专利名称：一种用于确定密封容器的内压的方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定密封容器的内压的方法及其设备，尤其涉及一种用于通过分析密封气瓶的振动模式的方式非破环性地确定密封气瓶的内压的方法及其设备。
目前确定气瓶内压的已知的方法中包括使用压力表。压力表在操作一个阀之前连接到瓶的输出口上，该阀使表与瓶的内装料直接连通并对其内的压力起反应。这种表在由熟练操作者正确地安装时虽然能提供较高的精确度，但它们自身并不适于快速操作。这样，当一个操作者检查大量的气瓶时会引起不希望有的拖延。实际上，当例如仅仅是想检查瓶是否基本上满或基本上空，以避免将空瓶发派给客户时，这种表的准确性只是一个不重要的优点。
因此，需要一种用于确定密封容器，例如气瓶的内压的方法及其设备，其使用起来比较快并且不依赖于操作者的技巧就能保证准确的测量值。本发明要获得的另一个附加目的是提供一种容易装在紧紧堆集在一起的瓶之间较小的间隙中的设备。
因此，本发明提供一种确定容器内压的非侵入式方法，该方法包括下列步骤(a)将容器的数据输入存储器中；(b)以受控方式敲击该容器以便激励振动的径向－周边振荡主模(f1)和其第一谐波(f2)(c)探测由敲击所述容器引起的振动；(d)产生所测振动的频谱；
(e)把振荡主模(f1)的频率和第一谐波(f2)与频谱分离；(f)从分离开的f1和f2的值计算内压P。
不言而喻，上面提及的计算可以由一个简单的计算装置进行，因此，由于本方法避免了与压力表有关的问题，故一个不熟练的操作者可以以较高的速度进行压力测定。
本发明的另一个内容是，提供一种非侵入地确定容器内压的设备，所述设备包括(a)用于接收基本的容器信息的装置；(b)敲击装置，用于以受控方式敲击容器以便激励振动的径向－周边振荡主模(f1)和其第一谐波(f2)；(c)探测装置，用于探测由敲击所述容器引起的振动；(d)把f1和f2的值分离出的分离装置；(e)计算装置，用于从分离出的f1和f2的值计算出内压P。
以下参照附图以举例的方式对本发明进行详细的描述，其中
图1是一个装接到瓶上的本发明设备的侧视图；图2和3是所接收到的振动信号的图形；图4是针对各种压力下瓶子压力相对于振动频率的图；和图5是有关压力计算软件的流程图。
参见图1，设备10包括一个数据存储和处理装置，例如一个要在下面详细描述的手提数据探测器12和一个螺线管或手动敲击器14。敲击器14可以安装在一个支承件16上，该支承件16的形式是一个具有一块或更多块磁铁18的细长形件或杆件，磁铁是用于将杆支承件16固定到待测的瓶20上。为便利起见，所述磁铁中之一可以在所述支持件16上下滑动，以便适合于各种尺寸的瓶20。敲击器14相对于所述支承件16和磁铁18安装成在所述敲击器处于缩回位置时在敲击器14的边缘14a和瓶之间留有一间隙G。设置一个形式为过载传感器22的信号探测器用于探测因操作敲击器14产生的瓶内振动。过载传感器被连接到数据探测器12上用于将数据传送到其上。
数据探测器12包括一个模拟/数字转换器12a、一个存储所截获和所处理的数据的存储器12b，一个以后面要描述的方式处理数据的处理器12c，一个简单的键盘座和显示器12d和一个动力源12e。数据探测器12还可以具有一种对结果进行存储和/或在一系列通信连接装置(未示出)上加载数据的能力。一般来说，信号处理能力还包括通过截止于约3.5KHz的低通数字滤波器进行滤波和对数据进行快速傅里叶变换的手段。
本发明的设备特别小，使得其可插入在紧紧堆集着的圆周形瓶之间的小间隙内。在该位置，敲击器14位于瓶的中部，以便使瓶端对压力确定方法的影响减至最小。
现参见图1至5，本设备10是这样操作的，首先从存储在存储器中的尺寸范围中选定合适的瓶尺寸，或人工输入数据，由此得到与其相关的基本数据(步骤A)；用敲击器14敲击瓶20，以便至少激励振动的径向－周边振荡主模(f1)和其第一谐波(f2)；通过过载传感器22探测瓶20内的振动波形(图2，3)(步骤B)；进行转换到8至12比特分辨率的模拟/数据转换(步骤C)及将转换的信号送给数据探测器12进行处理。处理过程包括的步骤有借助例如一种快速傅里叶变换技术整理所收到的信号(步骤D)和然后分离f1和f2的值。f1和f2的分离可以通过从所整理的信号中选择十个最突出的共振峰值(步骤E)并检索和辨认出与f1和f2峰值对应的峰值的方式进行的。最好检索和辨认程序包含下列步骤(a)估计f1的值(f1估计值)并在由下列步骤产生的所述估计值(参见图4)f1(估计值)的给定范围R内寻找f1的真实值(ⅰ)从所存储或人工输入的数据中选择瓶厚度(t0)的额定值。
(ⅱ)由例如下列公式计算A(A0)的额定值A0=C1×0.49(Et02ρd4)]]>(ⅲ)由下式估计f1(估计值)f1(估计值)＝A＋Bp式中Bp给定为零值(b)估计f2的值(f2(估计值))并在所估计的值的给定范围内寻找f2的真实值(见图4)；f2(估计值)是由例如公式f2(估计值)＝2.8×A0－f1计算出的(步骤G)。
在辨认出f1和f2的值之后(步骤H)，可以由例如下面公式计算出A的真实值A＝(f2－f1)/2.8瓶壁的厚度t接着可以由例如下面公式计算出A=C1×0.49(Et2ρd4)]]>在计算了壁厚t之后，变量B可以由例如下式计算出B=C2×0.05dt2(1ρE)]]>然后可以由下式计算出容器内的压力PP＝(f1－A)/B(步骤I)计算结果可以借助手提式数据探测器12或一个计算机打印机(未示出)呈现给操作者(步骤J)。
显然，可以采用许多种不同的计算方法，因此，本发明不应被认为仅局限于此文中所列方法。
权利要求
1.一种确定容器内部压力的非侵入式方法，该方法包含下列步骤(a)将容器的数据输入存储器中；(b)以受控方式敲击该容器以便激励振动的径向－周边振荡主模(f1)和其第一谐波(f2)；(c)探测由敲击所述容器引起的振动；(d)产生所测振动的频谱；(e)把振荡主模(f1)的频率和第一谐波(f2)与频谱分离；(f)从分离开的f1和f2的值计算内压P。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于该方法还包括下列步骤(a)由下式计算变量A的值A＝(f2－f1)/2.8(6)由下式计算容器的厚度A=C1×0.49(Et2ρd4)]]>(c)由下式计算变量BC2×0.05dt2(1ρE)]]>(d)由下式计算容器内的压力(P)P＝(f1－A)/B式中t＝容器壁的厚度d＝容器的直径E＝容器的弹性模量ρ＝容器材料的密度C1和C2为修正因子，用于修正容器的端部对计算的影响。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于f1和/或f2是通过一个或几个预先确定的频率范围内寻找的方式分离的。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于f1是通过这样的方式分离的，即估计f1的值(f1估计值)并在由下列步骤产生的所述估计值(参见图4)f1(估计值)的给定范围R内寻找f1的真实值(a)选择瓶厚度(t0)的额定值；(b)由下列公式计算A(A0)的额定值A0=C1×0.49(Et02ρd4)]]>(c)由下式估计f1(估计值)f1(估计值)＝A＋Bp式中Bp给定为零值
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于f2是通过这样的方式分离的，即首先估计f2的值(f2估计值)，然后在所述估计值的给定范围内寻找f2的真实值，f2(估计值)由下式计算出f2(估计值)＝2.8×A0－f1式中A0是根据权利要求3计算出的A的额定值，而f1是振动的径向－周边振荡主模的实际值。
6.一种非侵入地确定容器内压的设备，所述设备包括(a)用于接收基本的容器信息的装置；(b)敲击装置，用于以受控方式敲击容器以便激励振动的径向－周边振荡主模(f1)和其第一谐波(f2)；(c)探测装置，用于探测由敲击所述容器引起的振动；(d)把f1和f2的值分离出的分离装置；(e)计算装置，用于从分离出的f1和f2的值计算出内压P。
7.如权利要求5所述的设备，其特征在于所述计算装置由下列公式计算A，t，B和P的值A＝(f2－f1)/2.8A=C1×0.49(Et2ρd4)]]>B=C2×0.05dt2(1ρE)]]>式中A和B是修正因子t＝容器壁的厚度d＝容器的直径E＝容器的弹性模量ρ＝容器材料的密度C1和C2为修正因子，用于修正容器的端部对计算的影响。
8.如权利要求5或6所述的设备，该设备还包括一个其上安装有所述敲击装置的支承件和用于将所述支承件固定到所述容器上的固定装置。
9.如权利要求5或6所述的设备，其特征在于所述支承件包括一个细长形构件，其尺寸使得其能插入紧密堆集着的圆筒形容器之间。
10.如权利要求6，7或8所述的设备，其特征在于所述固定装置包括一对磁铁，该对磁铁在操作中起将支承件磁性地固紧在所述容器上的作用。
11.如权利要求5至9任一项所述的设备，其特征在于所述敲击装置包括一个具有一敲击件的螺线管，该敲击件在操作中被保持在离开待敲击的容器表面，并在希望产生振动时被释放开以敲击所述容器。
12.如权利要求5至10中任一项所述的设备，其特征在于所述探测装置是一个过载传感器。
13.一种基本上如参照图1至5所描述并如图1至5所示的设备。
14.一种基本上参照图1至5所描述并如图1至5所示的方法。
全文摘要
一种用于确定密封容器的内压的方法及其设备(10)，该设备(10)包括用于激励振动的径向-周边振荡主模(f
文档编号G01L11/00GK1116299SQ9510484
公开日1996年2月7日 申请日期1995年5月4日 优先权日1994年5月4日
发明者P·范曼伦 申请人:英国氧气集团有限公司