一种基于声驻波法和声卡的液位测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种基于声驻波法和声卡的液位测量装置。由导声管、声波发生单元、声波接收单元、声音信号A/D采集和D/A转换单元组成；声波发生单元为喇叭；声波接收单元为麦克风；声音信号A/D采集和D/A转换单元为家用电脑的声卡；导声管的上部装有楔形塞；喇叭和麦克风封装在楔形塞内，可与导声管分离。同现有技术相比的优越性在于：测量结果精确、且信号发射器和接收器可处于导声管道同端，便于实行单端测量，适合现实的作业环境，整个系统硬件成本低廉，可广泛应用于液罐的液位测量，还可以应用于大学物理声驻波实验的演示。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于利用声学方法测量液位
，涉及一种基于声驻波法和声卡的液位测量装置。
技术介绍
液位测量方法有很多，其中超声波测量液位是最常用方法之一，其测量原理是向液面发射频率固定的超声波并接收回波，用声速乘以往返路程的时间计算液面到超声波接收装置的距离。但精度有限易受环境影响。大学物理实验课程里，有利用驻波测量超声波传播速度的一项实验，当时的测量需要知道两共振加强点的距离。利用驻波法测量距离，普遍采用超声波测量时间差的方法，这种方法通常比较复杂。这个实验能提供一个新的思路，那就是可以在已知声波的传播速度的前提下，利用驻波去测量距离。事实上，基于声驻波原理的液位测量方法在许多工业领域(如污水处理、化工、石油行业)中已得到了广泛应用，其中的超声波测量方法，以其方向性好、易于操作等特点，成为最常用的方法之一，其测量原理是向液面发射频率固定的超声波并接收回波，用声速乘以往返量程的时间计算液面到声波接收装置的距离。 但是，超声波的发射与接受是不容易实现的，有没有更好的方法呢？经过分析可以发现，如果利用频率变化的音频声波，通过测量驻波相邻共振频率及其等差关系，就可以计算出液面闻度，并能够提闻测量的精度。在本专利技术以前的现有技术中，CN200410062355号专利“一种声波液位测量装置及其方法”提供了一种用可闻声信号测量液位的方法，该方法“通过在管内形成驻波，记录下某一频率的声首在基准点的振幅，并将该频率的声首振幅与如一次所记录的频率声首振幅进行比较，找出第一个出现的最小振幅，储存此最小的振幅，则此最小振幅的声波所对应的频率为驻波的频率，并根据声波在空气中的传播速度、驻波的频率和公式，进而求得液位”。但该方法的导声管内测量环境复杂，信噪比也不大，在时域确定振幅最小点易受噪声影响。同时信号采集、处理方式复杂如需要控制芯片、模拟/数字转换器和微处理器。
技术实现思路
针对上述现有技术状况，本技术的目的在于，提供一种基于声驻波法和声卡的液位测量装置。现将本技术的专利技术构思及技术解决方案叙述如下:本技术的专利技术构思是基于理论分析结果，对于不同的液面高度I值，都会产生一组驻波，每个驻波对应的频率即为共振频率。 权利要求1.一种基于声驻波法和声卡的液位测量装置，其特征在于:所述的装置由导声管、声波发生单元、声波接收单元、声音信号A/D采集和D/A转换单元组成；所述的声波发生单元为喇叭；所述的声波接收单元为麦克风；所述的声音信号A/D采集和D/A转换单元为家用电脑的声卡；导声管的上部装有楔形塞；喇机和麦克风封装在楔形塞内，可与导声管分离。2.根据权利要求1所述的一种基于声驻波法和声卡的液位测量装置，其特征在于:所述的喇机和麦克风并排安装在导声管一端内，导声管的另一端插入液面以下，喇机和麦克风所在水平面到液面的距离为待测液面高度；导声管内装有消除因易产生泡沫和杂质较多的液体产生的测量误差的浮子；麦克风接入电脑麦克口 ；电脑的耳机口接功率放大器驱动喇叭；导声管约束声波传播并产生驻波；温度计采集的环境温度用来校准该环境温度下的声速。3.根据权利要求2所述的一种基于声驻波法和声卡的液位测量装置，其特征在于:所述的电脑的音频扫频信号发生器发出的固定频段的线性正弦扫频信号为500Hz-2500Hz ；采样频率为44100Hz ;通过Matlab软件调用计算机声卡用与之相连的麦克风接收该线性正弦扫频信号和经反射后的信号；根据产生的驻波，通过快速傅里叶变换检测该频段内出现的一组共振频率，利用相邻共振频率的等差关系及共振频率液位换算公式得到多个测量值，将它们取平均后作为最终液位值。专利摘要本技术涉及一种基于声驻波法和声卡的液位测量装置。由导声管、声波发生单元、声波接收单元、声音信号A/D采集和D/A转换单元组成；声波发生单元为喇叭；声波接收单元为麦克风；声音信号A/D采集和D/A转换单元为家用电脑的声卡；导声管的上部装有楔形塞；喇叭和麦克风封装在楔形塞内，可与导声管分离。同现有技术相比的优越性在于测量结果精确、且信号发射器和接收器可处于导声管道同端，便于实行单端测量，适合现实的作业环境，整个系统硬件成本低廉，可广泛应用于液罐的液位测量，还可以应用于大学物理声驻波实验的演示。文档编号G01F23/296GK203100824SQ20122070705公开日2013年7月31日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日专利技术者刘朝山, 罗积军, 侯素霞, 李育新, 张清华, 张俊杰, 徐斌 申请人:中国人民解放军第二炮兵工程大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于声驻波法和声卡的液位测量装置，其特征在于：所述的装置由导声管、声波发生单元、声波接收单元、声音信号A/D采集和D/A转换单元组成；所述的声波发生单元为喇叭；所述的声波接收单元为麦克风；所述的声音信号A/D采集和D/A转换单元为家用电脑的声卡；导声管的上部装有楔形塞；喇叭和麦克风封装在楔形塞内，可与导声管分离。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘朝山，罗积军，侯素霞，李育新，张清华，张俊杰，徐斌，
申请(专利权)人：中国人民解放军第二炮兵工程大学，
类型：实用新型
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