磁性液体演示仪及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种磁性液体演示仪及其控制方法，控制方法包括以下步骤：S1.确定最大励磁电流时长；S2.对输入音频信号进行加窗分帧处理，形成主旋律强度值序列；S3.根据所述主旋律强度值序列得到励磁电流时长序列；S4.根据所述励磁电流时长序列实时控制演示仪的电磁线圈响应；演示仪包括用于容纳磁性液体的透明容器、沿环形或直线分布的用于对磁性液体施加磁场的多个电磁线圈、用于对所述电磁线圈进行控制的音乐处理与励磁电路控制单元以及用于对起伏时的磁性液体进行照射的照明单元；本发明专利技术的磁性液体演示仪及其控制方法能够建立输入音频信号与磁性液体相变形态的直观联系，以实现磁性液体的良好演示效果。

Magnetic liquid demonstrator and its control method

The invention discloses a magnetic liquid demonstration device and its control method, control method comprises the following steps: S1. determine the maximum excitation current length; S2. of the input audio signal framing processing, forming the main melody strength value sequence; S3. according to the main melody intensity sequence excitation current long sequence; according to the response of the S4. electromagnetic coil excitation current when a long sequence of real-time control demonstration instrument; demonstration instrument includes a transparent container, containing magnetic liquid along the circular or linear distribution for a plurality of electromagnetic coil, magnetic field of the magnetic fluid is used to control the solenoid coil in the music processing and the excitation circuit control unit and the lighting unit for irradiation of the magnetic fluid fluctuation when the input audio signal can be established; magnetic liquid demonstration instrument of the invention and its control method Intuitive relation with the phase change of magnetic fluid to achieve good demonstration effect of magnetic fluid.

【技术实现步骤摘要】
磁性液体演示仪及其控制方法
本专利技术涉及一种磁性液体演示仪领域，尤其涉及一种磁性液体演示仪及其控制方法。
技术介绍
磁性液体在外加磁场作用下，纳米磁性颗粒沿着磁场方向形成有序排列，宏观上表现出山状结构形貌。磁性液体演示的科学性主要体现在磁场激励下其快速的液-固相变行为，而欣赏性主要体现在磁场激励下其奇妙的起伏形貌，即山状结构的律动起伏高度。但是，磁性液体在磁场下的律动起伏高度不只与磁场强度有关，还与磁场的施加时长——即与励磁电流的施加时长有关。这是因为，山状结构在磁性力作用下的上升和下降行为实质是一个运动过程，必然需要时间。当施加磁场强度越大、电磁线圈通电时间越长时，磁性液体的起伏高度越高；反之，磁场强度越小、通电时间越短时，起伏高度越低。需要指出的是，受演示区高度限制，磁性液体的最大起伏高度也受到限制。从欣赏性角度，这种山状结构在演示区内必须呈现一定时间，才能体现出最佳欣赏性，实现良好的艺术展示和科普效果。因此，通过控制励磁电流时长可以控制磁性液体山状结构的起伏高度，并且实现山状结构保持尽可能长的时间，从而达到最佳的演示效果。一首音乐中引起人类心理反应的关键信息在于它的主旋律，主旋律也是一首音乐的核心节拍。不同于整首音乐信号快速复杂的变化，主旋律在时域上变化较缓慢。相反，如果磁性液体的液-固相变响应频率太快，人类无法直观地观察到其与音乐的对应关系。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种能够建立输入音频信号与磁性液体相变形态的直观联系，以实现磁性液体良好演示效果的磁性液体演示仪及其控制方法。本专利技术的磁性液体演示仪的控制方法，包括以下步骤：S1.根据磁性液体演示仪的励磁电流大小和磁性液体的最大起伏高度确定最大励磁电流时长；S2.对输入音频信号进行加窗分帧处理，将各分帧窗内的短时平均能量顺序排列形成主旋律强度值序列；S3.将所述主旋律强度值序列相对其最大强度值进行归一化处理，再与所述最大励磁电流时长相乘，得到与所述主旋律强度值序列一一映射的励磁电流时长序列；S4.根据所述励磁电流时长序列实时控制演示仪的电磁线圈顺序响应或随机响应；进一步，步骤S2中，所述分帧窗的时长应当大于或等于所述最大励磁电流时长；进一步，步骤S4中，在所述电磁线圈响应的同时，利用光线同步照射该线圈所对应的磁性液体；进一步，步骤S4中，在所述电磁线圈相应的同时，利用音响同步播放所述输入音频信号；本专利技术还公开了一种通过麦克风输入音频信号的磁性液体演示仪的控制方法，包括以下步骤：S1.根据磁性液体演示仪的励磁电流大小和磁性液体的最大起伏高度确定最大励磁电流时长；统计麦克风输入音频信号的平均最大声音强度；S2.对麦克风输入的音频信号进行加窗分帧处理，将各分帧窗内的短时平均能量顺序排列形成声音强度值序列；S3.将所述声音强度值序列相对所述平均最大声音强度进行归一化处理，再与所述最大励磁电流时长相乘，建立其与所述声音强度值序列一一映射的励磁电流时长序列；S4.根据所述励磁电流时长序列实时控制演示仪的电磁线圈顺序响应或随机响应；S5.重复步骤S2-S4，直至所述麦克风关闭。进一步，步骤S3中，在进行所述归一化处理时，若某一声音强度值大于所述最大声音强度，令其等于最大声音强度；本专利技术还公开了一种通过通用接口输入音频信号的磁性液体演示仪的控制方法，包括以下步骤：S1.根据磁性液体演示仪的励磁电流大小和磁性液体的最大起伏高度确定最大励磁电流时长；S2.对通用接口输入的音频信号进行加窗分帧处理，将各分帧窗内的短时平均能量顺序排列形成声音强度值序列；S3.设定励磁电流时长系数，并将该系数与声音强度值序列的每个强度值相乘,建立与所述声音强度值序列一一映射的励磁电流时长序列；S4.根据所述励磁电流时长序列实时控制演示仪的电磁线圈顺序响应或随机响应；S5.重复步骤S2-S4，直至通过所述通用接口音频输入中断；进一步，步骤S3中，若某强度值乘以所述时长系数后大于最大励磁电流时长的，令其等于最大励磁电流时长；本专利技术还公开了一种磁性液体演示仪，包括用于容纳磁性液体的透明容器、沿环形或直线分布的用于对磁性液体施加磁场的多个电磁线圈、用于对所述电磁线圈进行控制的音乐处理与励磁电路控制单元以及用于对起伏时的磁性液体进行照射的照明单元；所述音乐处理与励磁电路控制单元采用上述任一控制方法对所述电磁线圈进行控制；本专利技术的磁性液体演示仪，还包括导磁回路；所述导磁回路包括位于透明容器底部与所述电磁线圈一一对应的导磁凸台、沿竖直方向穿过所述透明容器的中央导磁支柱、连接所述中央导磁支柱上端与电磁线圈上端的上导磁体以及连接所述中央导磁支柱下端与导磁凸台下端的下导磁体。本专利技术的有益效果是：本专利技术的磁性液体演示仪的控制方法，通过提取输入音频(可为系统内嵌音乐、麦克风输入或通用接口输入的音频)的强度值序列的方式对磁性液体演示仪的输入音频信号进行处理，并根据提取出的强度值序列结合磁性液体演示仪演示区的大小控制多个电磁线圈作出响应，更能让观众直观地发现磁性液体的响应与输入音频的同步对应关系，从而避免现有的磁性液体在响应输入音频的整个频率时，磁性液体起伏杂乱，演示效果较差的缺点。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本实施例中，通过内嵌音乐输入音频信号的磁性液体演示仪的控制方法流程图；图2为本实施例中，通过麦克风输入音频信号的磁性液体演示仪的控制方法流程图；图3为本实施例中，通过通用接口输入音频信号的磁性液体演示仪的控制方法流程图；图4为本实施例中，磁性液体演示仪的总体控制方法流程图；图5为本实施例的磁性液体演示仪的结构示意图。具体实施方式实施例一：图1为本实施例中，通过内嵌音乐输入音频信号的磁性液体演示仪的控制方法流程图；如图所示：本实施例的磁性液体演示仪的控制方法，包括以下步骤：S1.根据磁性液体演示仪的励磁电流大小和磁性液体的最大起伏高度确定最大励磁电流时长；在励磁电流大小、演示区高度确定的情况下，对于一种确定的磁性液体，通过实验确定对应其山状结构的最大起伏高度——即等于演示区高度——的励磁时长，也即本专利技术所述最大励磁电流时长。S2.对输入音频信号进行加窗分帧处理，此窗口时长大于或等于所确定的最大励磁电流时长，从而避免主旋律分帧周期可能大于最大励磁时长、导致磁性液体响应滞后主旋律的问题；然后将各分帧窗内的短时平均能量顺序排列形成主旋律强度值序列，该步骤中，将各窗口内的短时平均能量作为该窗口的主旋律强度值，最后将所有强度值组成序列，即得到音乐的主旋律。S3.从主旋律强度值序列中寻找出该音乐的最大强度值，并令其励磁电流时长等于最大励磁电流时长，也即此最大主旋律强度值对应磁性液体山状结构的最大起伏高度；将所述主旋律强度值序列相对其最大强度值进行归一化处理，再与所述最大励磁电流时长相乘，得到与所述主旋律强度值序列一一映射的励磁电流时长序列；S4.根据所述励磁电流时长序列实时控制演示仪的电磁线圈顺序响应或随机响应；在此步骤中，将所述励磁电流时长序列发送到驱动电路，由控制器同时、随机或循环选通多个电磁线圈，通过导磁回路将对应梯度磁场施加在磁性液体演示仪的演示区；与此同时，控制器控制音乐播放器同步播放音乐文件，并由音响输出给现场观众；与此同时，控制器同步选通与通电的电磁线圈位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性液体演示仪的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.根据磁性液体演示仪的励磁电流大小和磁性液体的最大起伏高度确定最大励磁电流时长；S2.对输入音频信号进行加窗分帧处理，将各分帧窗内的短时平均能量顺序排列形成主旋律强度值序列；S3.将所述主旋律强度值序列相对其最大强度值进行归一化处理，再与所述最大励磁电流时长相乘，得到与所述主旋律强度值序列一一映射的励磁电流时长序列；S4.根据所述励磁电流时长序列实时控制演示仪的电磁线圈顺序响应或随机响应。

【技术特征摘要】
1.一种磁性液体演示仪的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.根据磁性液体演示仪的励磁电流大小和磁性液体的最大起伏高度确定最大励磁电流时长；S2.对输入音频信号进行加窗分帧处理，将各分帧窗内的短时平均能量顺序排列形成主旋律强度值序列；S3.将所述主旋律强度值序列相对其最大强度值进行归一化处理，再与所述最大励磁电流时长相乘，得到与所述主旋律强度值序列一一映射的励磁电流时长序列；S4.根据所述励磁电流时长序列实时控制演示仪的电磁线圈顺序响应或随机响应。2.根据权利要求1所述的磁性液体演示仪的控制方法，其特征在于：步骤S2中，所述分帧窗的时长应大于或等于所述最大励磁电流时长。3.根据权利要求1所述的磁性液体演示仪的控制方法，其特征在于：步骤S4中，在所述电磁线圈响应的同时，利用灯光同步照射该线圈所对应的磁性液体。4.根据权利要求1所述的磁性液体演示仪的控制方法，其特征在于：步骤S4中，在所述电磁线圈响应的同时，利用音响同步播放所述输入音频信号。5.一种通过麦克风输入音频信号的磁性液体演示仪的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.根据磁性液体演示仪的励磁电流大小和磁性液体的最大起伏高度确定最大励磁电流时长；统计麦克风输入音频信号的平均最大声音强度；S2.对麦克风输入的音频信号进行加窗分帧处理，将各分帧窗内的短时平均能量顺序排列形成声音强度值序列；S3.将所述声音强度值序列相对所述平均最大声音强度进行归一化处理，再与所述最大励磁电流时长相乘，建立与所述声音强度值序列一一映射的励磁电流时长序列；S4.根据所述励磁电流时长序列实时控制演示仪的电磁线圈顺序响应或随机响应；S5.将所述麦克风输入原始音频信号进行缓存，并在所述加窗分帧处理完第一帧时开始对原始音频信号的音响播放，保证音响输出与磁性液体显示效果...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢磊，廖昌荣，肖允恒，寿梦杰，王林飞，李佩，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50