專利名稱:聲頻料位測試儀的制作方法
本發(fā)明屬于微機化的聲頻料位測試儀器。
在煤礦、水泥廠、電廠等單位，為了臨時貯存固體或液體物料，多建有大、中型料倉(這些料倉都有固定的幾何形狀)，要隨時掌握貯料情況，需及時測定料倉的料位，由此來估算所貯物料的貯存數(shù)量，目前在使用的料位計有下列四種
1.重錘式料位計這種料位計是靠纜索上懸掛的重錘實接接觸料面時重錘受力改變情況及纜索長度來判定料位的。
2.超聲雷達料位計
3.毫米波雷達料位計超聲雷達與毫米波雷達料位計是分別以超聲波和毫米波遇到料面后的回波到達時間來判定料位的。
4.液面浮子式料位計是根據(jù)浮子位置的改變來判定料位的。
上述幾種料位計在使用過程中多存在著一些固有的問題，如錘式料位計，其測試雖比較直觀，但操作費時、費力，并在料倉進料或出料時易發(fā)生埋錘現(xiàn)象(即重錘被埋在固體物料中)，使測試無法繼續(xù);超聲雷達料位計，由于環(huán)境噪聲及固體料面不平整，進料與出料時物料飛揚所引進的干擾，往往使測試無法進行或引起較大的測量誤差;毫米波雷達料位計由于造價昂貴及天線設備龐大，不易于工業(yè)使用;而液面浮子式料位計在要求密封的場合下及固體物料料倉無法使用。
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有料位計存在的問題，發(fā)明了一種操作簡單、測試速度快、測量精度高、抗干擾能力強的微機化料位測試儀。
本儀器根據(jù)聲學諧振腔原理與頻譜估計方法來實現(xiàn)料位測試的。
聲學諧振腔原理在一個四周密封的空間(簡稱閉室)內(nèi)，若放置一個聲源，由于周圍壁面的存在，由聲源發(fā)出的聲波被墻面多次往復反射，這些反射波相互干擾，在閉室空間形成了許多駐波，而這些駐波本身就是各種頻率的正弦波的疊加，稱之為固有頻率，其頻率取決于閉室本身的幾何尺寸，如
(1)矩形閉室
<math><mi>f = </mi><mfrac><mrow><mi>C</mi></mrow><mrow><mi>2</mi></mrow></mfrac><msqrt><mi>(</mi><mfrac><mrow><msub><mi>n </mi><mi>x</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>l </mi><mi>x</mi></msub></mrow></mfrac><msup><mi>) </mi><mi>2</mi></msup><mi>+ (</mi><mfrac><mrow><msub><mi>n </mi><mi>y</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>l </mi><mi>y</mi></msub></mrow></mfrac><msup><mi>) </mi><mi>2</mi></msup><mi>+ (</mi><mfrac><mrow><msub><mi>n </mi><mi>z</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>l </mi><mi>z</mi></msub></mrow></mfrac><msup><mi>) </mi><mi>2</mi></msup></msqrt></math>
式中
f-閉室的各個固有頻率
C-媒介質(zhì)的聲速
lx、ly、lz-矩形閉室的三維幾何尺寸
nx、ny、nz-零或正整數(shù)
(2)園柱形閉室
<math><mi>f = </mi><mfrac><mrow><mi>C</mi></mrow><mrow><mi>2</mi></mrow></mfrac><msqrt><mi>(</mi><mfrac><mrow><msub><mi>n </mi><mi>z</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>l </mi><mi>z</mi></msub></mrow></mfrac><msup><mi>) </mi><mi>2</mi></msup><mi>+ (</mi><mfrac><mrow><msub><mi>k </mi><mi>m n</mi></msub></mrow><mrow><mi>π</mi></mrow></mfrac><msup><mi> ) </mi><mi>2</mi></msup></msqrt></math>
式中
f-閉室的各個固有頻率
C-媒介質(zhì)的聲速
lz-園柱高度
α-園柱半徑
kmn-一組由柱貝塞爾函數(shù)決定的，并與園柱半徑α有關的值，如
kmn·α m＝1 m＝2 m＝3
n＝0 0 1.841 3.054
n＝1 3.832 5.322 6.705
n＝2 7.015 8.536 9.965
所以，只要能獲取到閉室的固有頻率，就根據(jù)上述函數(shù)關系，求得相應的閉室尺寸。
頻譜估計原理(最大熵譜估計)
一維最大熵譜與自回歸(AR)模型為
式中σ2m-AR模型的誤差功率
△T-采樣間隔
αmk-m階AR模型的第k個系數(shù)
本裝置采用I，Marple在1980年提出的一個最小二乘算法，由此來獲取各固有頻率。
本測試儀的實施例如下
1.結(jié)構(gòu)框圖
其中D/A-數(shù)模轉(zhuǎn)換接口卡
A/D-模數(shù)轉(zhuǎn)換接口卡
2.工作原理首先由微機通過D/A，放大器、發(fā)聲器向料倉發(fā)出一串隨機噪聲(頻帶寬、充分激勵)激勵信號、然后再由微機控制由聲頻傳感器接收料倉的混響聲頻信號，經(jīng)濾波、放大和A/D把數(shù)字信息輸入微機，經(jīng)微機運算就得到相應的頻譜，根據(jù)頻譜找到固有頻率，由事先經(jīng)過標定的函數(shù)關系來確定料面的高度。
本測試儀與現(xiàn)有同類儀器相比較具有下列明顯優(yōu)點
(1)測試速度快，若采用IBM-PC微機，則完成一次測試只需1秒鐘
(2)測量精度高，相對誤差不超過10%
(3)抗干擾能力強，本儀器能在大噪聲場合正常使用
(4)與毫米波雷達料位計相比較，本儀器結(jié)構(gòu)簡單，不需要龐大的天線裝置
(5)本儀器采用多個數(shù)據(jù)采集裝置，一臺微機可對多個料倉進行測量，實行一機多用和集中顯示，便于現(xiàn)代化管理。
權(quán)利要求
1、一種聲頻料位測試儀，是用來測定各種形狀的貯料倉料面高度的裝置，其特征在于它采用聲學諧振腔原理及頻譜估計，由微機來完成控制噪聲激勵料倉，混響聲頻信號數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的一臺微機化的聲頻料位測試儀器，它包括微機、A/D(模數(shù)轉(zhuǎn)換卡)、D/A(數(shù)模轉(zhuǎn)換卡)、噪聲源、聲頻傳感器，濾波和放大等功能塊所組成。
2、如權(quán)利要求
1所述的聲頻料位測試儀，可安裝多路數(shù)據(jù)采集裝置，使一臺微機可對多個料倉進行測量，實現(xiàn)一機多用。
3、如權(quán)利要求
項1所述的聲頻料位測試儀，在料倉本身具有噪聲源的場合，可省去發(fā)聲器(噪聲源)。
專利摘要
一種聲頻料位測試儀，本發(fā)明屬于一種微機化的測試儀器。 在煤礦、水泥廠、電廠等單位，為了臨時貯存固體或物體料物，多建有大、中型料倉，要隨時掌握貯料情況，需及時測定料位高度，本發(fā)明采用聲學諧振腔原理和頻譜估計方法來確定料面高度、估算貯量多少。本儀器是一臺微機化的聲頻料位測試儀，具有快速、準確、抗干擾能力強和一機多用，集中顯示，便于現(xiàn)代化管理等優(yōu)點。
文檔編號G01S7/52GK85103941SQ85103941
公開日1986年11月12日 申請日期1985年5月16日
發(fā)明者杜廉石, 李照泉 申請人:同濟大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan