[發(fā)明專利]一種液體體積測(cè)量系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710026721.3
• 申請(qǐng)日: 2017-01-14
• 公開（公告）號(hào): CN106706063B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郝麗梅;閆小樂;龐紹芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01F22/00
• 分類號(hào): G01F22/00
• 代理公司: 西安銘澤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61223
• 代理人: 潘宏偉

1.一種液體體積測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括波導(dǎo)管，所述波導(dǎo)管兩端分別安裝有平面波揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)，所述波導(dǎo)管內(nèi)部還通過海綿安裝有單開孔空心球，所述單開孔空心球表面具有一個(gè)圓孔；所述平面波揚(yáng)聲器的輸入端與功率放大器的輸出端連接，所述功率放大器的輸入端與波形發(fā)生器的輸出端連接，所述波形發(fā)生器的輸入端連接至計(jì)算機(jī)的USB接口，所述麥克風(fēng)的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡的輸入端連接，所述數(shù)據(jù)采集卡的輸出端連接至所述計(jì)算機(jī)的另一USB接口；

所述計(jì)算機(jī)包括信號(hào)發(fā)生模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；

所述信號(hào)發(fā)生模塊用于產(chǎn)生最小的掃描頻率點(diǎn)指令數(shù)據(jù)幀，并將該掃描頻率點(diǎn)指令數(shù)據(jù)幀通過USB接口發(fā)送至所述波形發(fā)生器，所述波形發(fā)生器接收到該掃描頻率點(diǎn)指令數(shù)據(jù)幀后提取掃描頻率點(diǎn)指令數(shù)據(jù)幀中的掃描頻率數(shù)據(jù)，以該掃描頻率數(shù)據(jù)產(chǎn)生正弦波信號(hào)；并將該正弦波信號(hào)輸入到所述功率放大器，所述功率放大器使用放大后的信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述平面波揚(yáng)聲器發(fā)聲；

所述數(shù)據(jù)處理模塊用于通過所述計(jì)算機(jī)的USB接口向所述數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令幀，所述數(shù)據(jù)采集卡接收到該數(shù)據(jù)采集指令幀后以默認(rèn)采樣頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；所述數(shù)據(jù)采集卡將獲取的數(shù)據(jù)通過USB接口傳輸?shù)剿鰯?shù)據(jù)處理模塊，所述數(shù)據(jù)處理模塊將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存；所述數(shù)據(jù)處理模塊依次調(diào)出掃描頻率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的采集數(shù)據(jù)，并從中找出各頻率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最大值，然后在這些最大值中查找出最小值，該最小值所對(duì)應(yīng)的掃描頻率點(diǎn)即為諧振頻率，將諧振頻率帶入公式算出液體體積；

其中，C_A為所述單開孔空心球內(nèi)部空氣和液體的聲容，V為所述單開孔空心球的內(nèi)部體積，ρ為待測(cè)液體的密度，c為待測(cè)液體中的聲速，V_y為待測(cè)液體的體積，ρ₀為空氣密度，c₀為空氣中的聲速，考慮所述單開孔空心球表面的圓孔兩端修正的情況，所述圓孔的有效長(zhǎng)度為：

其中，R_o為所述單開孔空心球110的外徑，a為所述圓孔的半徑，R_i為所述單開孔空心球的內(nèi)徑，所述圓孔的聲感為：

根據(jù)諧振電路規(guī)律，所述單開孔空心球的諧振頻率為：

將式(1)和(3)帶入式(4)，可得所述單開孔空心球中液體體積與諧振頻率的關(guān)系：

在其他參數(shù)已知的情況下，通過測(cè)定諧振頻率，通過式(5)即可獲得所述單開孔空心球內(nèi)的液體體積。

2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述波導(dǎo)管的測(cè)試頻段為1500-6000Hz。

3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述波導(dǎo)管安裝所述麥克風(fēng)的端面上具有完全匹配層，所述完全匹配層由五層厚度為10mm的海綿重疊形成。

4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)生模塊按照設(shè)定步進(jìn)頻率更改掃描頻率，直至完成設(shè)定的掃描頻率范圍，然后所述信號(hào)發(fā)生模塊向所述波形發(fā)生器發(fā)送停止發(fā)聲指令幀，所述波形發(fā)生器接收到該停止發(fā)聲指令幀后停止產(chǎn)生正弦波信號(hào)。

5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述波形發(fā)生器接收到掃描頻率點(diǎn)指令數(shù)據(jù)幀后進(jìn)行CRC校驗(yàn)，如果有誤則向所述計(jì)算機(jī)發(fā)送錯(cuò)誤數(shù)據(jù)幀，如果無誤，則所述波形發(fā)生器提取掃描頻率點(diǎn)指令數(shù)據(jù)幀中的掃描頻率數(shù)據(jù)，以該掃描頻率數(shù)據(jù)產(chǎn)生正弦波信號(hào)；

所述波形發(fā)生器接收到停止發(fā)聲指令幀后進(jìn)行CRC校驗(yàn)，如果有誤則向所述計(jì)算機(jī)發(fā)送錯(cuò)誤數(shù)據(jù)幀，如果無誤，則所述波形發(fā)生器停止產(chǎn)生正弦波信號(hào)。

6.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述信號(hào)發(fā)生模塊完成設(shè)定的掃描頻率范圍后，所述數(shù)據(jù)處理模塊向所述數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送停止采集指令幀，所述數(shù)據(jù)采集卡接收到該停止采集指令幀后停止數(shù)據(jù)采集。

7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集卡接收到數(shù)據(jù)采集指令幀后進(jìn)行CRC校驗(yàn)，如果有誤則向所述計(jì)算機(jī)發(fā)送錯(cuò)誤數(shù)據(jù)幀，如果無誤，則所述數(shù)據(jù)采集卡以默認(rèn)采樣頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；

所述數(shù)據(jù)采集卡接收到該停止采集指令幀后進(jìn)行CRC校驗(yàn)，如果有誤則向所述計(jì)算機(jī)發(fā)送錯(cuò)誤數(shù)據(jù)幀，如果無誤，則所述數(shù)據(jù)采集卡停止數(shù)據(jù)采集。