一種基于聲波檢測(cè)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)在廣泛應(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波，根據(jù)時(shí)間差與聲速便可以得出聲波行進(jìn)的總路程，進(jìn)而便可 以得到液面的高度，之后通過(guò)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(guò)程中存在若干限制：1、因?yàn)槭峭ㄟ^(guò)液面高度來(lái)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(wú)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)明提出了一種適用性強(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)明提供一種基于聲波檢測(cè)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(méi)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)液面的平整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)明提供一種基于聲波檢測(cè)的容器內(nèi)液體體積測(cè)量裝置。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是： 一種基于聲波檢測(cè)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)射聲波； S30接收經(jīng)腔體內(nèi)壁與液面反射后的聲波； S40基于反射后聲波的衰減系數(shù)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，腔體為一封閉的腔體。
[0008] 作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)方式，步驟S20中聲波的發(fā)射持續(xù)時(shí)長(zhǎng)與波長(zhǎng)為一固 定值。
[0009] 作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)方式，聲波的發(fā)射持續(xù)時(shí)長(zhǎng)大于10ms。
[0010] 作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)方式，聲波的波長(zhǎng)大于容器的高度，且小于10m。
[0011] 作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)方式，包括對(duì)接收的聲波信號(hào)進(jìn)行降噪處理的步驟。
[0012] 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)液體的體積的方法為： S41預(yù)先測(cè)試該固定時(shí)長(zhǎng)與波長(zhǎng)的聲波在不同體積的腔體內(nèi)反射后的衰減系數(shù)，形成 數(shù)據(jù)庫(kù)； S42獲得容器的容積； S43根據(jù)步驟S30中聲波的衰減系數(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)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。
[0013] 作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)方式，衰減系數(shù)為聲波的衰減速率。
[0014] 作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)方式，聲波的發(fā)射在腔體形成之后間隔一段時(shí)間后開(kāi) 始進(jìn)行。
[0015] 作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)方式，聲波的接收在聲波的發(fā)射后立即進(jìn)行。
[0016] -種液體體積測(cè)量裝置，用于檢測(cè)存儲(chǔ)于一腔體內(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，用于向腔體內(nèi)發(fā)射聲波； 麥克風(fēng)，其設(shè)于該主體上，用于接收經(jīng)腔體內(nèi)壁與液面反射后的聲波； 控制系統(tǒng)，用于控制揚(yáng)聲器向腔體內(nèi)發(fā)射聲波、控制麥克風(fēng)接收反射后的聲波以及檢 測(cè)反射后聲波的衰減系數(shù)，并基于容器容積與聲波的衰減系數(shù)獲得液體的體積。
[0017] 作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)方式，揚(yáng)聲器發(fā)射的聲波具有固定的持續(xù)時(shí)長(zhǎng)與波 長(zhǎng)，且控制系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)有數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)為該固定時(shí)長(zhǎng)與波長(zhǎng)的聲波在不同體積的腔體內(nèi) 反射后的衰減系數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0018] 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。
[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(kāi)始工作。
[0020] 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(kāi)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(kāi)始工作。
[0021] 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(méi)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)液面的平整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(shuō)明】
[0022] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0023] 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)檢測(cè)裝置的檢測(cè)原理圖； 圖3是容器內(nèi)液量較多時(shí)檢測(cè)裝置的檢測(cè)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 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、完整地描述，以充分地理解本發(fā)明的目的、方案和效果。需要說(shuō)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。
[0025] 需要說(shuō)明的是，如無(wú)特殊說(shuō)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(lái)說(shuō)的。
[0026] 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(yǔ)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(shuō)明書中所使用的術(shù)語(yǔ)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(yǔ)"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。
[0027] 根據(jù)常識(shí)，當(dāng)聲波在一有限體積的空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，聲波將會(huì)在該空間內(nèi)來(lái)回反彈， 在與容器和液面的碰撞過(guò)程中其自身能量會(huì)不斷損失，從而導(dǎo)致聲波的衰減。如果空間的 體積較小，聲波與容器在單位時(shí)間內(nèi)的碰撞次數(shù)較多，衰減速率較快；相反，如果空間的體 積較大，聲波在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生碰撞的次數(shù)相對(duì)而言沒(méi)有那么頻繁，因此聲波的強(qiáng)度衰減 速率相對(duì)較低。
[0028] 由以上的物理現(xiàn)象，本方案公開(kāi)了一種基于聲波衰減的液體體積測(cè)量方法。容器 內(nèi)的水量越多，空腔的體積越小，則聲能的衰減系數(shù)越大；反之，容器內(nèi)的水量越少，空腔的 體積越大，則聲能的衰減系數(shù)越小。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，該腔體可以使聲波在其中發(fā)生反射，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(kāi)設(shè)孔、縫等結(jié)果，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。
[0029] S20向腔體內(nèi)發(fā)射聲波。
[0030] S30接收經(jīng)腔體內(nèi)壁與液面反射后的聲波； S40基于反射后聲波的衰減系數(shù)獲得容器內(nèi)液體的體積。
[0031] 優(yōu)選的，步驟S20中聲波的發(fā)射持續(xù)時(shí)長(zhǎng)與波長(zhǎng)為一固定值，時(shí)長(zhǎng)的取值優(yōu)選大 于10ms，以使聲波具有足夠的能量，便于后續(xù)的接收。聲波的波長(zhǎng)優(yōu)選大于容器的高度，且 小于10m，一方面可以避免駐波的產(chǎn)生，另一方面又能防止低頻聲波穿透容器，造成聲波泄 漏。
[0032] 對(duì)應(yīng)上述固定時(shí)長(zhǎng)與波長(zhǎng)的聲波，步驟S40中獲得容器內(nèi)液體體積的一種優(yōu)選方 法為： S41建立不同體積的腔體與聲波衰減系數(shù)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)，在本實(shí)施例中通過(guò)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)射上述的固定時(shí)長(zhǎng)與波長(zhǎng)的聲波 并接收反射后的聲波，記錄聲波的衰減系數(shù)。然后改變腔體的體積值，在其他測(cè)試條件相同 的情況下分別測(cè)量聲波的衰減系數(shù)，將所有的數(shù)據(jù)集合整理形成數(shù)據(jù)庫(kù)，體積值單次變動(dòng) 的數(shù)值不宜過(guò)大，以便獲得更精確的數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0033] S42獲得待測(cè)容器的容積。
[0034] S43根據(jù)步驟S30中檢測(cè)獲得的聲波的衰減系數(shù)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)逆推出腔體的體 積。
[0035] S44將容器容積值減去腔體的體積值便可以得到待測(cè)液體的體積值。
[0036] 由于聲音在空氣中的傳播速率較快，為了防止聲波過(guò)度衰減，步驟S30中聲波的 接收在步驟S20中聲波的發(fā)射后立即進(jìn)行。
[0037] 此外，腔體在剛形成之時(shí)可能會(huì)因?yàn)闃?gòu)件之間的碰撞或者外界噪聲的殘留導(dǎo)致腔 體內(nèi)存在雜音，故聲波的發(fā)射與接收在腔體形成之