[發(fā)明專利]一種基于聲波共振頻率的液位測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611081652.8
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN106643982B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫新亞;張元星;徐曉濱;董煒;吉吟東
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學
• 主分類號: G01F23/296
• 分類號: G01F23/296
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

本發(fā)明涉及一種基于聲波共振頻率的液位測量方法，屬于基于聲波反射原理的液位測量領(lǐng)域。該方法包括產(chǎn)生有效的掃頻聲波；采用時域快速共振點檢測算法獲取發(fā)射聲波與液面反射聲波的疊加聲波在時域上的共振點；利用時域與頻域?qū)P(guān)系，求得共振基頻差，進而得到液面深度值。本發(fā)明方法在上述基于低頻聲波的共振原理基礎(chǔ)上，采用時域分析方法確定共振頻率，簡單有效，具有高可靠性和良好的操作性，由于算法對硬件性能沒有過高要求，大大降低了實際應用中的硬件成本，可廣泛應用于聲波液位測量儀。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于聲反射液位測量領(lǐng)域，特別涉及一種基于聲波共振頻率的液位測量方法。

背景技術(shù)

基于聲波反射原理的液位測量方法在許多工業(yè)領(lǐng)域中已經(jīng)得到了廣泛地應用，其中的超聲波測量方法是最常用的方法之一。但是，在實際的工業(yè)應用中，被測液體表面常常會出現(xiàn)泡沫、殘渣和沉積物等異物。當超聲波遇到這些障礙物時，易發(fā)生寄生反射現(xiàn)象，改變傳播路徑，從而嚴重影響測量效果，大大降低超聲波的測量精度。

而低頻聲波波長較長，遇到障礙物時會發(fā)生衍射，即聲波可以繞開障礙物繼續(xù)傳播，避免了寄生反射。Denis Donlagic在文獻《The Use of One-Dimensional AcousticalGas Resonator for Fluid Level Measurements》,IEEE Transactions onInstrumentation and Measurement中，提出了基于低頻聲波的共振原理，從初始共振頻率f₀換算出液位高度。但是，該方法的最大量程取決于f₀，而該頻率的最小值受揚聲器原理、類型、聲源體積和質(zhì)量等因素的限制，一般僅為20Hz。若在標準聲速v＝331.45m/s下進行測量，最大量程也只有8.28m。并且，這也對麥克風的靈敏度提出了較高的要求，而一般麥克風可以感應到的最低音頻為20Hz左右，這些因素都極大的限制了該方法在長距離測量中的應用。

發(fā)明專利《基于固定頻段聲波共振頻率的液位測量方法》(證書號，第912636號)中，改進了Denis Donlagic的方法，通過求共振頻率差的方法求基頻，按此方法可以選用千赫量級聲波段，大大提高了測量靈敏度。該方法采用了頻域分析方法確定共振頻率點。將采集信號進行傅里葉變換，通過對疊加聲波的頻譜濾波得到基頻。但此方法需要較大計算量，實現(xiàn)上對硬件要求較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種基于聲波共振頻率的液位測量方法，采用新的聲波共振頻率時域分析方法，通過將發(fā)射與反射聲波的疊加聲波進行時域上快速處理，最終提取共振頻率差，進而得到液位高度。疊加聲波時域快速處理方法簡單有效，具有高可靠性和良好的操作性，可廣泛應用于聲波液位測量儀。

本發(fā)明提出的一種基于聲波共振頻率的液位測量方法，其特征在于：該方法包括產(chǎn)生有效的掃頻聲波；采用時域快速共振點檢測算法獲取發(fā)射聲波與液面反射聲波的疊加聲波在時域上的共振點；利用時域與頻域?qū)P(guān)系，求得共振基頻差，進而得到液面深度值。

本發(fā)明的特點及有益效果：

本發(fā)明方法在上述基于低頻聲波的共振原理基礎(chǔ)上，采用時域分析方法確定共振頻率，簡單有效，具有高可靠性和良好的操作性，由于算法對硬件性能沒有過高要求，大大降低了實際應用中的硬件成本，可廣泛應用于聲波液位測量儀。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的方法實施例的實現(xiàn)裝置示意圖；

圖2為本發(fā)明的方法實施例的流程框圖；

圖3為本發(fā)明方法實施例的中時域快速共振點檢測算法流程框圖；

圖4為本發(fā)明方法實施例的中疊加聲波波形l＝3.1m；

圖5為本發(fā)明方法實施例的中經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后得到的共振點。

具體實施方式