一种液体体积测量系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种液体体积测量系统及方法，涉及液体体积测量技术领域，在波导管中安装一个单开孔空心球，将待测液体通过圆孔注入单开孔空心球内部后，通过测量谐振频率即可计算得到待测液体的体积，采用了模块化的设计，结构简单，设计新颖合理，实现方便，可以有效提高液体体积测量的可靠性；同时可以测量多个不同液体体积，降低了检测成本，减少了工作人员的劳动强度，提高了检测效率，且能获得更加准确的检测数据；还适合于各种液体体积测量，实用性强，推广应用价值高。

Liquid volume measuring system and method

The invention provides a liquid volume measuring system and method, relates to a liquid volume measurement in waveguide technology, the installation of a single hole hollow ball, the liquid to be measured through the hole into a single hole hollow ball inside, to measure the volume of liquid can be calculated by measuring the resonant frequency, the design and the modular structure is simple, novel and reasonable design, easy implementation, can effectively improve the reliability of liquid volume measurement; at the same time can measure a plurality of different liquid volume, reduce the detection cost, reduce staff labor intensity, improve the detection efficiency, and can obtain more accurate detection data; and is also suitable for various the liquid volume measurement, strong practicability, high application value.

【技术实现步骤摘要】
一种液体体积测量系统及方法
本专利技术涉及液体体积测量
，特别涉及一种液体体积测量系统及方法。
技术介绍
近年来，随着工业以及实验室对液体体积计量设备日益增长的需要，新的技术被不断开发出来。例如，申请日为2010年1月14日，申请号为201010031354.4的中国专利技术专利公开了一种微量液体体积测量的方法及装置，利用微量液体的导电性测量液体的体积，其特征是液体必须以一定速度流过测量装置。但是对于不导电的液体，需要额外添加导电离子，增加使用难度，并且容易造成试样的失效。申请日为2015年4月24日，申请号为201520255520.7的中国专利技术专利公开了一种基于CCD线阵液体体积测量装置，通过液体光学成像的尺寸测量从而获得液体的体积值，其液体体积测量精度受限于光学调焦精度以及CCD线阵的分辨率。2016年4月出版的《包装工程》中的“软包装液体体积测量技术”一文中，吕海峰等人提出了一种基于Helmholtz共振器理论的声学装置实现液体体积的测量，该装置仅适用于液体的软包装领域。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种液体体积测量系统及方法，用以解决现有技术中存在的问题。一种液体体积测量系统，包括波导管，所述波导管两端分别安装有平面波扬声器和麦克风，所述波导管内部还安装有单开孔空心球，所述单开孔空心球表面具有一个圆孔；所述平面波扬声器的输入端与功率放大器的输出端连接，所述功率放大器的输入端与波形发生器的输出端连接，所述波形发生器的输入端连接至计算机的USB接口，所述麦克风的输出端与数据采集卡的输入端连接，所述数据采集卡的输出端连接至所述计算机的另一USB接口；所述计算机包括信号发生模块和数据处理模块；所述信号发生模块用于产生最小的扫描频率点指令数据帧，并将该扫描频率点指令数据帧通过USB接口发送至所述波形发生器，所述波形发生器接收到该扫描频率点指令数据帧后提取扫描频率点指令数据帧中的扫描频率数据，以该扫描频率数据产生正弦波信号；并将该正弦波信号输入到所述功率放大器，所述功率放大器使用放大后的信号驱动所述平面波扬声器发声；所述数据处理模块用于通过所述计算机的USB接口向所述数据采集卡发送数据采集指令帧，所述数据采集卡接收到该数据采集指令帧后以默认采样频率进行数据采集；所述数据采集卡将获取的数据通过USB接口传输到所述数据处理模块，所述数据处理模块将采集到的数据进行保存；所述数据处理模块依次调出扫描频率点对应的采集数据，并从中找出各频率点对应的最大值，然后在这些最大值中查找出最小值，该最小值所对应的扫描频率点即为谐振频率，将谐振频率带入公式算出液体体积；其中，CA为所述单开孔空心球内部空气和液体的声容，V为所述单开孔空心球的内部体积，ρ为待测液体的密度，c为待测液体中的声速，Vy为待测液体的体积，ρ0为空气密度，c0为空气中的声速，考虑所述单开孔空心球表面的圆孔两端修正的情况，所述圆孔的有效长度为：其中，Ro为所述单开孔空心球110的外径，a为所述圆孔的半径，Ri为所述单开孔空心球的内径，所述圆孔的声感为：根据谐振电路规律，所述单开孔空心球的谐振频率为：将式(1)和(3)带入式(4)，可得所述单开孔空心球中液体体积与谐振频率的关系：在其他参数已知的情况下，通过测定谐振频率，通过式(5)即可获得所述单开孔空心球内的液体体积。优选地，所述波导管的测试频段为1500-6000Hz，所述单开孔空心球首先嵌入海绵中，然后海绵安装在所述波导管中。优选地，所述波导管安装所述麦克风的端面上具有完全匹配层，所述完全匹配层由五层厚度为10mm的海绵重叠形成。优选地，所述信号发生模块按照设定步进频率更改扫描频率，直至完成设定的扫描频率范围，然后所述信号发生模块向所述波形发生器发送停止发声指令帧，所述波形发生器接收到该停止发声指令帧后停止产生正弦波信号。优选地，所述波形发生器接收到扫描频率点指令数据帧后进行CRC校验，如果有误则向所述计算机发送错误数据帧，如果无误，则所述波形发生器提取扫描频率点指令数据帧中的扫描频率数据，以该扫描频率数据产生正弦波信号；所述波形发生器接收到停止发声指令帧后进行CRC校验，如果有误则向所述计算机发送错误数据帧，如果无误，则所述波形发生器停止产生正弦波信号。优选地，在所述信号发生模块完成设定的扫描频率范围后，所述数据处理模块向所述数据采集卡发送停止采集指令帧，所述数据采集卡接收到该停止采集指令帧后停止数据采集。优选地，所述数据采集卡接收到数据采集指令帧后进行CRC校验，如果有误则向所述计算机发送错误数据帧，如果无误，则所述数据采集卡以默认采样频率进行数据采集；所述数据采集卡接收到该停止采集指令帧后进行CRC校验，如果有误则向所述计算机发送错误数据帧，如果无误，则所述数据采集卡停止数据采集。本专利技术还提供了一种液体体积测量方法，包括：使用注射器将待测液体通过单开孔空心球表面的圆孔注入单开孔空心球内部，在圆柱形的海绵中挖出一个与所述单开孔空心球大小相同的孔洞，将所述单开孔空心球嵌入所述孔洞中，然后将海绵放置在波导管内部中间位置；在所述波导管的两端分别安装麦克风和平面波扬声器，所述平面波扬声器的输入端与功率放大器的输出端连接，所述功率放大器的输入端与波形发生器的输出端连接，所述波形发生器的输入端连接至计算机的USB接口，所述麦克风的输出端与数据采集卡的输入端连接，所述数据采集卡的输出端连接至所述计算机的另一USB接口；所述计算机的信号发生模块产生最小的扫描频率点指令数据帧，并将该扫描频率点指令数据帧通过USB接口发送至所述波形发生器，所述波形发生器接收到该扫描频率点指令数据帧后提取扫描频率点指令数据帧中的扫描频率数据，以该扫描频率数据产生正弦波信号；并将该正弦波信号输入到所述功率放大器，所述功率放大器使用放大后的信号驱动所述平面波扬声器发声；所述计算机的数据处理模块通过所述计算机的USB接口向所述数据采集卡发送数据采集指令帧，所述数据采集卡接收到该数据采集指令帧后以默认采样频率进行数据采集；所述数据采集卡将获取的数据通过USB接口传输到所述数据处理模块，所述数据处理模块将采集到的数据进行保存；所述数据处理模块依次调出扫描频率点对应的采集数据，并从中找出各频率点对应的最大值，然后在这些最大值中查找出最小值，该最小值所对应的扫描频率点即为谐振频率，将谐振频率带入公式算出液体体积；所述数据处理模块的具体处理过程为：其中，CA为所述单开孔空心球内部空气和液体的声容，V为所述单开孔空心球的内部体积，ρ为待测液体的密度，c为待测液体中的声速，Vy为待测液体的体积，ρ0为空气密度，c0为空气中的声速，考虑所述单开孔空心球表面的圆孔两端修正的情况，所述圆孔的有效长度为：其中，Ro为所述单开孔空心球110的外径，a为所述圆孔的半径，Ri为所述单开孔空心球的内径，所述圆孔的声感为：根据谐振电路规律，所述单开孔空心球的谐振频率为：将式(6)和(8)带入式(9)，可得所述单开孔空心球中液体体积与谐振频率的关系：在其他参数已知的情况下，通过测定谐振频率，通过式(10)即可获得所述单开孔空心球内的液体体积。优选地，所述波形发生器接收到扫描频率点指令数据帧后进行CRC校验，如果有误则向所述计算机发送错误数据帧，如果无误，则所述波形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液体体积测量系统，其特征在于，包括波导管，所述波导管两端分别安装有平面波扬声器和麦克风，所述波导管内部还安装有单开孔空心球，所述单开孔空心球表面具有一个圆孔；所述平面波扬声器的输入端与功率放大器的输出端连接，所述功率放大器的输入端与波形发生器的输出端连接，所述波形发生器的输入端连接至计算机的USB接口，所述麦克风的输出端与数据采集卡的输入端连接，所述数据采集卡的输出端连接至所述计算机的另一USB接口；所述计算机包括信号发生模块和数据处理模块；所述信号发生模块用于产生最小的扫描频率点指令数据帧，并将该扫描频率点指令数据帧通过USB接口发送至所述波形发生器，所述波形发生器接收到该扫描频率点指令数据帧后提取扫描频率点指令数据帧中的扫描频率数据，以该扫描频率数据产生正弦波信号；并将该正弦波信号输入到所述功率放大器，所述功率放大器使用放大后的信号驱动所述平面波扬声器发声；所述数据处理模块用于通过所述计算机的USB接口向所述数据采集卡发送数据采集指令帧，所述数据采集卡接收到该数据采集指令帧后以默认采样频率进行数据采集；所述数据采集卡将获取的数据通过USB接口传输到所述数据处理模块，所述数据处理模块将采集到的数据进行保存；所述数据处理模块依次调出扫描频率点对应的采集数据，并从中找出各频率点对应的最大值，然后在这些最大值中查找出最小值，该最小值所对应的扫描频率点即为谐振频率，将谐振频率带入公式算出液体体积；...

【技术特征摘要】
1.一种液体体积测量系统，其特征在于，包括波导管，所述波导管两端分别安装有平面波扬声器和麦克风，所述波导管内部还安装有单开孔空心球，所述单开孔空心球表面具有一个圆孔；所述平面波扬声器的输入端与功率放大器的输出端连接，所述功率放大器的输入端与波形发生器的输出端连接，所述波形发生器的输入端连接至计算机的USB接口，所述麦克风的输出端与数据采集卡的输入端连接，所述数据采集卡的输出端连接至所述计算机的另一USB接口；所述计算机包括信号发生模块和数据处理模块；所述信号发生模块用于产生最小的扫描频率点指令数据帧，并将该扫描频率点指令数据帧通过USB接口发送至所述波形发生器，所述波形发生器接收到该扫描频率点指令数据帧后提取扫描频率点指令数据帧中的扫描频率数据，以该扫描频率数据产生正弦波信号；并将该正弦波信号输入到所述功率放大器，所述功率放大器使用放大后的信号驱动所述平面波扬声器发声；所述数据处理模块用于通过所述计算机的USB接口向所述数据采集卡发送数据采集指令帧，所述数据采集卡接收到该数据采集指令帧后以默认采样频率进行数据采集；所述数据采集卡将获取的数据通过USB接口传输到所述数据处理模块，所述数据处理模块将采集到的数据进行保存；所述数据处理模块依次调出扫描频率点对应的采集数据，并从中找出各频率点对应的最大值，然后在这些最大值中查找出最小值，该最小值所对应的扫描频率点即为谐振频率，将谐振频率带入公式算出液体体积；其中，CA为所述单开孔空心球内部空气和液体的声容，V为所述单开孔空心球的内部体积，ρ为待测液体的密度，c为待测液体中的声速，Vy为待测液体的体积，ρ0为空气密度，c0为空气中的声速，考虑所述单开孔空心球表面的圆孔两端修正的情况，所述圆孔的有效长度为：其中，Ro为所述单开孔空心球110的外径，a为所述圆孔的半径，Ri为所述单开孔空心球的内径，所述圆孔的声感为：根据谐振电路规律，所述单开孔空心球的谐振频率为：将式(1)和(3)带入式(4)，可得所述单开孔空心球中液体体积与谐振频率的关系：在其他参数已知的情况下，通过测定谐振频率，通过式(5)即可获得所述单开孔空心球内的液体体积。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述波导管的测试频段为1500-6000Hz，所述单开孔空心球首先嵌入海绵中，然后海绵安装在所述波导管中。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述波导管安装所述麦克风的端面上具有完全匹配层，所述完全匹配层由五层厚度为10mm的海绵重叠形成。4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号发生模块按照设定步进频率更改扫描频率，直至完成设定的扫描频率范围，然后所述信号发生模块向所述波形发生器发送停止发声指令帧，所述波形发生器接收到该停止发声指令帧后停止产生正弦波信号。5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述波形发生器接收到扫描频率点指令数据帧后进行CRC校验，如果有误则向所述计算机发送错误数据帧，如果无误，则所述波形发生器提取扫描频率点指令数据帧中的扫描频率数据，以该扫描频率数据产生正弦波信号；所述波形发生器接收到停止发声指令帧后进行CRC校验，如果有误则向所述计算机发送错误数据帧，如果无误，则所述波形发生器停止产生正弦波信号。6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，在所述信号发生模块完成设定的扫描频率范围后，所述数据处理模块向所述数据采集卡发送停止采集指令帧，所述数据采集卡接收到该停止采集指令帧后停止数据采集。7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述数据采集卡接收到数据采集指令帧后进行CRC校验，如果有误则向所述计算机发送错误数据帧，如果无误，则...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝丽梅，闫小乐，庞绍芳，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61