技術(shù)特征：

1.一種液體體積測量系統(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)包括信號發(fā)生模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；

所述信號發(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；并將該正弦波信號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驅(qū)動所述平面波揚(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)對應(yīng)的采集數(shù)據(jù)，并從中找出各頻率點(diǎn)對應(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；

$C_A=\frac{V}{{\mathrm{\ρc}}^2}+\frac{V-V_y}{{\mathrm{\ρ}}_0{c}_0^2}---\left(1\right)$

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為待測液體的密度，c為待測液體中的聲速，V_y為待測液體的體積，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，所述圓孔的有效長度為：

$l_{eff}=\sqrt{R_o^2-a^2}-\sqrt{R_i^2-a^2}+0.61a+\frac{8}{3\mathrm{\π}}a---\left(2\right)$

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：

$L_A=\frac{{\mathrm{\ρ}}_0{l}_{eff}}{{\mathrm{\πa}}^2}---\left(3\right)$

根據(jù)諧振電路規(guī)律，所述單開孔空心球的諧振頻率為：

$f_r=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L_A{C}_A}}---\left(4\right)$

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：

$V_y=(\frac{{\mathrm{\ρ}}_0{c}_0^2}{{\mathrm{\ρc}}^2}+1)V-\frac{c_0^2{\mathrm{\πa}}^2}{4{\mathrm{\π}}^2{f}_r^2{l}_{eff}}---\left(5\right)$

在其他參數(shù)已知的情況下，通過測定諧振頻率，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)管的測試頻段為1500-6000Hz，所述單開孔空心球首先嵌入海綿中，然后海綿安裝在所述波導(dǎo)管中。

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。

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；

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。

6.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述信號發(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。

8.一種液體體積測量方法，其特征在于，包括：

使用注射器將待測液體通過單開孔空心球表面的圓孔注入單開孔空心球內(nèi)部，在圓柱形的海綿中挖出一個(gè)與所述單開孔空心球大小相同的孔洞，將所述單開孔空心球嵌入所述孔洞中，然后將海綿放置在波導(dǎo)管內(nèi)部中間位置；

在所述波導(dǎo)管的兩端分別安裝麥克風(fēng)和平面波揚(yáng)聲器，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)的信號發(fā)生模塊產(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；并將該正弦波信號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驅(qū)動所述平面波揚(yáng)聲器發(fā)聲；

所述計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理模塊通過所述計(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)對應(yīng)的采集數(shù)據(jù)，并從中找出各頻率點(diǎn)對應(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；

所述數(shù)據(jù)處理模塊的具體處理過程為：

$C_A=\frac{V}{{\mathrm{\ρc}}^2}+\frac{V-V_y}{{\mathrm{\ρ}}_0{c}_0^2}---\left(6\right)$

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為待測液體的密度，c為待測液體中的聲速，V_y為待測液體的體積，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，所述圓孔的有效長度為：

$l_{eff}=\sqrt{R_o^2-a^2}-\sqrt{R_i^2-a^2}+0.61a+\frac{8}{3\mathrm{\π}}a---\left(7\right)$

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：

$L_A=\frac{{\mathrm{\ρ}}_0{l}_{eff}}{{\mathrm{\πa}}^2}---\left(8\right)$

根據(jù)諧振電路規(guī)律，所述單開孔空心球的諧振頻率為：

$f_r=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L_A{C}_A}}---\left(9\right)$

將式(6)和(8)帶入式(9)，可得所述單開孔空心球中液體體積與諧振頻率的關(guān)系：

$V_y=(\frac{{\mathrm{\ρ}}_0{c}_0^2}{{\mathrm{\ρc}}^2}+1)V-\frac{c_0^2{\mathrm{\πa}}^2}{4{\mathrm{\π}}^2{f}_r^2{l}_{eff}}---\left(10\right)$

在其他參數(shù)已知的情況下，通過測定諧振頻率，通過式(10)即可獲得所述單開孔空心球內(nèi)的液體體積。

9.如權(quán)利要求8所述的方法，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；

所述信號發(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。

10.如權(quán)利要求9所述的方法，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；

所述信號發(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。