一种基于声波检测的容器内液体体积测量方法与装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及液体体积的检测领域，尤其是涉及一种液体体积的测量方法与装置。
【背景技术】
[0002] 超声波液位测量技术在广泛应用于液体体积的测量，其基本原理为向液面发出超 声波，然后接收反射后的声波，根据时间差与声速便可以得出声波行进的总路程，进而便可 以得到液面的高度，之后通过该高度与容器横截面积求得液体的体积，然而这种方式在实 际使用的过程中存在若干限制：1、因为是通过液面高度来间接获得液体体积，故要求容器 的截面形状要保持一致，否则将会增加计算难度，甚至导致无法计算；2、超声波的方向性极 强，故其对水面的平静程度以及超声波探头的安装方向和稳定性均有较高要求，当水面不 平静或超声波探头发生形变和位移时，很难准确地测量水量。
[0003] 基于上述不足，本发明提出了一种适用性强、精度高的测量方法与装置。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于声波检测的容器内液体体积测量 方法，可以直接测量空间的体积，对容器的形状没有限制，因而可以适用于具有不规则腔体 的容器，同时对液面的平整度以及容器的放置姿态要求较低，适用范围广；结构简单，体积 小巧，将容器的密封与液量测量结合为一体，使用十分方便。
[0005] 本发明提供一种基于声波检测的容器内液体体积测量装置。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 一种基于声波检测的容器内液体体积测量方法，包括以下步骤， SlO在容器内形成一腔体； S20向腔体内发射声波； S30接收经腔体内壁与液面反射后的声波； S40基于反射后声波的衰减系数获得容器内液体的体积。
[0007] 作为上述方案的进一步改进方式，腔体为一封闭的腔体。
[0008] 作为上述方案的进一步改进方式，步骤S20中声波的发射持续时长与波长为一固 定值。
[0009] 作为上述方案的进一步改进方式，声波的发射持续时长大于10ms。
[0010] 作为上述方案的进一步改进方式，声波的波长大于容器的高度，且小于10m。
[0011] 作为上述方案的进一步改进方式，包括对接收的声波信号进行降噪处理的步骤。
[0012] 作为上述方案的进一步改进方式，步骤S40中获得容器内液体的体积的方法为： S41预先测试该固定时长与波长的声波在不同体积的腔体内反射后的衰减系数，形成 数据库； S42获得容器的容积； S43根据步骤S30中声波的衰减系数与数据库获得腔体的体积； S44容器容积与腔体体积之间的差值为待测液体的体积。
[0013] 作为上述方案的进一步改进方式，衰减系数为声波的衰减速率。
[0014] 作为上述方案的进一步改进方式，声波的发射在腔体形成之后间隔一段时间后开 始进行。
[0015] 作为上述方案的进一步改进方式，声波的接收在声波的发射后立即进行。
[0016] -种液体体积测量装置，用于检测存储于一腔体内的液体的体积，包括 作为承载结构的主体； 扬声器，其设于该主体上，用于向腔体内发射声波； 麦克风，其设于该主体上，用于接收经腔体内壁与液面反射后的声波； 控制系统，用于控制扬声器向腔体内发射声波、控制麦克风接收反射后的声波以及检 测反射后声波的衰减系数，并基于容器容积与声波的衰减系数获得液体的体积。
[0017] 作为上述方案的进一步改进方式，扬声器发射的声波具有固定的持续时长与波 长，且控制系统内存储有数据库，数据库为该固定时长与波长的声波在不同体积的腔体内 反射后的衰减系数的数据库。
[0018] 作为上述方案的进一步改进方式，主体为一容器或一盖体。
[0019] 作为上述方案的进一步改进方式，包括设于主体上的至少两处的导电片，其处于 同一平面上，扬声器与麦克风在导电片之间导通后的一段时间后开始工作。
[0020] 作为上述方案的进一步改进方式，包括设于主体上的可导电的固定片，以及对应 设于固定片下方的弹片，弹片可发生弹性运动，从而具有与固定片导通的第一状态和与固 定片断开的第二状态，扬声器与麦克风在弹片处于第一状态后的一段时间后开始工作。
[0021] 本发明的有益效果是： 可以直接测量空间的体积，对容器的形状没有限制，因而可以适用于具有不规则腔体 的容器，同时对液面的平整度以及容器的放置姿态要求较低，适用范围广；结构简单，体积 小巧，将容器的密封与液量测量结合为一体，使用十分方便。
【附图说明】
[0022] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0023] 图1是本发明检测方法的流程图； 图2是容器内液量较少时检测装置的检测原理图； 图3是容器内液量较多时检测装置的检测原理图。
【具体实施方式】
[0024] 以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清 楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况 下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0025] 需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为"固定"、"连接"在另一个特征， 它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本 发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关 系来说的。
[0026] 此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术 人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不 是为了限制本发明。本文所使用的术语"及/或"包括一个或多个相关的所列项目的任意 的组合。
[0027] 根据常识，当声波在一有限体积的空间内运动时，声波将会在该空间内来回反弹， 在与容器和液面的碰撞过程中其自身能量会不断损失，从而导致声波的衰减。如果空间的 体积较小，声波与容器在单位时间内的碰撞次数较多，衰减速率较快；相反，如果空间的体 积较大，声波在单位时间内发生碰撞的次数相对而言没有那么频繁，因此声波的强度衰减 速率相对较低。
[0028] 由以上的物理现象，本方案公开了一种基于声波衰减的液体体积测量方法。容器 内的水量越多，空腔的体积越小，则声能的衰减系数越大；反之，容器内的水量越少，空腔的 体积越大，则声能的衰减系数越小。具体的，参照图1，其包括以下步骤， SlO在容器内形成一腔体，该腔体可以使声波在其中发生反射，其优选为一封闭腔体， 更优选的，其还是一隔音的腔体，当然，本发明并不要求腔体完全密封，其上可以根据使用 需求开设孔、缝等结果，只需保证该孔、缝结构对测量结果的影响处于可控程度内即可。
[0029] S20向腔体内发射声波。
[0030] S30接收经腔体内壁与液面反射后的声波； S40基于反射后声波的衰减系数获得容器内液体的体积。
[0031] 优选的，步骤S20中声波的发射持续时长与波长为一固定值，时长的取值优选大 于10ms，以使声波具有足够的能量，便于后续的接收。声波的波长优选大于容器的高度，且 小于10m，一方面可以避免驻波的产生，另一方面又能防止低频声波穿透容器，造成声波泄 漏。
[0032] 对应上述固定时长与波长的声波，步骤S40中获得容器内液体体积的一种优选方 法为： S41建立不同体积的腔体与声波衰减系数的对应数据库，在本实施例中通过预先测试 完成。具体的，首先固定腔体的体积值，然后在该腔体内发射上述的固定时长与波长的声波 并接收反射后的声波，记录声波的衰减系数。然后改变腔体的体积值，在其他测试条件相同 的情况下分别测量声波的衰减系数，将所有的数据集合整理形成数据库，体积值单次变动 的数值不宜过大，以便获得更精确的数据库。
[0033] S42获得待测容器的容积。
[0034] S43根据步骤S30中检测获得的声波的衰减系数，结合数据库逆推出腔体的体 积。
[0035] S44将容器容积值减去腔体的体积值便可以得到待测液体的体积值。
[0036] 由于声音在空气中的传播速率较快，为了防止声波过度衰减，步骤S30中声波的 接收在步骤S20中声波的发射后立即进行。
[0037] 此外，腔体在刚形成之时可能会因为构件之间的碰撞或者外界噪声的残留导致腔 体内存在杂音，故声波的发射与接收在腔体形成之