专利名称:声频料位测试仪的制作方法
本发明属于微机化的声频料位测试仪器。
在煤矿、水泥厂、电厂等单位，为了临时贮存固体或液体物料，多建有大、中型料仓(这些料仓都有固定的几何形状)，要随时掌握贮料情况，需及时测定料仓的料位，由此来估算所贮物料的贮存数量，目前在使用的料位计有下列四种
1.重锤式料位计这种料位计是靠缆索上悬挂的重锤实接接触料面时重锤受力改变情况及缆索长度来判定料位的。
2.超声雷达料位计
3.毫米波雷达料位计超声雷达与毫米波雷达料位计是分别以超声波和毫米波遇到料面后的回波到达时间来判定料位的。
4.液面浮子式料位计是根据浮子位置的改变来判定料位的。
上述几种料位计在使用过程中多存在着一些固有的问题，如锤式料位计，其测试虽比较直观，但操作费时、费力，并在料仓进料或出料时易发生埋锤现象(即重锤被埋在固体物料中)，使测试无法继续;超声雷达料位计，由于环境噪声及固体料面不平整，进料与出料时物料飞扬所引进的干扰，往往使测试无法进行或引起较大的测量误差;毫米波雷达料位计由于造价昂贵及天线设备庞大，不易于工业使用;而液面浮子式料位计在要求密封的场合下及固体物料料仓无法使用。
本发明为了克服现有料位计存在的问题，发明了一种操作简单、测试速度快、测量精度高、抗干扰能力强的微机化料位测试仪。
本仪器根据声学谐振腔原理与频谱估计方法来实现料位测试的。
声学谐振腔原理在一个四周密封的空间(简称闭室)内，若放置一个声源，由于周围壁面的存在，由声源发出的声波被墙面多次往复反射，这些反射波相互干扰，在闭室空间形成了许多驻波，而这些驻波本身就是各种频率的正弦波的叠加，称之为固有频率，其频率取决于闭室本身的几何尺寸，如
(1)矩形闭室
<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-闭室的各个固有频率
C-媒介质的声速
lx、ly、lz-矩形闭室的三维几何尺寸
nx、ny、nz-零或正整数
(2)园柱形闭室
<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-闭室的各个固有频率
C-媒介质的声速
lz-园柱高度
α-园柱半径
kmn-一组由柱贝塞尔函数决定的，并与园柱半径α有关的值，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，只要能获取到闭室的固有频率，就根据上述函数关系，求得相应的闭室尺寸。
频谱估计原理(最大熵谱估计)
一维最大熵谱与自回归(AR)模型为
式中σ2m-AR模型的误差功率
△T-采样间隔
αmk-m阶AR模型的第k个系数
本装置采用I，Marple在1980年提出的一个最小二乘算法，由此来获取各固有频率。
本测试仪的实施例如下
1.结构框图
其中D/A-数模转换接口卡
A/D-模数转换接口卡
2.工作原理首先由微机通过D/A，放大器、发声器向料仓发出一串随机噪声(频带宽、充分激励)激励信号、然后再由微机控制由声频传感器接收料仓的混响声频信号，经滤波、放大和A/D把数字信息输入微机，经微机运算就得到相应的频谱，根据频谱找到固有频率，由事先经过标定的函数关系来确定料面的高度。
本测试仪与现有同类仪器相比较具有下列明显优点
(1)测试速度快，若采用IBM-PC微机，则完成一次测试只需1秒钟
(2)测量精度高，相对误差不超过10%
(3)抗干扰能力强，本仪器能在大噪声场合正常使用
(4)与毫米波雷达料位计相比较，本仪器结构简单，不需要庞大的天线装置
(5)本仪器采用多个数据采集装置，一台微机可对多个料仓进行测量，实行一机多用和集中显示，便于现代化管理。
权利要求
1、一种声频料位测试仪，是用来测定各种形状的贮料仓料面高度的装置，其特征在于它采用声学谐振腔原理及频谱估计，由微机来完成控制噪声激励料仓，混响声频信号数据采集和数据处理的一台微机化的声频料位测试仪器，它包括微机、A/D(模数转换卡)、D/A(数模转换卡)、噪声源、声频传感器，滤波和放大等功能块所组成。
2、如权利要求
1所述的声频料位测试仪，可安装多路数据采集装置，使一台微机可对多个料仓进行测量，实现一机多用。
3、如权利要求
项1所述的声频料位测试仪，在料仓本身具有噪声源的场合，可省去发声器(噪声源)。
专利摘要
一种声频料位测试仪，本发明属于一种微机化的测试仪器。 在煤矿、水泥厂、电厂等单位，为了临时贮存固体或物体料物，多建有大、中型料仓，要随时掌握贮料情况，需及时测定料位高度，本发明采用声学谐振腔原理和频谱估计方法来确定料面高度、估算贮量多少。本仪器是一台微机化的声频料位测试仪，具有快速、准确、抗干扰能力强和一机多用，集中显示，便于现代化管理等优点。
文档编号G01S7/52GK85103941SQ85103941
公开日1986年11月12日 申请日期1985年5月16日
发明者杜廉石, 李照泉 申请人:同济大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan