[發明專利]磁性液體演示儀及其控制方法

有效

• 申請號: 201710655895.6
• 申請日: 2017-08-03
• 公開（公告）號: CN107316546B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 謝磊;廖昌榮;肖允恒;壽夢杰;王林飛;李佩
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G09B23/18
• 分類號: G09B23/18
• 代理公司: 重慶信航知識產權代理有限公司 50218
• 代理人: 鐘繼蓮

本發明公開了一種磁性液體演示儀及其控制方法，控制方法包括以下步驟：S1.確定最大勵磁電流時長；S2.對輸入音頻信號進行加窗分幀處理，形成主旋律強度值序列；S3.根據所述主旋律強度值序列得到勵磁電流時長序列；S4.根據所述勵磁電流時長序列實時控制演示儀的電磁線圈響應；演示儀包括用于容納磁性液體的透明容器、沿環形或直線分布的用于對磁性液體施加磁場的多個電磁線圈、用于對所述電磁線圈進行控制的音樂處理與勵磁電路控制單元以及用于對起伏時的磁性液體進行照射的照明單元；本發明的磁性液體演示儀及其控制方法能夠建立輸入音頻信號與磁性液體相變形態的直觀聯系，以實現磁性液體的良好演示效果。

技術領域

本發明涉及一種磁性液體演示儀領域，尤其涉及一種磁性液體演示儀及其控制方法。

背景技術

磁性液體在外加磁場作用下，納米磁性顆粒沿著磁場方向形成有序排列，宏觀上表現出山狀結構形貌。磁性液體演示的科學性主要體現在磁場激勵下其快速的液-固相變行為，而欣賞性主要體現在磁場激勵下其奇妙的起伏形貌，即山狀結構的律動起伏高度。但是，磁性液體在磁場下的律動起伏高度不只與磁場強度有關，還與磁場的施加時長——即與勵磁電流的施加時長有關。這是因為，山狀結構在磁性力作用下的上升和下降行為實質是一個運動過程，必然需要時間。當施加磁場強度越大、電磁線圈通電時間越長時，磁性液體的起伏高度越高；反之，磁場強度越小、通電時間越短時，起伏高度越低。需要指出的是，受演示區高度限制，磁性液體的最大起伏高度也受到限制。從欣賞性角度，這種山狀結構在演示區內必須呈現一定時間，才能體現出最佳欣賞性，實現良好的藝術展示和科普效果。因此，通過控制勵磁電流時長可以控制磁性液體山狀結構的起伏高度，并且實現山狀結構保持盡可能長的時間，從而達到最佳的演示效果。

一首音樂中引起人類心理反應的關鍵信息在于它的主旋律，主旋律也是一首音樂的核心節拍。不同于整首音樂信號快速復雜的變化，主旋律在時域上變化較緩慢。相反，如果磁性液體的液-固相變響應頻率太快，人類無法直觀地觀察到其與音樂的對應關系。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種能夠建立輸入音頻信號與磁性液體相變形態的直觀聯系，以實現磁性液體良好演示效果的磁性液體演示儀及其控制方法。

本發明的磁性液體演示儀的控制方法，包括以下步驟：S1.根據磁性液體演示儀的勵磁電流大小和磁性液體的最大起伏高度確定最大勵磁電流時長；S2.對輸入音頻信號進行加窗分幀處理，將各分幀窗內的短時平均能量順序排列形成主旋律強度值序列；S3.將所述主旋律強度值序列相對其最大強度值進行歸一化處理，再與所述最大勵磁電流時長相乘，得到與所述主旋律強度值序列一一映射的勵磁電流時長序列；S4.根據所述勵磁電流時長序列實時控制演示儀的電磁線圈順序響應或隨機響應；

進一步，步驟S2中，所述分幀窗的時長應當大于或等于所述最大勵磁電流時長；

進一步，步驟S4中，在所述電磁線圈響應的同時，利用光線同步照射該線圈所對應的磁性液體；

進一步，步驟S4中，在所述電磁線圈相應的同時，利用音響同步播放所述輸入音頻信號；

本發明還公開了一種通過麥克風輸入音頻信號的磁性液體演示儀的控制方法，包括以下步驟：S1.根據磁性液體演示儀的勵磁電流大小和磁性液體的最大起伏高度確定最大勵磁電流時長；統計麥克風輸入音頻信號的平均最大聲音強度；S2.對麥克風輸入的音頻信號進行加窗分幀處理，將各分幀窗內的短時平均能量順序排列形成聲音強度值序列；S3.將所述聲音強度值序列相對所述平均最大聲音強度進行歸一化處理，再與所述最大勵磁電流時長相乘，建立其與所述聲音強度值序列一一映射的勵磁電流時長序列；S4.根據所述勵磁電流時長序列實時控制演示儀的電磁線圈順序響應或隨機響應；S5.重復步驟S2-S4，直至所述麥克風關閉。

進一步，步驟S3中，在進行所述歸一化處理時，若某一聲音強度值大于所述最大聲音強度，令其等于最大聲音強度；