[發明專利]一種軟包裝液體體積測量裝置與方法

有效

• 申請號: 201410685039.1
• 申請日: 2014-11-25
• 公開（公告）號: CN104568044B
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 呂海峰;冀曉菲;韓彥男;耿彥章;劉海霞
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01F22/00
• 分類號: G01F22/00
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

1.一種采用軟包裝液體體積測量裝置測量軟包裝液體體積的方法，其特征在于：軟包裝液體體積測量裝置包括聲學管道（1）、傳聲器（5）、揚聲器（4）以及聲學管道（1）底部設置的共振腔殼體（2），聲學管道（1）入口端設置揚聲器（4），出口端開口，入口端和出口端都設置有傳聲器（5）；聲學管道底部至少開有一個消聲孔（6）與共振腔殼體（2）連通；

測量方法步驟如下：將被測的軟質包裝放入共振腔內，通過揚聲器產生不同的已知頻率的聲音信號在聲學管道內傳輸；傳聲器拾取聲學管道內的聲音信號，消聲孔和共振腔組成一個彈性振動系統，當聲學管道內的聲波頻率和共振腔振動系統的固有頻率相同時，彈性振動系統就發生共振，此時通過聲學管道的聲波的傳遞損失最大，通過管道入口和出口處的兩只傳聲器可以測量聲波流經管道時的傳遞損失，找到傳遞損失最大值對應的頻率，建立頻率與空腔體積的函數關系，實現對軟質包裝內液體體積的測量；

具體步驟如下：

共振腔消聲器的共振頻率表達式如下:公式(1)，式中：c為聲速；V為共振腔體積；G為傳導率；傳導率G為：公式(2)，式中：d為消聲孔直徑；t為消聲孔厚度；n為消聲孔個數,n≥1；傳遞損失的計算公式為：TL=20log₁₀(P_i/P_t) 公式（3），其中P_i為入口處聲壓的有效值，Pt為出口處聲壓的有效值，TL為傳遞損失；系統的靈敏度s計算公式為：s=(f_imL-f₀) /( n×V’) 公式（4），式中：s為系統的靈敏度；f_imL為系統在注入液體體積為n×V’mL時的傳遞損失最大值頻率；f₀為系統初始狀態時的傳遞損失最大值頻率；n×V’為注入液體體積；

將被測的軟質包裝放入共振腔內，傳聲器與揚聲器安裝在聲學管道上，管道與共振腔殼體通過消聲孔聯通，定義共振腔初始體積為V₀,測試時，n, d ,t確定，共振腔初始共振頻率f₀根據公式（1）、（2）確定；使用時，揚聲器發出頻率范圍為20～2f₀已知頻率的聲音信號；取聲波的頻率步長為5-10Hz，通過管道入口、出口處的傳聲器測量聲壓有效值，通過公式（3）計算出聲波流經該系統后的傳遞損失，從而獲得系統初始狀態時的傳遞損失最大值，該傳遞損失最大值所對應的聲音信號的頻率為f₀，由公式（1）獲得該頻率f₀與共振腔體積V₀的關系，此時被測液體的體積為0；

向軟質包裝袋內注入體積為V’的液體，通過揚聲器發出聲波，取聲波的頻率步長為V’Hz，通過管道入口、出口處的傳聲器測量聲波流經該系統后的傳遞損失；

向軟質包裝袋內不斷注入整數n倍體積V’的液體，通過揚聲器發出聲波，取聲波的頻率步長為V’Hz，通過管道入口、出口處的傳聲器測量聲波流經該系統后的傳遞損失，分別得到系統在注入液體體積為n×V’mL時的傳遞損失最大值頻率f_imL，i=1×V’,2×V’,3×V’,……n×V’，n為整數，n×V’≤V₀；當液體體積逐漸增加時，測得系統的傳遞損失；

根據傳遞損失最大值頻率f_imL，i=1×V’,2×V’,3×V’,……n×V’，n為整數，n×V’≤V₀與對應的軟包裝內液體的體積，繪制的函數關系；

使用公式（4），計算該系統的靈敏度s，即當頻率偏移1Hz時，體積變化的ml量；

當軟包裝內液體體積未知時，測量系統在該狀態傳遞損失最大值對應的頻率，然后除以系統的靈敏度s，即可得到被測軟包裝內液體的體積。