3). Takšen princip izkorišča tudi Kundtova cev [5, 6]. Če malo

preuredimo enačbi (3.2) in (3.3) dobimo (3.4), s katero lahko določimo frekvence, s

katerimi niha zrak v piščali.

za , =1,2,3,...2 2

nn

n

c n RTl n n

l M

(3.4).

Frekvence, ki jih dobimo iz (3.4) lahko vizualno prikažemo v frekvenčnem prostoru.

Zgornji signal na sliki 3.4 nam prikazuje sinusni signal, ki je ekvivalenten z nihanjem

zvoka v piščali. Spodnji del slike pa prikazuje resonančne frekvence, ki jih dobimo po

Fourierevi transformaciji.

Slika 3.4: Prikaz osnovne in višjih harmonskih frekvenc

, 1, 2,3,...2

l N N


Pri manjšanju dolžine l se bodo maksimumi resonančnih frekvenc (resonančni vrhi)

pomikali v desno stran. Posledica tega bo tudi sprememba resonančnih frekvenc, ki se

bodo pomikale proti desni v področje višjih frekvenc. Z manjšanjem dolžine l do

resonančne frekvence resonatorja bo povzročilo manjšanje maksimumov zadnjih desnih

harmonikov. Za razliko od tega bo pa povzročilo večanje maksimuma harmonika na levi

strani, kateri je tudi osnovni prvi harmonik. Pri večanju dolžine l je stvar podobna.

Harmoniki (resonančni vrhi) se bodo pomikali v levo stran v področje višjih frekvenc. Ko

bomo prekoračili λ/2 se bo prvi harmonik premaknil na desno stran in se bo ponovno

pomikal v področje višjih frekvenc. Če si določimo merjenje frekvence drugega harmonika, dobimo merilno področje od 0 do

70 cm pri temperaturi od 10 do 50 °C. Za takšno področje lahko še normalno merimo

položaj harmonika, njegov začetek nastanka vse do njegovega konca. Problem nastane pri

večjih dolžinah kot je naš minimum. V tem področju nastanejo novi harmoniki z višjimi

frekvencami, harmoniki z nižjimi frekvencami pa izginjajo. Skratka v takšni situaciji

bistveno merimo vrh in frekvenčni položaj drugega harmonika. Vendar pa ne vemo v

katerem področju se nahajamo, ali smo v prvih 70 cm, ali v drugih, ali v tretjih, itd.

3.4 Matematična analiza in FFT—Fast Fourier Transform (Hitra Fourierova

Transformacija)

Z merilno instrumentacijo v komunikacijskih napravah je nastala tudi potreba po obdelavi

signalov. Signal, ki ga mikrofon posname je potrebno spektralno (frekvenčno) analizirati.

Seveda za novejše digitalne računalnike analogne metode spektralne analize niso primerne.

Zato nam Hitra Fouriereva transformacija odpre nove možnosti pri digitalnih signalih

procesorja ter prav tako sodobni obdelavi signalov. Hitra Fouriereva transformacija je

učinkovit algoritem za izračun Diskretne Fouriereve transformacije (DFT) . Signale običajno prikazujemo kot razmerje amplitude skozi čas, kar nam prikazuje slika

3.5.


Slika 3.5: Sinusni signal prikazan v razmerju amplitude v odvisnosti od časa

Takšen signal lahko prestavimo v frekvenčni prostor, kjer namesto podajanja amplitude

signala v odvisnosti od časa, podajamo amplitudo signala v odvisnosti od frekvence, slika

3.6. Vsak signal se da razstaviti na vsoto sinusnih signalov, ker je sinusni signal odvisen

samo od ene frekvence f0, dobimo na grafu izrazito samo eno špico.

Slika 3.6: Sinusni signal prikazan v razmerju amplitude v odvisnoti od frekvence

Če pogledamo harmonsko bolj kompleksen signal npr. beli šum (white noise). To je

naključni signal, kateri ima širok zvezni frekvenčni spekter, ter ima na celotnem spektru

enako amplitudo. Torej ima pri poljubni frekvenci, kjer se ta frekvenca nahaja znotraj

pasovne širine enako moč signala. Idealni beli šum je dokaj težko izvesti, zato se

zadovoljimo z realnim šumom, kateri nam pokriva zadovoljiv spekter frekvenčnega

prostora.. Prav tako pa vsebuje tudi spekter vseh frekvenc, ki so pomembne za delovanje

merilnika, slika 3.7.

Slika 3.7: Beli šum prikazan v razmerju amplitude v odvisnoti od časa


Slika 3.8: Resonančne frekvence valovoda pri določenem nivoju tekočine, prikazane v razmerju

amplitude v odvisnosti od frekvence

Predstavitev signala f(t) v časovnem prostoru imenujemo tudi valovna predstavitev ali

valovna oblika signala. Iz nje je razvidno, kako so amplitude razdeljen po času.

Predstavitev signala F(jω) v frekvenčnem prostoru pa imenujemo tudi spektralna gostota

signala, ker je iz nje razvidno, kako so amplitude razdeljene po frekvencah. Postopek

diskretne Fouriereve transformacije (DFT) [7] stopnje N nam prikazuje enačba (3.5).

1 2

0

( ) ( ( )) ( ) 0,1,..., 1nN j kN

n

Y k fft y n y n e k N

(3.5).

FFT analiza nam proizvede enake rezultate kot diskretna Fouriereva transformacija, s to

razliko, da je FFT mnogo hitrejši algoritem, ampak se računa po bolj zapletnih postopkih.

V večini primerov je FFT tudi bolj natančna [18].

3.5 Uporaba šuma v resonančni cevi

Kot smo omenili že v prejšnjem poglavju, merimo položaj harmonikov (njihove špice) v

zaprtem resonatorju. V resonator pošiljamo šum in zaradi tega se v cevi pojavi več

harmonikov, slika 3.8. Torej se bojo ojačili tisti harmoniki, kateri bodo v resonanci. Ojačili

se bodo pri določenih frekvencah tam, kjer je mikrofon. Od šuma, ki ga pošiljamo je

odvisno kako velike maksimume teh resonančnih frekvenc bomo dobili za FFT.


Zanimajo nas resonančne frekvence, ki jih dobimo pri maksimalni možni merjeni višini in

minimalni višini pri kateri lahko še merimo nivo tekočine, slika 3.9. Če nimamo dobrega

belega šuma, lahko dobimo premalo velike oziroma slabo izražene maksimume v posneti

karakteristiki.

Slika 3.9: Položaj minimalne in maksimalne frekvence v resonatorju

Kadar se nivo manjša, torej se dolžina resonatorja veča se resonančne frekvence

pomaknejo levo k nižjim frekvencam proti ωmax, z večanjem nivoja pa se pomaknejo desno

k višjim frekvencam, torej ωmin. Pri tem moramo zagotoviti da bo ωmax manjša od osnovne

resonančne frekvence. Pri premikanju vrhov 3.8 se celotni spekter premika levo ali desno.

Lahko pa se zgodi da se tudi razdalje med vrhi spreminjajo, torej se spekter razteguje in

krči. Pri dobrem dimenzioniranju resonatorja in šuma lahko dobimo linearni sistem, kar je v

senzorski tehniki izredno pomembno. Veliko vlogo tudi igra tekočina kateri merimo

višino, saj lahko gladina tekočine slabi odboj zvoka. Beli šum je v našem primeru zelo dobrodošel, vendar je lahko v praksi izredno zahteven za

izvedbo. Lahko bi seveda šum nadomestili s sinusnim signalom. V tem primeru bi

uporabili sinusni generator z nastavljivo frekvenco, frekvenco pa bi počasi spreminjali in

opazovali odziv, dokler ne bi dobili resonančne frekvence. Slabost takega merjenja bi bila


dolga časovna obdobja skaniranja celotne višine, takšen pristop bi bil težji za obdelavo

signalov. Zato raje uporabimo beli šum, kateri ima širok spekter frekvenc in se po odboju ojačajo

samo resonančne frekvence. Tovrstni način prihrani mnogo časa pri merjenju, vendar

zahteva nekaj časa pri spektralni obdelavi z FFT. Rezultat FFT prikaže položaj

harmonikov oziroma pove kje je resonančna frekvenca. Pri uporabi šuma moramo zagotoviti, da šum pokrije vse frekvence med ωmax in ωmin,

zavedati pa se moramo, da imajo svojo karakteristiko mikrofon kot tudi zvočnik. Paziti

moramo tudi pri AD pretvorbi, ker če ni dosti hitra nam lahko poreže tiste frekvence, ki jih

potrebujemo. V takem primeru nam deluje kot filter, tega pa seveda nočemo. V tem

primeru nam takšne stvari še nadalje poslabšajo meritev položaja resonančnih vrhov.

3.6 Pogrešek merilnika zaradi spremembe hitrosti zvoka

Razmere fizikalnih sprememb, ki jih srečamo v naravi niso idealne. Ampak so večinoma

realne, zato jih moramo tako tudi obravnavati. Če si pogledamo realne razmere vidimo, da

se hitrost zvoka c v realnih plinih ne enači z izrazom (3.6).

RT

cM

(3.6).

Odstopanja od tega izraza, ki jih dobimo so odvisna predvsem od temperature T. Pri tem so

ostali parametri konstante za dano vrsto plina. R je splošna plinska konstanta in se ne

spreminja. Molsko maso lahko poenostavimo kot konstanto, razen kadar imamo problem vlažnega

prostora [4, 8]. V takšnem primeru, moramo uvesti ustrezno kompenzacijo. S

spreminjanjem sestave plina se spreminja molska masa plina. V praksi so takšni primeri

zelo redki. Problem in primer je predvsem vlažni zrak, ki se nahaja v resonatorju (cevi). V

naši atmosferi se nahaja določena koncentracija vodne pare, kar bistveno spremeni hitrost

zvoka. Zato moramo v takšnem primeru pri izračunu namesto molske mase zraka


Mz=28.96 gmol-1, upoštevati molsko maso zmesi Ms zraka in vodne pare. To velja samo za

visoke temperature, ko se lahko zrak bistveno navzame vode. Problem spremembe molske mase plina, se nam pojavi tudi v primerih kadar tekočina

hlapi. Hlapi pa so lahko posledica spremembe temperature, kar dodatno poslabša razmere.

Takšen primer je na primer v prehrambni industriji pri proizvodnji alkoholnih pijač, kjer

imamo opravka z vrenjem, katero lahko nastane z zorenjem tekočine, ali pa zaradi

neprimerne visoke temperature. Hitrost zvoka se lahko spreminja tudi s spreminjanjem adiabatnega koeficienta к, Kateri je

določen z razmerjem med specifično toploto pri stalnem tlaku cp in specifično toploto pri

stalni prostornini cV (3.7), kjer sta cm molski specifični toploti.

,

,

p m p

V m V

c c

c c (3.7).

Vidimo, da je tudi temperaturno odvisen. Njegova relativna sprememba je majhna, kadar

merilnik deluje v ožjem temperaturnem območju. V takšnem primeru kompenzacija ni

potrebna. Problem nastane, če imamo opravka z velikimi temperaturnimi nihanji. Iz vseh spremenljivk vidimo, da je temperatura edini parameter, ki povzroča velike

pogreške v meritvah, razen v primerih, kadar obratovanje poteka pri konstantnih delovnih

temperaturah. Če nas v ozkem temperaturnem območju zanima odvisnost hitrosti zvoka lahko izraz (3.6)

razvijemo v Taylorjevo vrsto [4]. Za zrak pri sobni temperaturi velja približen izraz (3.8).

pri tem je temperatura zraka, merjena v stopinjah Celzija. V območju od -20 °C do +40

°C se ta približni izraz ujema z natančnim izrazom na 0,2%.

zrak 331,5 0,6 m/sc (3.8).

Za kompenzacijo mora biti akustični merilnik opremljen z temperaturnim senzorjem, kateri

nam meri absolutno temperaturo v resonatorju (cevi). Če vzamemo vse parametre

opazimo, da so vsi temperaturno odvisni, zato je razred točnosti in ločljivosti akustičnega

merilnika odvisen samo od temperaturnega gradienta, ki nastane v resonančni cevi.


Nastane pa zaradi temperaturne razlike med tekočino in plinom. Za dobro točnost in

ločljivost je potrebno kompenzirati samo en parameter, to je temperaturo. Vse ostale lahko

zanemarimo.

Akustični merilnik nivojev tekočin_ Zasnova in konstrukcija merilnika 23

4 SPLOŠNA ZASNOVA IN KONSTRUKCIJA PREPROSTEGA

AKUSTIČNEGA MERILNIKA NIVOJA TEKOČIN

V tem poglavju je opisana in predstavljena celotna zgradba preprostega merilnika tekočin

na osnovi spektralne analize akustičnega valovanja, kateri je že omenjen v avtomobilski

industrijski izvedbi akustičnega resonančnega merilnika nivoja tekočin. Cilj je celotno

sinusno vzbujanje zamenjati z preprostim šumnim vzbujanjem in primernim sistemom za

obdelavo frekvenčnega spektra. Posledica tega so lahko razne dodatne motnje v zajemanju

akustičnega signala, zaradi samega šumnega generatorja. Merilna naprava je sestavljena in združena iz več komponent oziroma modulov, kateri so v

nadaljevanju podrobneje opisani.

4.1 Mehanska izvedba

Mehanska zasnova merilnika tekočin je sestavljena iz naslednjih komponent: resonančna cev,

elektronska enota,

komunikacijska povezava s PC (programsko enoto-software enota).

Resonančna cev vsebuje oddajne in sprejemne elemente, ter elemente za kompenzacijo zvočnik,

mikrofon,

temperaturni senzor.

4.1.1 Resonančna cev

Resonančna cev (resonator) je dolga ozka cev s premerom 50 mm in dolžine 1 m, katera je

pokončno postavljena v rezervoar (cisterno) kateremu želimo meriti nivo tekočine. Sama

cev je iz PVC materiala, ki se uporablja za odtoke. Da cev 4.1 deluje kot resonator je na


spodnji strani zaprta z nivojem tekočine, tako na spodnji strani nikjer ne more uhajati

odboj zvoka iz cevi. Na vrhu pa je cev zaprta z zvočnikom in zatesnjena s plastelinsko

maso.

Slika 4.1: Resonatorka cev z vgrajenimi elementi

Resonatorska cev ima pod označbi minimuma in na vrhu 1 cm pod zvočnikom dve mali

luknji premera 2 mm. Zgornje luknje služijo prostemu pretakanju plina v cevi, da se tlaka v

resonančni cevi in v cisterni izenačita. Na cevi je od minimuma do maksimuma označena

nivojska lestvica, katera poteka od 0 do 90 cm, naš maksimum je pri 70 cm. Za preizkušnjo

smo imeli celotno cev potopljeno v kovinsko konstrukcijo v katero smo nalivali vodo. V zgornjem delu cevi so integrirani zvočnik, mikrofon in temperaturni senzor. Na vrhu je

vstavljen zvočnik. Na steni cevi je vstavljen mikrofon, ki je postavljen točno v sredino cevi

in visi na priključnih žicah, kateri sta z plastičnim lepilom zaliti na cev. Mikrofon in

zvočnik sta s koaksialnima vodnikoma RG-58 povezana z elektronsko enoto.

Slika 4.2: Koaksialni kabel

Uporabili smo zvočnik navadne membranske cenene izvedbe slika 4.3. Njegov frekvenčni

odziv nam zadostuje za normalno delovanje v celotnem frekvenčnem področju. Dobra


lastnost tega je, da za normalno delovanje ne potrebujemo kakšnega dodatnega filtra, ki bi

nam celotno stvar otežil.

Slika 4.3: Membranski zvočnik

Mikrofon z oznako OEM CZN-15 je enostavni kondenzatorski mikrofon, ki se uporablja v

mobilni industriji, slika 4.4. V resonator je vstavljen 4 cm pod zvočnik in postavljen točno

v sredino cevi. Visi na priključnih žicah, ki so pritrjene na steno cevi. Sam mikrofon ima

dimenzije 9x7 mm. Ima dve priključni žici in vgrajen notranji FET ojačevalnik.

Slika 4.4: Kondenzatorski mikrofon OEM CZN-15

Slika 4.5: Frekvenčna karakteristika mikrofona OEM CZN-15E


4.1.2 Elektronska enota

Vsi moduli, ki so potrebni za delovanje so zgrajeni in sestavljeni vsak na svoji tiskanini.

Vsi moduli so med seboj povezani z tankimi bakrenimi žicami in pritrjeni na plastično

podlago debeline 1 cm. Samo vezje je vgrajeno v električno dozo 200x150x70 mm, katera

je prašno in vodoodporna, slika 4.6. S tem se rešimo raznih problemov delovanja same

naprave, če bi vezje prišlo v stik z samo tekočino. Vsi moduli imajo skupno napajanje 9 V. Celotna verzija merilnika je izvedena z elektronskimi elementi v DIL izvedbi in so

razporejeni po vseh modulih. Vezja vseh modulov so narejeni v programskem okolju

Altium Designer 6.

Slika 4.6: Elektronska enota

Slika 4.7: Elektronska enota (blokovna shema)


4.1.3 Komunikacijska povezava s PC

Komunikacijska povezava, katera poteka iz elektronske enote, povezuje preprost akustični

merilnik z računalnikom. Celotna povezava poteka preko USB vrat. USB povezava nam

služi samo kot komunikacijska linija, preko katere računalnik samo sprejema podatke. Podatki prihajajo iz programatorske ploščice z mikrokrmilnikom PIC18F2550, kateri nam

služi kot AD pretvornik. Ta naprej pošilja podatke na računalnik v programsko orodje

LABVIEW preko vodila USB. Na sliki 4.8 je prikazana programatorska ploščica z USB konektorjem, preko katerega

komuniciramo z računalnikom.

Slika 4.8: Programator s USB povezavo

4.2 Modul (sistem) za generiranje šuma

Za dobro delovanje preprostega akustičnega merilnika nivoja moramo zagotoviti primerno

vzbujanje resonatorske cevi s šumom. Zato moramo poskrbeti, da bo kvaliteta belega šuma

primerna in bo ustrezala našim zahtevam.


4.2.1 Šumni generator

Potrebujemo šumni generator, ker pokriva cel frekvenčni spekter, ki ima v danem trenutku

naključno frekvenco in naključno amplitudo. Iz tega spektra pa se bodo ojačale samo

resonančne frekvence. Beli šum to je naključni signal, kateri ima širok zvezni frekvenčni spekter, ter ima na

celotnem spektru enako amplitudo. Torej ima pri katerikoli frekvenci, ki se nahaja znotraj

naše pasovne širine enako moč signala. Takšen signal je v praksi skoraj nemogoč, zato se

zadovoljimo s takšnimi izvori, ki proizvajajo šum v določenem frekvenčnem spektru. Kadar gradimo šumni generator, se moramo vprašati, kako močen signal potrebujemo.

Izvor šibkega signala potrebujemo pri meritvah na sprejemnikih. Močnejše izvore pa na

izhodnih stopnjah oddajnikov in za meritve anten. Naš šumni generator spada v razred zelo

šibkih izvorov signala. Najcenejši in najenostavnejši izvor šuma je katerikoli upor, ki ga segrejemo na določeno

temperaturo. Saj vemo da idealnega upora ni in zato vsak upor šumi. Takšen izvor je

uporaben, vendar je za veliko število meritev njegova šumna moč premajhna. Zato lahko dober električni šum dobimo iz fizikalnih pojavov v polprevodnikih. Dobra

lastnost je plazovni preboj [9] v diodi. Ta proizvaja zelo veliko šuma, nekje do

petdesettisočkrat več od upora, zato so takšne diode zelo primerne za izdelavo šumnega

generatorja. V silicijevih zener diodah najdemo prav takšen pojav. Zener diode za 6 V skoraj ne

proizvajajo več šuma od uporov. Zener diode za napetosti nad 6 V (plazovne diode) pa

generirajo veliko šuma takrat, ko je na njih ustrezna napetost in skozi njo teče tok

plazovnega preboja.

Slika 4.9: Plazovna zener dioda z 6,8 V prebojne napetosti


Enostavni šumni generator z zener diodo prikazuje slika 4.10. Pri izdelavi šumnega

generatorja moramo zagotoviti stabilizacijo napajalne napetosti. S tem zagotovimo, da se

bosta tok skozi zener diodo ter izhodna šumna moč čim manj spreminjala.

R3

680

1,8K

R1

R4

22k

R5

10k

C2

10nF

C110n

C3

10nF

C4

10nF

D1

R21,2K

Q12N2222

Q22N2222

12

P1_9V

Header 212

P1_out

Header 2

Slika 4.10: Vezalna shema šumnega generatorja z zener diodo

Upor R3 omejuje največji tok skozi plazovno diodo na varno vrednost. Tok, ki prihaja iz

upora R1 teče skozi diodo in povzroči njeno šumenje. S preduporom R1 nastavljamo

enosmerni tok skozi diodo, upornost upora mora biti enaka notranji upornosti mikrofona.

Q1 in Q2 sta navadna NPN tranzistorja 2N2222, ki služita kot široko pasovna

ojačevalnika. Pri tem nam prvi tranzistor konvergira tokovni šum iz zener diode v ojačanj

tokovni šum na kolektor. Šum je dodatno filtriran preko kondenzatorja C2. Drugi tranzistor

ojača šum do takšne stopnje, da ga lahko peljemo na vhod avdio ojačevalnika. Z blokirnimi

kondenzatorji pa ločimo enosmerno napajanje in izhodni visokofrekvenčni signal. Celotno

vezje napajamo z napajalno napetostjo 9 V. Pri tem moramo paziti, da uporabimo zener

diodo, ki ima dovolj nizko zaporno napetost za delovanje. Uporabili smo zener diodo, ki

ima zaporno napetost 6,8 V in 1 W moči, ter nam zagotavlja bogat šum za naše frekvenčno

območje.

4.2.2 Ojačevalno vezje zvočnika

Sam signal, ki ga dobimo iz šumnega generatorja je premajhen, da bi ga direktno pripeljali

na 10 W zvočnik z notranjo impedanco 8 Ω. Zato signal iz šumnega generatorja vežemo na

avdio ojačevalnik. Za naše potrebe uporabimo kar ojačevalnik TDA2003, kateri se


večinoma uporablja za avtomobilsko akustiko [10]. Sam ojačevalnik je na trgu lahko in

cenovno dostopen. Načrtovan je tako, da ima enojno napajanje [11, 12]. Omogoča mnogo

aplikacij ter je tudi notranje zaščiten proti kakršnimi koli kratkimi stiki. Je preprost za

uporabo in njegovo hlajenje se enostavno reši z hladilnim rebrom. Vezje, ki smo ga

uporabili je zgrajeno po navodilih, ki jih priporoča proizvajalec, slika 4.11.

100nFC6

100nFC9

10uF

C7

470nF

C10

C5100u

2,2R7

1R8

220R6

1000uF

C81

2

53

4

U4TDA2003

12

P2_in

Header 2

12

P2_9V

Header 2

123

P?

Header 3

Slika 4.11: Vezalna shema avdio ojačevalnika s TDA2003

Glavno vezje se nahaja v ojačevalnem modulu. Elektrolitski kondenzator C7 je vhodni

zaporni kondenzator, kateri blokira enosmerni vhodni signal. Prav tako kondenzator C8, ki

je izhodni zaporni kondenzator. Zraven njiju pa tudi C10, kateri blokira enosmerno

napetost, ki prihaja iz povratne zanke na diferencialni vhod. Upora R6 in R7 določata delež

napetosti na izhodu kateri se bo preko povratne zanke preslikal nazaj na vhod.

Kondenzator C9 in upor R8 omogočata stabilnost pri visokih frekvencah, pri katerih lahko

pride do oscilacije zaradi velikega induktivnega bremena zvočnika. Vezje nima težav s stabilnostjo, zato ne potrebujemo v vezje vključevati dodatnih RC

filtrov. Dodamo tudi C5 in C6, ki jih uporabljamo za glajenje in filtriranje napajalne

napetosti. Ojačanje lahko nastavljamo z uporom R7, vendar je v našem primeru že fiksno

nastavljen. Zato ojačanje nastavljamo kar preko 10 kΩ trimerja, slika 4.12, katerega

priklopimo med šumni generator in avdio ojačevalnik na priključek P2_in.


10KRp1

12

P4_in

Header 2

12

P4_out

Header 2

Slika 4.12: Trimer s katerim nastavljamo glasnost šumenja

4.3 Modul (sistem) za zajetje frekvenčnega spektra

Za dobro določitev frekvenčnega spektra akustičnega valovanja merilnika je potrebna

združitev ustreznih komponent, ki delujejo skupaj v smiselni celoti. Celotno sprejemanje

podatkov poteka po naslednjem postopku: cev v cisterni (resonator) brez prekinitev vzbujamo z šumnim signalom neposredno z vzbujanjem z mikrofonom zajemamo akustični signal akustični signal ojačimo z ojačevalnim vezjem signal, ki ga dobimo iz mikrofonskega ojačevalnika pretvorimo v digitalno obliko z

AD pretvornikom integriranim v mikrokrmilniku signal iz mikrokrmilnika pošiljamo naprej preko USB vodila v PC

4.3.1 Mikrofonsko ojačevalno vezje

Signal, ki ga dobimo iz mikrofona moramo najprej ojačiti tako, da je amplituda signala

primerna za AD pretvorbo. Uporabimo kar navadni električni kondenzatorski mikrofon z

vgrajenim FET ojačevalnikom. Takšne mikrofone navadno uporabljamo v mobilni

tehnologiji. Za ojačevalnik uporabimo kar najbolj enostavnega, primernega ter cenovno

dostopnega. V našem primeru uporabimo operacijski ojačevalnik OP283GP z enojnim

napajanjem [11]. Celotno vezje je kar se da preprosto sestavljeno, in je prikazano na sliki

4.13.


5

67B

84

U3BOP283GP

2

31

A

84

U3AOP283GP

C11

680n1uF

C13

100KR13

2,2

R10

100KR12

1,8KR9

220K

R11

12

P3_mic

Header 2

12

P3_9V

Header 2

12

P3_out

Header 2

Slika 4.13: Vezalna shema za mikrofonsko ojačevalno vezje

Celotno vezje vežemo v neintervirajočo konfiguracijo. V splošnem ima večina električnih

kondenzatorskih mikrofonov enake karakteristike. V našem primeru uporabimo kar

navadnega z notranjo upornostjo 1,8 kΩ in napajalno napetostjo 4,5 V. Pri teh mikrofonih

moramo paziti na FET tranzistor, ki je že vgrajen. Zato moramo na mikrofon pripeljati tudi

njegovo napajanje.

Slika 4.14: Zgradba mikrofona v njegovem ohišju


Kot vidimo iz 4.13 in 4.14 mora biti upor R9 (RL) enake vrednosti kot notranja impedanca

mikrofona. V našem primeru 1,8 kΩ. Tedaj nam v enosmernem režimu upor RL polarizira

napajanje mikrofona. Če gledamo enosmerne razmere, nam upora R12 in R13 delujeta kot

napetostni delilnik, kateri pri napajanju vezja z 9V, dvigne napetost pozitivne sponke za

4,5 V. Takšna konfiguracija pomaga nastaviti delovni režim oziroma delovno točko vhoda

na polovico napajalne napetosti in pomaga maksimirati (omejiti) vhodno napetost med

napajalnima sponkama. Paziti moramo, da je delavno področje sofazne napetosti znotraj napajalnih sponk. Ne sme

pasti pod 0 V, ker imamo nesimetrično enojno napajanje. Upora R10 in R11 nam določata

ojačanje vezja, katero je v našem primeru 100000. Kondenzator C11 omogoča, da je mikrofon enosmerno razsklopljen. Če pogledamo, bi v

enosmernem režimu, kondenzator C11 predstavljal odprte sponke. Posledica tega je, da bi

se v vezju znebili mikrofona in upora R10. Tako bi dobili napetostni delilnik in vezje bi

zaoscilacije. Kondenzator C13 izloči enosmerno komponento. Paziti moramo tudi na to, da sta napetost

na pozitivni sponki in napetost na izhodu OP283, torej pred C13 na istem potencialu. Če to

ni zagotovljeno lahko gre vezje v zasičenje.

4.3.2 Analogno-digitalna pretvorba (A/D)

Realni zvezni signali so redko strogo frekvenčno pasovno omejeni. Prav tako ni mogoče

izvesti idealnega analogno_digitalnega pretvornika, ampak lahko uresničimo samo dober

približek. Pri pretvorbi časovno zveznega signala v digitalni signal moramo upoštevati, da

imajo posamezni odtipki omejeno točnost oziroma so kvantinizirani [13, 14]. Analogno-digitalno pretvorbo smo implementirali z mikrokrmilnikom PIC18F2550, za

katerega smo uporabili vezje, ki je prikazan na sliki 4.15. Rezultat AD pretvorbe smo

poslali na računalnik v nadaljnjo obdelavo preko USB vodila, ki je že implementiran v

mikrokrmilniku.


Slika 4.15: Modul za analogno-digitalno pretvorbo

Celotna sintaksa programa je preprosta in napisana v 47 vrsticah. Implementirana je v C

jeziku in je priložena v prilogah.

Takšna konfiguracija analogno-digitalne pretvorbe nam daje zadovoljive rezultate, ki jih

potrebujemo za naše frekvenčno področje. Na slikah 4.16 in 4.17 je prikazan generiran

sinusni signal 1 kHz in 200 Hz iz funkcijskega generatorja, katerega smo preko AD

pretvorbe pošiljali v računalnik.

Prvi harmonik je dobro razločen, ostali so lahko zanemarljivi.

Slika 4.16: Sinusni signal z frekvenco 1kHz


Slika 4.17: Sinusni signal z frekvenco 200 Hz

4.4 Napajalnik

Napajanje sistema je zelo preprosto zgrajeno. Za vsa ojačevalna vezja potrebujemo 9 V,

katerih dobimo iz transformatorja (adapterja). 5 V katerih potrebuje mikrokrmilnik dobimo

iz USB napajanja, ki ga zagotavlja računalnik. Enosmerno napetost, ki jo dobimo iz

transformatorja zgladimo še z elektrolitskimi kondenzatorji. To napetost še naprej

stabiliziramo z napetostnim regulatorjem LM7809 ter kondenzatorjema za njim, slika 4.18.

Slika 4.18: Vezalna shema napajalnega dela

Stabilizator mora biti nameščen na hladilno rebro, ker lahko zaradi segrevanja elementa

pride do njegovega uničenja. Ker je namen uporabe naprave smiseln za merjenje tekočin,

si ne smemo privoščiti, da bi v samo ohišje, ter vezje prišlo v stik z to tekočino. V

nasprotnem primeru tvegamo kratek stik, preboje, ter tudi uničenje same naprave.


4.5 Modul (sistem) za merjenje temperature

Kot smo že omenili je hitrost zvoka odvisna od temperature. Za točno merjenje nivoja

tekočin moramo zato, narediti kompenzacijo z ustreznim temperaturnim senzorjem. Pri

upoštevanju fizikalnih pojavov si še enkrat poglejmo enačbo (3.6), ki kaže hitrost zvoka v

odvisnosti z temperaturo. Za senzor temperature bi lahko uporabili cenen in preprost LM35, kateri nam ponuja paleto

dobrih lastnosti in linearno odvisnost od temperature. Ampak, ker celotno AD pretvorbo

uporabimo za pošiljanje akustičnega signala, uporabimo kar navadni termometer z NTK

uporom, katerega lahko kupimo v vsaki trgovini z elektronskimi aparati. Takšen

termometer prikazuje slika 4.19.

Slika 4.19: Preprost termometer z sondo

Termometer prikazuje zunanjo temperaturo in temperaturo v cevi. Za temperaturno

prilagoditev, enostavno odčitamo temperaturo, ki jo prikazuje termometer in jo vstavimo v

uporabniški vmesnik (LABVIEW), kateri nadalje samostojno prilagodi našo karakteristiko

za natančno meritev.

4.6 Mehanska konstrukcija

Da smo lahko celotni sistem merilnika tudi eksperimentalno preizkusili, smo izdelali

zasnovo za merilno posodo. Ker bi bilo preizkušanja in umerjanje merilnika v velikih

cisternah prostornine 4000 litrov nesmiselno in nepraktično, smo sistem uprizorili na

pomanjšani različici.


Merilna posoda je izdelana iz nerjavečega železa in ima obliko kvadra dimenzije

1000x150x150 mm. Posoda je na spodnji strani privarjena na kovinsko ploščo, katera je

pritrjena na leseno podlago, slika 4.20(a). Na sprednji strani posode imamo po celotni

višini ozko linijo širine 50 mm za odčitavanje višine nivoja tekočine. Ta linija je prekrita z

pleksi steklom širine 70 mm in debeline 5 mm, slika 4.20(b). Na spodnjo kovinsko ploščo je še privarjen nosilec za električno dozo v kateri je

elektronska enota z vsemi potrebnimi moduli za delovanje.

Slika 4.20: Mehanska konstrukcija merilnika

Akustični merilnik nivojev tekočin_ Programska enota 38

5 PROGRAMSKA ENOTA (SOFTWARE ENOTA_LABVIEW)

Celotno programsko vsebino lahko razdelimo na tri glavna dela: Program za analogno-digitalno pretvorbo se nahaja v programu mikrokrmilnika.

Napisan je v C programskem jeziku. Program nam v času delovanja neprestano

pošilja podatke na PC. Program za spektralno analizo akustičnega valovanja je napisan v programskem

okolju LABVIEW. Napisan je v blokovnem diagramu z vsemi potrebnimi bloki za

frekvenčno analizo. Program za vizualni prikaz nivoja tekočine v posodi je implementiran v

LABVIEW-u. S tem imamo zgrajen uporabniški vmesnik preko katerega

spremljamo dogajanje v posodi.

Program v mikrokrmilniku na preko navidezniga vodila RS232 pošilja podatke na port

COM9. Povezavo prikazuje slika 5.1.

Slika 5.1: Povezava z PC

Podatke naprej pošiljamo v programsko orodje LabVIEW (Laboratory Virtual

Instrumentation Engineering Workbench) [15]. Vso merilno tehniko in komunikacijo

lahko predstavimo kot virtualno instrumentacijo. Jedro virtualne instrumentacije je

vsekakor aplikativna programska oprema ter programski gonilniki, ki vzpostavljajo

komunikacijo s fizično opremo ter omogočajo nemoteno delovanje izredno široke palete

merilnega inštrumentarija, ki je vgrajen na neko platformo.


Grafični pristop nam omogoča bolj preprosto in pregledno sliko nad uporabljenimi

postopki, da se lažje osredotočimo na izvedbo same aplikacije. Programski jezik se

imenuje G. V nadaljevanju si bomo podrobneje ogledali drugi sklop, to je program za spektralno

analizo akustičnega valovanja, ki je napisan v programskem okolju LABVIEW. Napisan je

v blokovnem diagramu z vsemi potrebnimi bloki za frekvenčno analizo. Celotni potek

izvajanja programa je za boljšo prepoznavnost prikazan z blokovnim diagramom. Celotna

razlaga in opis programske kode sta opisan v dodatku. Na sliki 5.2 je v grobem prikazan potek celotnega algoritma v programskem orodju

LABVIEW. Program se začne z inicializacijo programske kode. Naslednje je sprejemanje

podatkov preko USB porta. Pri sprejemanju sledi obdelava in spektralna analiza signala.

Po določitvi resonančne frekvence drugega harmonika izračunamo nivo tekočine. Številčni

in grafični rezultat vizualno prikažemo. Po prikazu rezultatov se vrnemo nazaj v

inicializacijo. Tako se nam algoritem znova ponavlja, dokler na uporabniškem vmesniku

ne pritisnemo tipke stop.


Slika 5.2: Potek celotnega programskega algoritma

START

Inicializacija

Obdelava signala iz AD karte v odtipke

našega signala

Spektralna analiza signala (FFT),

povprečenje resonančnih spektrov

Iz spektra harmonikov poiščemo njegove vrhove in

izmerimo položaj drugega harmonika

Resonančno frekvenco vstavimo v formulo katera

za določeno frekvenco izračuna nivo tekočine

Prikažemo vrednosti nivoja tekočine –

številčno in grafično

port COM 9


Slika 5.3: Razdeljen potek celotnega algoritma

START

Inicializacija

Zlog dolg 11 znakov iz AD karte

sortiramo, da dobimo zlog 4 znakov

Celotne zloge skeniramo in jih

spremenimo v odtipke našega signala

Iz spektra harmonikov poiščemo položaj

drugega vrha (harmonika)

Formula – iz karakteristike merilnika izračunamo

nivo tekočine

Prikažemo vrednosti nivoja tekočine –

številčno in grafično

port COM 9

Ali je 2000 odtipkov

Nastavimo ustrezne lastnosti in

zakasnitve signala

FFT obdelava

Ali imamo vsoto

zadnjih 30

Delimo s 30, s tem dobimo povprečje resonančnega spektra

DA

NE

DA

NE


Na sliki 5.3 je prav tako prikazan blokovni diagram poteka programa, kjer sta sklopa

obdelave signala iz AD karte in spektralne analize signala obdelana v posamezne detajle. Podatke, ki jih prejemamo preko porta COM9 beremo z VISA funkcijskimi bloki za

serijsko komunikacijo. Zlog dolg 11 znakov, ki ga dobimo iz AD pretvorbe, sortiramo po

ustreznih znakih za ločevanje in dobimo zlog 4 znakov (cifer). Te bite oziroma cifre

pošljemo naprej na funkcijski blok kateri jih spremeni v odtipke našega signala. Celotna

zanka se ponovi 2000 krat. Za vsako ponovitev ko jo opravi se novi zlog shrani v odtipek.

Tako dobimo 2000 odtipkov, kar je tudi naše tipanje celotnega signala. Signal sestavljen iz

2000 odtipkov pošljemo naprej na drugi funkcijski blok. Ta nam priredi naš signal z

ustrezno zakasnitvijo in še dodatno nastavi lastnosti našega signala. Signal je sedaj

pripravljen za frekvenčno obdelavo (FFT). Spekter, ki ga dobimo ni stalen saj se položaji

harmonikov spreminjajo za male vrednosti. Zato moramo narediti povprečenje našega

signala. Z povprečenjem seštejemo 30 naših rezultatov FFTja in jih delimo z številom

meritev, torej s 30. Celotni spekter peljemo v nov funkcijski blok, kateri nam poišče

resonančno frekvenco drugega vrha (harmonika). Sedaj peljemo resonančno frekvenco v

karakteristiko merilnika (formulo) iz katere za določeno frekvenco dobimo določen nivo

tekočine v rezervoarju. Rezultat prikažemo na uporabniškem vmesniku številčno in

grafično (prikaz nivoja v rezervoarju). Tako se nam algoritem znova ponavlja, dokler na

uporabniškem vmesniku ne pritisnemo tipke stop. Potek in opis celotnega programskega algoritma v programskem orodju LABVIEW je

podrobno opisan v dodatku. Karakteristiko našega resonatorja, ki opisuje odvisnost višine od frekvence smo preprosto

določili z programskim orodjem MATLAB_CFTOOL(X,Y). Prvi korak pri določanju je

bilo frekvenčno snemanje celotnega merilnega območja. Pri tem smo pri konstantni

temperaturi dvigovali nivo tekočine od minimuma do maksimuma (70 cm). Pri vsakem

centimetru smo zapisali frekvenco drugega harmonika. V drugem koraku smo z orodjem CFTOOL(X,Y) 5.4 vpeljali merjene veličine in narisali

karakteristiko resonatorja. Karakteristiko nam razločno prikazuje slika 5.5.


Slika 5.4: Programsko orodje MATLAB_CFTOOL(X,Y)

0

10

20

30

40

50

60

70

300 500 700 900 1100Frekvenca (Hz)

Viš

ina

(cm

)

Slika 5.5: Odvisnost višine od frekvence (karakteristika merilnika)

Tako smo lahko preko orodja določili formulo, katera nam iz frekvence določi nivo

tekočine (5.1). Dobimo polinom četrtega reda, kateri se z postopkom identifikacije ujema z

karakteristiko za 99 %.

10 4 7 3 22,42 10 9,022 10 0,001315 0,9307 209,9h f f f f (5.1)


Celotno merjenje spremljamo preko uporabniškega vmesnika, ki se nahaja na Front Panel

v LABVIEW-u. Preko njega nastavimo port iz katerega beremo, ter koeficient temperature.

Ostale podatke pri merjenju samo kontroliramo. Vmesnik je sestavljen tudi iz vizualnih

pripomočkov. Prvi nam kaže frekvenčni spekter oziroma FFT analizo akustičnega signala.

Prikazuje nam harmonike v resonančni cevi, drugi pa kaže višino nivoja tekočine v posodi.

Indikator je v obliki valja in kaže nivo modre barve. Celotno blokovno strukturo programa in uporabniški vmesnik nam prikazujeta sliki 5.6 in

5.7.


Slika 5.6: Blokovna struktura programa


Slika 5.7: Uporabniški vmesnik

Akustični merilnik nivojev tekočin_ Preizkušnja in rezultati 47

6 PREIZKUŠNJA IN REZULTATI MERILNIKA

V tem poglavju imamo prikazane rezultate in lastnosti, ki smo jih opravili in določili za naš

akustični merilnik. Meritve smo opravili pod naslednjimi pogoji: merjen fluid je trda voda, plin v resonatorju nad tekočino je zrak, temperatura obratovanja je 25 °C, tlak v resnonatorju je atmosferski tlak (zanemarljiv), v resonatorju se ne nahajajo usedline, pene, ki bi povzročile odboje.

Za preprost merilnik tekočin na osnovi spektralne analize akustičnega valovanja so bile

določene naslednje lastnosti: odstopanje (ujemanje izmerjene frekvence in izračunanega nivoja z dejanskim), dinamične lastnosti.

Meritve so potekale na podlagi spreminjanja dolžine resonatorja. Nivo tekočine smo

spreminjali (večali, manjšali), ter pri tem opazovali izmerjene frekvence harmonika, ter

dejanski in izračunan nivo.

6.1 Karakteristike merjenja z spektralnim analizatorjem

Meritve frekvenc harmonikov pri različnih nivojih smo na začetku merili z analognim

spektralnim analizatorjem. Na podlagi teh meritev smo dobili karakteristike petih

harmonikov v resonančni cevi. Iz tabele 9.1, ki se nahaja v dodatku in spodnje slike 6.1 so razvidni položaji vseh petih

harmonikov resonatorja v odvisnosti od višine.


0

10

20

30

40

50

60

70

0 500 1000 1500

Frekvenca (Hz)

Niv

o t

ekoči

ne

(cm

)

Prvi harmonikDrugi harmonikTretji harmonikČetrti harmonikPeti harmonik

Slika 6.1: Položaj harmonikov resonatorja

Iz slike 6.1 vidimo, da nam za celotno merilno področje najbolje ustreza drugi harmonik.

Ta pokriva celotni spekter, ki ga potrebujemo. Zato v nadaljnjih meritvah iz njega

določamo višino.

6.2 Merjenje in karakteristika merilnika

Meritve smo opravljali pri temperaturi 23—25 °C. Resonančno cev smo vzbujali z šumom

in snemali njen frekvenčni spekter. Za različne višine smo odčitavali dejanski nivo in nivo

prikazan na uporabniškem vmesniku. Odčitane vrednosti nam predstavljata tabela 6.1 in slika 6.2. Iz vseh rezultatov lahko

vidimo, da se izmerjena vrednost razlikuje od dejanske za največ 6 mm. To nam pove

natančnost našega preprostega merilnika. Ta problem bi lahko rešili z boljšo kompenzacijo

temperature.


Tabela 6.1 Meritve pri temperaturi 23-25 °C Dejanski

nivo (cm)

Izmerjen

nivo (cm)

Frekvenca

harmonika

(Hz)

Dejanski

nivo (cm)

Izmerjen

nivo (cm)

Frekvenca

harmonika

(Hz)

70,0 69,9 1090 26,0 25,3 503

68,3 68,1 1039 24,5 24,0 496

67,2 66,9 1010 22,9 22,3 486

66,1 65,9 984 21,0 20,7 477

64,2 63,9 940 19,9 19,3 470

63,2 62,9 918 18,9 18,6 466

62,0 61,6 891 18,0 17,9 463

60,3 60,0 861 17,9 17,5 461

58,4 58,2 828 17,8 17,5 460

57,2 57,0 807 17,7 17,2 459

55,0 54,8 774 17,6 17,1 458

53,8 53,3 751 17,0 16,6 456

52,0 51,8 731 16,0 15,7 451

51,2 51,0 722 15,8 15,4 450

49,8 49,5 703 14,5 14,3 445

48,5 48,2 688 13,1 13,0 439

46,5 46,3 667 11,8 11,4 431

44,0 43,8 642 9,9 9,8 424

41,8 41,4 619 8,8 8,7 419

39,9 39,6 603 8,0 7,9 416

38,0 37,7 588 6,9 7,0 412

36,8 36,3 577 5,9 5,9 407

35,9 35,4 570 5,0 5,0 404

34,8 34,2 561 4,0 3,9 399

32,9 32,4 548 3,0 2,9 395

30,5 29,9 532 2,0 2,1 392


29,8 29,2 527 1,0 0,8 387

28,3 27,7 518 0,0 0,0 384

0

10

20

30

40

50

60

70

300 500 700 900 1100Frekvenca (Hz)

Niv

o t

ekoči

ne

(cm

)

Dejanski nivo

Izmerjen nivo

Slika 6.2: Primerjava dejanskega nivoja z izračunanim

6.3 Meritve pri različnih temperaturah

Potovanje zvoka je odvisno od temperature zraka po katerem potuje. Zato so karakteristike

resonatorja pri različnih temperaturah različne. Potrebne meritve za določitev

kompenzacijskega faktorja smo opravili pri 15, 16, 25, 30, 40 stopinjah Celzija.


Podatki, ki smo jih dobili pri teh temperaturah so prikazani v tabelah, katere se nahajajo v

dodatku. Odvisnost nivoja tekočin od frekvence pri različnih temperaturah je prikazano na

sliki 6.3.

0

10

20

30

40

50

60

70

350 550 750 950

Frekvenca (cm)

Niv

o t

ekoči

ne

(cm

)

40 °C

30 °C

25 °C

16 °C

Slika 6.3: Karakteristike pri različnih temperaturah

6.4 Dinamične lastnosti

Prikazovanje meritve nivoja je časovno odvisno. Kako hitro bomo lahko zmerili nivo

tekočine v rezervoarju je odvisno od povprečenja signala. Čas meritve se povečuje z

velikostjo spremembe nivoja tekočine. Z preizkusi smo dokazali, da ob spremembi nivoja

za 20 cm ali več, potrebuje merilnik vsaj 30 s za določitev nivoja tekočine. Razlog za daljši


merjen čas je premaknitev harmonikov v frekvenčnem spektru. Pri veliki trenutni

spremembi se tudi harmoniki prestavijo za več kot 100 Hz. Tako harmoniki zaradi

povprečenja potrebujejo daljši čas, da se na grafu premaknejo in ustalijo, da lahko

odčitamo položaj drugega harmonika. Pri počasnih spremembah nivoja tekočine dobimo boljše dinamične lastnosti. Pri

spreminjanju nivoja 6 s/cm nam spekter harmonika lepo sledi spremembam. Harmoniki se

sproti premikajo in sproti povprečijo. V bistvu nimamo velikih sprememb v položaju

harmonika. S tem nam merilnik v času 0,5 s določi merjen nivo tekočine. Pri takšni metodi merjenja nivoja nismo omejeni z časom, ki bi ga potrebovali za

skaniranje celotnega območja. Kakor je to potrebno pri drugih akustičnih merilnikih [4]. S

tem bi pri daljšem resonatorskem prostoru potrebovali več časa za določitev nivoja. Za

merjenje višjih nivojev pa bi potrebovali bistveno manj časa.

Akustični merilnik nivojev tekočin Zaključek 53

7 ZAKLJUČEK

Sama zasnova in izdelava vezja, mehanske konstrukcije in programskega dela je potekala

čez celotni semester. Cilj diplomske naloge je bil izdelati preprosti akustični merilnik

nivoja tekočin, ter praktično pokazati njegovo uporabo. Merilnik po metodi resonančne frekvence temelji na že predhodnih verzijah akustičnih

merilnikov tekočin v industrijskih aplikacijah. Poglavitni cilj je bila zamenjava sinusnega

generatorja z šumnim generatorjem, ter poenostaviti njegovo delovanje in določanje nivoja

tekočin. Pri izvedbi in raziskovanju nove metode smo naleteli na razne težave in možnosti izbire s

katerimi smo se morali soočiti:

glavna težava se je pokazala v implementiranju šumnega generatorja, kateri bi

tvoril bogati spekter belega šuma. Zaradi njegovega neposrednega vpliva na ostale

module in naš merjen signal, smo ga izdelali na svoji tiskanini. Lahko bi ga

uporabili v digitalni obliki, vendar smo ga najenostavneje izdelali z navadno zener

diodo, pri izbiri mikrofona in njegovega ojačevalnega dela smo naleteli na težavo pri

napajanju [16]. Zagotoviti smo morali napajanje mikrofona in operacijskega

ojačevalnika. Z napajanjem smo morali tudi dvigniti ojačan signal na polovico

napajalne napetosti. S tem smo dvignili delovno točko, da smo lahko opazovali

celotne sinusne signale na izhodu, celotno obdelavo signala smo opravili s programom LABVIEW, kar je temeljito

poenostavilo programski del merilnika. S tem smo se izognili težavnim

algoritmom, ki bi jih morali implementirati v mikrokrmilniku. Celotno zadevo smo

poenostavili z funkcijskimi bloki, kateri so operaterjem danes bolj pregledni.


Slika 7.1: Merjenje nivoja tekočine v posodi

Za celotno izvedbo preprostega merilnika smo uporabili enostavne elektronske elemente,

kateri so dosegljivi v vsaki bolj založeni trgovini z elektroniko. Celotno vezje je

sestavljeno iz 35 komponent, 3 operacijskih ojačevalnikov in dveh že izdelanih modulov

(programator in termometer). Rezultati preprostega merilnika zadostujejo našim začetnim pogojem in nam dajejo solidne

rezultate z majhnim pogreškom. Merilnik nivoja omogoča merjenje nivojev od 0 do 70 cm

pri temperaturah od 5 do 60 °C , odvisno od temperaturne kompenzacije. Omogoča

merjenje hitro spreminjajočih se nivojev, pod pogojem da je naslednja velika sprememba

najmanj čez 30 s. Nadaljnje možnosti za razvoj preprostega merilnika so ugodne. Za izboljšanje lastnosti

merilnika lahko navedemo par primerov: povečanje merilnega območja nad 70 cm, izboljšanje temperaturne kompenzacije za doseganje večje točnosti,

izboljšati analogno-digitalno pretvorbo, vso signalno procesiranje implementirati v mikrokrmilnik.


Glavna ideja za nadaljnji razvoj je celotni merilnik narediti eksplozijsko varen. Pri tem bi v

resonatorski cevi zvočnik nadomestili z tanko konico. To konico bi poganjal stisnjen zrak,

ki bi povzročil vibriranje konice. Posledica vibriranja bi bilo oddajanje naključnega zvoka

oziroma šuma. Mikrofon bi nadomestili z optičnim vlaknom, kateri bi meril položaj

harmonikov. Takšen merilnik bi lahko uporabili v industriji katera ima opravka z

eksplozijskimi nevarnimi snovmi. Celotna metoda in rezultati, ki smo jih dobili iz preprostega merilnika nivoja tekočin so

primerljivi z našimi začetnimi zahtevami. Pri izvajanju celotnega projekta mi je zelo

koristilo znanje in izkušnje, ki sem jih pridobil z študijem avtomatike in robotike. Ugotovil

sem, da je za razvijanje novih metod in izdelkov potrebna široka paleta znanja, saj se pri

raziskovanju lahko pojavlja veliko problemov, ki jih je potrebno sproti uspešno rešiti.

56

8 LITERATURA

[1] http://www.gradri.hr/~bp/fizika.pdfbb [2] Knjiga o avtu, Mladinska knjiga, Ljubljana, 1978 [3] http://www.eng.cam.ac.uk/DesignOffice/mdp/electric_web/Digital/DIGI_14.html [4] Boris Gole, Kompakten in cenen akustični merilnik nivojev tekočin za aplikacije v

avtomobilski industriji, Maribor, April 2004; [5] Ljubomir Črepinšek, Jana Padežnik Gomilšek, Tehniška fizika, učbenik, Maribor,

2002; [6] http://www.ijs.si/~kutnjak/reprints/zvok.pdf [7] Žarko Čučej, Dušan Gleich, Peter Planinšič, Signali, povzetki teorije z zbirko rešenih

nalog, Maribor, 2005;

[8] http://sl.wikipedia.org/wiki/Molska_masa [9] Matjaž Vidmar, Električni šum in elektronski izvori šuma, S53MV; [10] http://www.electronics-project-design.com/AudioAmplifier.html [11] Denis Đonlagić, Osnove gradnje prilagoditvenih vezij v senzorskih sistemih, zapiski

predavanj, 2010; [12] Svet elektronike, številka 15, November 1995; [13] Rajko Svečko, Diskretni regulacijski sistemi, Maribor, 2005; [14] Rajko Svečko, Teorija sistemov, Maribor, 2005; [15] http://www.ni.com/labview.html [16] http://www.rane.com/note148.html [17] http://forums.ni.com/t5/LabVIEW/FFT-Analysis/m-p/535389 [18] http://en.wikipedia.org/wiki/Fast_Fourier_transform

57

9 DODATEK

Diplomskemu delu je priložen dodatek v katerem se nahajajo naslednje priloge:

Program za generiranje sinusnega signala in prikaz njegovega FFT (MATLAB), Program za AD pretvorbo (C jezik), Sheme in tiskana vezja preprostega merilnika tekočin, Podroben opis programskega algoritma in funkcijskih blokov v programskem

orodju LABVIEW, Položaji (resonančne frekvence) petih harmonikov resonatorja v odvisnosti od

višine, Meritve resonančnih frekvenc v odvisnosti od višine za temperature 40, 30, 25 in

16 stopinj Celzija, Vizualni rezultati meritev pri temperaturi 23—25 °C, dodane slike ,ki prikazujejo

prikaz uporabniškega vmesnika za posamezne nivoje.

Program za generiranje sinusnega signala in prikaz njegovega FFT:

%/*#################################################################*/ %/*# PREPROST MERILNIK TEKOČIN NA OSNOVI #*/ %/*# SPEKTRALNE ANALIZE AKUSTIČNEGA VALOVANJA FFT #*/ %/*# #*/ %/*# generiranje sinusnega signala in njegov FFT #*/ %/*# #*/ %/*# DATUM :31.4.2010 #*/ %/*# AVTOR :Izidor Vehovar #*/ %/*# #*/ %/*#################################################################*/ clc clear all To = 20e-3 % perioda sinusnega signala, 1/0.02 je 50 Hz Ts = To/8 % čas sempliranja, periodo razdelimo na 8 otipkov Fs = 1/Ts % frekvenca sempliranja t = 0:Ts:To-Ts; % čas (odtipki) je od 0 do To-Ts po koraku Ts N = length(t) % ven dobimo dolžino vektorja t(N=8, imamo 8 otipkov) y = 5*sin(2*pi*50*t) % funkcija sinus , dobimo vektorje ven ker je t vektor, %dobimo 8 amplitud (za vsak otipek) Y = fft(y) % naredi FFT za funkcijo y k = 0:N-1; % k gre od 0 do N-1 (N-1 je zadni otipek) df = Fs/N % dolžina frekvence (x osi) pri FFT, %je frekvenca sempliranja deljeno z dolžino % vektorja t, dobimo položaj harmonikov, to je pri 50 Hz, % va našem primeru je 400/8=50 figure(1) subplot(211), stem(t,y) % izris grafa sinus, amplituda odvisna od časa subplot(212); stem(k*df, abs(Y)) % izris grafa FFT za sinus, %amplituda odvisna od frekvence % df je 50, k gre od 0 do 7, torej % grejo frekvence od 0 do 350 Hz

Program za AD pretvorbo:

//################################################################# //# PREPROST MERILNIK TEKOČIN NA OSNOVI # //# SPEKTRALNE ANALIZE AKUSTIČNEGA VALOVANJA FFT # //# # //# analogno-digitalna pretvorba # //# # //# DATUM :31.4.2010 # //# AVTOR :Izidor Vehovar # //# # //#################################################################

#include <18F2550.h> #DEVICE adc=10 // rezerviran prostor za bootloader #define _bootload #ifdef _bootload #define LOADER_END 0x7FF #define LOADER_SIZE 0x6FF #build(reset=LOADER_END+1, interrupt=LOADER_END+9) #org 0, LOADER_END #endif #define __USB_PIC_PERIF__ 1 #fuses HSPLL,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP,NODEBUG,USBDIV,PLL5,CPUDIV1,VREGEN #use delay(clock=48000000) #include <usb_cdc.h> #use rs232(baud=9600,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7,bits=8) void main() unsigned long x1,x2; setup_adc_ports(AN0_TO_AN1|VSS_VDD); setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_4); usb_init(); while( !usb_enumerated() ); while(TRUE) delay_us(100); set_adc_channel(0); delay_us(100); x1=read_adc(); set_adc_channel(1); delay_us(1000); x2=read_adc(); printf(usb_cdc_putc,"#%04Lu!%042x&",x1,x2 ); spremen v niz znakov na prazna mesta da 0

Sheme in tiskana vezja preprostega merilnika tekočin:

R3

680

1,8K

R1

R4

22k

R5

10k

C2

10nF

C110n

C3

10nF

C4

10nF

D1

R21,2K

Q12N2222

Q22N2222

12

P1_9V

Header 2 12

P1_out

Header 2

Slika 9.1: Shema šumnega generatorja

Slika 9.2: Tiskanina šumnega generatorja

100nFC6

100nFC9

10uF

C7

470nF

C10

C5100u

2,2R7

1R8

220R6

1000uF

C81

2

53

4

U4TDA2003

12

P2_in

Header 2

12

P2_9V

Header 2

123

P?

Header 3

Slika 9.3: Shema avdio ojačevalnika

Slika 9.4: Tiskanina avdio ojačevalnika

5

67

B

84

U3BOP283GP

2

31

A

84

U3AOP283GP

C11

680n1uF

C13

100KR13

2,2

R10

100KR12

1,8KR9

220K

R11

12

P3_mic

Header 2

12

P3_9V

Header 2

12

P3_out

Header 2

Slika 9.5: Shema mikrofonskega ojačevalnega dela

Slika 9.6: Tiskanina mikrofonskega ojačevalnega dela

10KRp11

2

P4_in

Header 2

12

P4_out

Header 2

Slika 9.7: Shema vezja-trimer

Slika 9.8: Tiskanina vezja-trimer

Podroben opis programskega algoritma in funkcijskih blokov v programskem

orodju LABVIEW

Podatke, ki jih prejemamo preko porta COM9 beremo z VISA funkcijskimi bloki za

serijsko komunikacijo. Zajemanje in shranjevanje nam prikazuje slika 9.9. VISA Open

(VISA O) nam odpre serijsko komunikacijo, katero nastavimo preko VISA Resource name

na COM9. Ta pošlje podatke naprej v blok VISA Read (VISA R), ki se nahaja v zanki. Ta

blok sprejme podatke in jih vrne v Read buffer. Zlog dolg 11 znakov, ki ga dobimo iz AD

karte, sortiramo po ustreznih znakih za ločevanje in dobimo zlog 4 znakov (cifer). Te bite

oziroma cifre pošljemo naprej na blok Scan from String. Ta skenira celotni zlog in ga

spremeni v odtipke našega signala.

Slika 9.9: VISA funkcijski bloki

Celotna zanka se ponovi 2000 krat. Za vsako ponovitev ko jo opravi se novi zlog shrani v

odtipek. Tako dobimo 2000 odtipkov, kar je tudi naše tipanje celotnega signala. Ta zanka je postavljena v glavno while zanko. Katera se neskončno krat ponavlja in jo

ustavimo s tipko stop. Takrat gre signal za prekinitev iz notranje for zanke do VISA Close

(VISA C) in ta zapre serijsko komunikacijo. Celotni proces lahko ponovno zaženemo z

tipko run, ki se nahaja v orodni vrstici uporabniškega vmesnika. Signal sestavljen iz 2000 odtipkov pošljemo naprej na Build Waveform blok. Ta nam

priredi naš signal z ustrezno zakasnitvijo. S tem preprečimo prehitevanje signala.

Modificiran signal pošljemo na blok Set Dynamic Data Attributes, ki še dodatno nastavi

lastnosti našega signala, slika 9.10.

Slika 9.10: Bloki za spektralno analizo

Signal katerega dobimo je sedaj pripravljen za FFT obdelavo. Programsko orodje

LABVIEW nam daje široko paleto funkcijskih in matematičnih blokov za avtomatizacijo

raznih procesov. Celotno Fourierovo transformacijo lahko rešimo matematično. Ampak bi

si na tak način celotno zadevo zelo zakomplicirali. Zato jo rešimo kar z funkcijskim

blokom Spectral Measurements. Ta blok nam poleg FFT obdelave ponuja tudi druge

funkcije, ki nam pomagajo pri določanju frekvenčnega spektra. Signal, ki ga dobimo po

FFT obdelavi ni stalen saj se špice harmonikov spreminjajo za male vrednosti. Zato

moramo narediti povprečenje našega signala. To funkcijo omogoča blok, slika 9.11. Z

povprečenjem seštejemo 30 naših rezultatov FFTja in jih delimo z številom signalov, torej

s 30.

Slika 9.11: Dodatne funkcije bloka Spectral Measurements

S tem dobimo stalne špice, katere se premikajo samo z nivojem tekočine, slika 3.8. Signal katerega dobimo po povprečenju peljemo v Peak Detector. Ta blok iz celotnega

spektra harmonikov poišče njegove vrhove, število vrhov in njihov položaj. Prav tako nam

za vsak harmonik pove vrednost njegove amplitude in frekvence pri kateri se nahaja. Del

programa za določanje vrhov harmonikov prikazuje slika 9.12. Dodatni elementi so za

nastavljanje parametrov, ki določajo od katere amplitude naj bere vrhove, ter zanemarijo

vmesne majhne špice, ki se pojavijo na strmini samega harmonika. Signal še dodatno

prilagodimo prikazovalnemu grafu z množenjem signala z cifro 2,2568.

Slika 9.12: Funkcijski blok za določanje vrhov harmonikov

Signal sedaj razdelimo na 3 dele (cifre). Pri tem nam vsaka cifra pomeni položaj

harmonika oziroma pri kateri frekvenci se nahaja njegov vrh. Iz vseh meritev, ki smo jih

praktično opravili pri različnih temperaturah smo ugotovili, da je v vseh področjih najbolje

izražen drugi harmonik. Zato vzamemo cifro lokacije drugega harmonika in jo pošljemo v

formulo (4.1), katera sledi v nadaljevanju. Formula nam za ustrezno frekvenco izračuna

točni položaj nivoja tekočine v cevi. Ta nivo še samo kompenziramo z ustreznim faktorjem

temperature, katerega nastavimo preko uporabniškega vmesnika. Končni rezultat se nam

pokaže kot numerična številka in kot slikovni prikaz nivoja tekočine v cisterni. Preračun

drugega harmonika nam prikazuje slika 9.13.

Slika 9.13: Preračun frekvence harmonika v višino

Položaji petih harmonikov resonatorja v odvisnosti od višine

Tabela 9.1 Merjenje harmonikov resonatorja z spektralnim resonatorjem

Nivo

tekočine

(cm)

1. harmonik

(Hz)

2. harmonik

(Hz)

3. harmonik

(Hz)

4. harmonik

(Hz)

5. harmonik

(Hz)

0 192 368 540 704 876

2 196 380 548 720 896

4 196 386 562 736 912

6 196 398 572 748 932

8 212 404 584 768 952

10 208 412 604 788 976

12 212 432 616 808 1004

14 212 436 628 828 1028

16 220 444 644 848 1056

18 220 456 660 872 1080

20 228 464 680 896 1112

22 232 476 696 920 1144

24 240 492 720 948 1176

26 252 512 744 976 1216

28 244 528 764 1008 1252

30 256 540 788 1040 1296

32 268 564 816 1076 1340

34 280 580 844 1112 1388

36 280 600 876 1152 1440

38 300 624 904 1196 1492

40 336 644 944 1244 1556

42 356 668 976 1296 1616

44 332 692 1020 1352 1688

46 376 724 1064 1412 1772

48 400 758 1114 1482

50 430 794 1170 1558

52 446 842 1230 1642

54 478 926 1300

56 510 976 1370

58 540 1046 1460

60 566 1126 1554

62 600 1196 1669

64 648 1296 1784

66 698 1400

68 740 1560

70 800 1724

72 888

Meritve resonančnih frekvenc v odvisnosti od višine za temperature 40, 30, 25 in

16 stopinj Celzija

Tabela 9.2 Vrednosti položaja harmonika od nivoja tekočine T=40 °C

Nivo (cm) Položaj

harmonika

(Hz)

Nivo (cm) Položaj

harmonika

(Hz)

Nivo (cm) Položaj

harmonika

(Hz)

0 0 24 502 48 702

1 398 25 508 49 710

2 401 26 513 50 723

3 405 27 519 51 738

4 409 28 526 52 752

5 411 29 532 53 764

6 416 30 539 54 779

7 422 31 546 55 794

8 426 32 553 56 810

9 429 33 563 57 829

10 433 34 568 58 845

11 436 35 577 59 861

12 439 36 585 60 881

13 445 37 594 61 899

14 449 38 601 62 918

15 452 39 609 63 940

16 457 40 618 64 961

17 463 41 628 65 986

18 467 42 637 66 1014

19 475 43 646 67 1039

20 480 44 657 68 1067

21 485 45 672 69 1096

22 491 46 683 70 1118

23 496 47 690


Nivo (cm) Položaj

harmonika

(Hz)

Nivo (cm) Položaj

harmonika

(Hz)

Nivo (cm) Položaj

harmonika

(Hz)

0 386 24 497 48 692

1 389 25 504 49 702

2 394 26 511 50 715

3 398 27 516 51 725

4 401 28 522 52 739

5 407 29 526 53 754

6 411 30 535 54 768

7 414 31 540 55 781

8 418 32 550 56 797

9 423 33 557 57 812

10 427 34 563 58 828

11 432 35 569 59 846

12 435 36 577 60 866

13 440 37 584 61 885

14 444 38 595 62 902

15 448 39 603 63 919

16 455 40 610 64 945

17 459 41 619 65 969

18 465 42 629 66 991

19 469 43 638 67 1015

20 474 44 648 68 1045

21 477 45 657 69 1074

22 485 46 669 70 1103

23 492 47 678


Nivo (cm) Položaj

harmonika

(Hz)

Nivo (cm) Položaj

harmonika

(Hz)

Nivo (cm) Položaj

harmonika

(Hz)

0 383 24 491 48 679

1 387 25 495 49 691

2 391 26 501 50 702

3 395 27 507 51 716

4 398 28 513 52 727

5 402 29 519 53 741

6 407 30 526 54 754

7 410 31 533 55 767

8 414 32 539 56 782

9 418 33 546 57 798

10 426 34 553 58 817

11 428 35 562 59 832

12 431 36 569 60 853

13 436 37 576 61 873

14 440 38 585 62 892

15 444 39 593 63 909

16 448 40 600 64 936

17 452 41 612 65 956

18 458 42 620 66 981

19 463 43 629 67 1006

20 468 44 640 68 1025

21 474 45 649 69 1061

22 479 46 659 70 1092

23 484 47 668


Nivo (cm) Položaj

harmonika

(Hz)

Nivo (cm) Položaj

harmonika

(Hz)

Nivo (cm) Položaj

harmonika

(Hz)

0 378 24 483 48 671

1 379 25 488 49 679

2 385 26 494 50 694

3 387 27 499 51 703

4 390 28 505 52 719

5 395 29 512 53 730

6 399 30 518 54 743

7 403 31 525 55 760

8 407 32 532 56 775

9 411 33 538 57 789

10 416 34 546 58 805

11 420 35 554 59 823

12 423 36 560 60 840

13 427 37 569 61 859

14 432 38 574 62 877

15 437 39 583 63 898

16 442 40 592 64 919

17 447 41 602 65 938

18 451 42 610 66 967

19 456 43 619 67 993

20 462 44 628 68 1015

21 466 45 637 69 1041

22 471 46 648 70 1071

23 477 47 659

Vizualni rezultati meritev pri temperaturi 23—25 °C, slike prikazujejo prikaz

uporabniškega vmesnika za posamezne nivoje:

Slika 9.14: Merjen nivo tekočine h=70 cm_MAX

Slika 9.15: Merjen nivo tekočine h=68,3 cm



Slika 9.20: Merjen nivo tekočine h=62 cm


Slika 9.70: Merjen nivo tekočine h=0 cm _MIN

Kratek življenjepis

Ime in priimek: Izidor Vehovar

Rojen: 17.8.1988 v Mariboru

Oče: Boris Vehovar

Mati: Majda Vehovar

Šolanje: 1995—2003 Osnovna šola Črešnjevec pri Slovenski Bistrici

2003—2007 Srednja elektro računalniška šola Maribor

2007— vpis na fakulteto za elektrotehniko, računalništvo in

informatiko, Maribor.

IZJAVA O USTREZNOSTI DIPLOMSKEGA DELA Podpisani mentor Denis Đonlagić izjavljam, da je študent Izidor Vehovar izdelal diplomsko delo z naslovom: Merilnik nivojev tekočin na osnovi spektralne analize akustičnega valovanja v skladu z odobreno temo diplomskega dela, Navodili o pripravi diplomskega dela in mojimi navodili. Datum in kraj: Podpis mentorja: 9. 9. 2010

IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE DIPLOMSKEGA DELA IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV DIPLOMANTOV

Ime in priimek diplomanta-tke: Izidor Vehovar Vpisna številka: E1003387 Študijski program: Elektrotehnika – Avtomatika in Robotika Naslov diplomskega dela: Merilnik nivoja tekočin na osnovi spektralne analize akustičnega

valovanja Mentor: Denis Đonlagić Podpisani-a Izidor Vehovar izjavljam, da sem za potrebe arhiviranja oddal elektronsko verzijo zaključnega dela v Digitalno knjižnico Univerze v Mariboru. Diplomsko delo sem izdelal-a sam-a ob pomoči mentorja. V skladu s 1. odstavkom 21. člena Zakona o avtorskih in sorodnih pravicah (Ur. l. RS, št. 16/2007) dovoljujem, da se zgoraj navedeno zaključno delo objavi na portalu Digitalne knjižnice Univerze v Mariboru. Tiskana verzija diplomskega dela je istovetna elektronski verziji, ki sem jo oddal za objavo v Digitalno knjižnico Univerze v Mariboru. Podpisani izjavljam, da dovoljujem objavo osebnih podatkov vezanih na zaključek študija (ime, priimek, leto in kraj rojstva, datum diplomiranja, naslov diplomskega dela) na spletnih straneh in v publikacijah UM. Datum in kraj: 20. 9. 2010 Podpis diplomanta-tke:

merilnik nivojev tekoČin na osnovi spektralne … · ii diplomsko delo univerzitetnega...

Documents