一種基于聲音共鳴的容器內(nèi)液體體積測(cè)量方法與裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及液體體積的檢測(cè)領(lǐng)域，尤其是涉及一種液體體積的測(cè)量方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波液位測(cè)量技術(shù)廣泛應(yīng)用于液體體積的測(cè)量，其基本原理為向液面發(fā)出超聲波，然后接收反射后的聲音信號(hào)，根據(jù)時(shí)間差與聲速便可以得出超聲波行進(jìn)的總路程，進(jìn)而便可以得到液面的高度，之后通過該高度與容器橫截面積求得液體的體積，然而這種方式在實(shí)際使用的過程中存在若干限制:1、因?yàn)槭峭ㄟ^液面高度來間接獲得液體體積，故要求容器的截面形狀要保持一致，否則將會(huì)增加計(jì)算難度，甚至導(dǎo)致無法計(jì)算；2、超聲波的方向性極強(qiáng)，故其對(duì)水面的平靜程度以及超聲波探頭的安裝方向和穩(wěn)定性均有較高要求，當(dāng)水面不平靜或超聲波探頭發(fā)生形變和位移時(shí)，很難準(zhǔn)確地測(cè)量水量。
[0003]基于上述不足，本發(fā)明提出了一種普適性強(qiáng)、精度高的測(cè)量方法與裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于聲音共鳴的容器內(nèi)液體體積測(cè)量方法，可以直接測(cè)量空間的體積，對(duì)容器的形狀沒有限制，因而可以適用于具有不規(guī)則腔體的容器，同時(shí)對(duì)液面的平靜度以及容器的放置姿態(tài)要求較低，適用范圍廣；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小巧，將容器的密封與液量測(cè)量結(jié)合為一體，使用十分方便。
[0005]本發(fā)明提供一種基于聲音共鳴的液體體積測(cè)量裝置。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種基于聲音共鳴的容器內(nèi)液體體積測(cè)量方法，包括以下步驟，
SlO在容器內(nèi)形成一腔體；
S20向腔體內(nèi)發(fā)射包括至少兩種頻率成分的聲音信號(hào)；
S30接收經(jīng)腔體共鳴后的聲音信號(hào)；
S40基于共鳴后聲音信號(hào)中的各頻率成分的聲能占比獲得容器內(nèi)液體的體積。
[0007]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)方式，聲音信號(hào)為白噪聲。
[0008]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)方式，白噪聲的中心頻率為3000Hz。
[0009]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)方式，腔體為一封閉的腔體。
[0010]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)方式，聲音信號(hào)的發(fā)射持續(xù)時(shí)長為100ms。
[0011]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)方式，步驟S40中獲得容器內(nèi)液體體積的方法為:
S41預(yù)先測(cè)試聲音信號(hào)在不同體積的空間內(nèi)共鳴后各頻率成分的聲能占比，形成數(shù)據(jù)庫；
S42獲得容器的容積；
S43根據(jù)步驟S30中聲音信號(hào)的各頻率成分的聲能占比與數(shù)據(jù)庫獲得腔體的體積； S44容器容積與腔體體積之間的差值為待測(cè)液體的體積。
[0012]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)方式，聲音信號(hào)的發(fā)射在腔體形成之后間隔一段時(shí)間后開始進(jìn)行。
[0013]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)方式，聲音信號(hào)的接收在聲音信號(hào)的發(fā)射后立即進(jìn)行。
[0014]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)方式，包括對(duì)接收的聲音信號(hào)進(jìn)行降噪處理的步驟。
[0015]一種液體體積測(cè)量裝置，用于檢測(cè)存儲(chǔ)于一容器內(nèi)的液體的體積，包括作為承載結(jié)構(gòu)的主體；
揚(yáng)聲器，其設(shè)于該主體上，用于向容器內(nèi)發(fā)射聲音信號(hào)；
麥克風(fēng)，其設(shè)于該主體上，用于接收經(jīng)容器共鳴后的聲音信號(hào)；
控制系統(tǒng)，用于控制揚(yáng)聲器向容器內(nèi)發(fā)射聲音信號(hào)、控制麥克風(fēng)接收共鳴后的聲音信號(hào)以及檢測(cè)共鳴后聲音信號(hào)中各頻率成分的聲能占比，并基于容器容積與聲能占比獲得液體的體積。
[0016]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)方式，揚(yáng)聲器發(fā)射的聲音信號(hào)為白噪聲，且控制系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)有數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫為該聲音信號(hào)在不同體積的空間內(nèi)共鳴后各頻率成分聲能占比的數(shù)據(jù)庫。
[0017]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)方式，主體為一容器或一蓋體。
[0018]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)方式，包括設(shè)于主體上的至少兩處的導(dǎo)電片，其處于同一平面上，揚(yáng)聲器與麥克風(fēng)在導(dǎo)電片之間導(dǎo)通后的一段時(shí)間后開始工作。
[0019]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)方式，包括設(shè)于主體上的可導(dǎo)電的固定片，以及對(duì)應(yīng)設(shè)于固定片下方的彈片，彈片可發(fā)生彈性運(yùn)動(dòng)，從而具有與固定片導(dǎo)通的第一狀態(tài)和與固定片斷開的第二狀態(tài)，揚(yáng)聲器與麥克風(fēng)在彈片處于第一狀態(tài)后的一段時(shí)間后開始工作。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:
可以直接測(cè)量空間的體積，對(duì)容器的形狀沒有限制，可以適用于具有不規(guī)則腔體的容器，同時(shí)對(duì)液面的平靜度以及容器的放置姿態(tài)要求較低，適用范圍廣；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小巧，將容器的密封與液量測(cè)量結(jié)合為一體，使用十分方便。
【附圖說明】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0022]圖1是本發(fā)明檢測(cè)方法的流程圖；
圖2是容器內(nèi)液量較少時(shí)聲音信號(hào)經(jīng)共鳴后的波形圖；
圖3是容器內(nèi)液量較少時(shí)聲音信號(hào)經(jīng)共鳴后的頻譜圖；
圖4是容器內(nèi)液量較多時(shí)聲音信號(hào)經(jīng)共鳴后的波形圖；
圖5是容器內(nèi)液量較多時(shí)聲音信號(hào)經(jīng)共鳴后的頻譜圖；
圖6是本發(fā)明檢測(cè)裝置作為蓋體時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下將結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果進(jìn)行清楚、完整的描述，以充分地理解本發(fā)明的目的、方案和效果。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0024]需要說明的是，如無特殊說明，當(dāng)某一特征被稱為“固定”、“連接”在另一個(gè)特征，它可以直接固定、連接在另一個(gè)特征上，也可以間接地固定、連接在另一個(gè)特征上。此外，本發(fā)明中所使用的上、下、左、右等描述僅僅是相對(duì)于附圖中本發(fā)明各組成部分的相互位置關(guān)系來說的。
[0025]此外，除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施例，而不是為了限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的組合。
[0026]本發(fā)明的原理基于聲音的共鳴，將包含有至少兩種頻率成分的聲音信號(hào)發(fā)射至一有限體積的腔體內(nèi)，持續(xù)一段時(shí)間后停止發(fā)射聲音，此時(shí)聲音信號(hào)將在腔體內(nèi)留下余音，與該腔體形成共鳴。如果腔體的體積較小，高頻聲音的共鳴效果較強(qiáng)，則余音中的高頻部分相對(duì)較強(qiáng)；相反，如果腔體的體積較大，低頻聲音的共鳴效果較強(qiáng)，則余音中的低頻部分相對(duì)較強(qiáng)。
[0027]根據(jù)以上的物理現(xiàn)象，本方案公開了一種容器內(nèi)液體體積測(cè)量方法。容器內(nèi)的水量越多，空腔的體積越小，則高頻聲音的共鳴效果加強(qiáng)；反之，容器內(nèi)的水量越少，空腔的體積越大，則低頻聲音的共鳴效果加強(qiáng)。具體的，參照?qǐng)D1，其包括以下步驟:
SlO在容器內(nèi)形成一腔體，該腔體可以使聲音信號(hào)在其中發(fā)生共鳴，其優(yōu)選為一封閉腔體，更優(yōu)選的，其還是一隔音的腔體，當(dāng)然，本發(fā)明并不要求腔體完全密封，其上可以根據(jù)使用需求開設(shè)孔、縫等結(jié)構(gòu)，只需保證該孔、縫結(jié)構(gòu)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響處于可控程度內(nèi)即可。
[0028]S20向腔體內(nèi)發(fā)射包括至少兩種頻率成分的聲音信號(hào)。
[0029]S30接收經(jīng)腔體共鳴后的聲音信號(hào)，形成波形圖，然后經(jīng)過快速傅立葉變換將波形圖轉(zhuǎn)變?yōu)轭l譜圖，由頻譜圖獲得各頻率成分的聲能占比；
S40基于上述聲能占比獲得容器內(nèi)液體的體積。
[0030]作為聲音信號(hào)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其為白噪聲，更優(yōu)選的，所述白噪聲的中心頻率為 3000Hz。
[0031]進(jìn)一步的，聲音信號(hào)的發(fā)射持續(xù)時(shí)長為一固定值，時(shí)長的取值優(yōu)選為100ms，以使聲音信號(hào)具有足夠的能量，便于后續(xù)的接收。
[0032]對(duì)應(yīng)上述的聲音信號(hào)，步驟S40中獲得容器內(nèi)液體體積的一種優(yōu)選方法為:
S41建立聲音信號(hào)經(jīng)不同體積的空間共鳴后各頻率成分聲能占比的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫，在本實(shí)施例中其通過預(yù)先測(cè)試完成。具體的，首先固定腔體的體積值，然后在該腔體內(nèi)發(fā)射聲音信號(hào)并接收共鳴后的聲音信號(hào)，獲得聲音信號(hào)中各頻率成分的聲能占比。然后改變腔體的體積值，在其他測(cè)試條件相同的情況下再次測(cè)量，將所有的數(shù)據(jù)集合整理形成數(shù)據(jù)庫，體積值單次變動(dòng)的數(shù)值不宜過大，以便獲得更精確的數(shù)據(jù)庫。
[0033]S42獲得待測(cè)容器的容積。