[实用新型]一种基于声驻波法和声卡的液位测量装置

说明书

本实用新型属于利用声学方法测量液位技术领域，涉及一种基于声驻波法和声卡的液位测量装置。 

液位测量方法有很多，其中超声波测量液位是最常用方法之一，其测量原理是向液面发射频率固定的超声波并接收回波，用声速乘以往返路程的时间计算液面到超声波接收装置的距离。但精度有限易受环境影响。大学物理实验课程里，有利用驻波测量超声波传播速度的一项实验，当时的测量需要知道两共振加强点的距离。利用驻波法测量距离，普遍采用超声波测量时间差的方法，这种方法通常比较复杂。这个实验能提供一个新的思路，那就是可以在已知声波的传播速度的前提下，利用驻波去测量距离。事实上，基于声驻波原理的液位测量方法在许多工业领域(如污水处理、化工、石油行业)中已得到了广泛应用，其中的超声波测量方法，以其方向性好、易于操作等特点，成为最常用的方法之一，其测量原理是向液面发射频率固定的超声波并接收回波，用声速乘以往返量程的时间计算液面到声波接收装置的距离。但是，超声波的发射与接受是不容易实现的，有没有更好的方法呢？经过分析可以发现，如果利用频率变化的音频声波，通过测量驻波相邻共振频率及其等差关系，就可以计算出液面高度，并能够提高测量的精度。 

在本发明以前的现有技术中，CN200410062355号专利“一种声波液位测量装置及其方法”提供了一种用可闻声信号测量液位的方法，该方法“通过在管内形成驻波，记录下某一频率的声音在基准点的振幅，并将该频率的声音振幅与前一次所记录的频率声音振幅进行比较，找出第一个出现的最小振幅，储存此最小的振幅，则此最小振幅的声波所对应的频率为驻波的频率，并根据声波在空气中的传播速度、驻波的频率和公式，进而求得液位”。但该方法的导声管内测量环境复杂，信噪比也不大，在时域确定振幅最小点易受噪声影响。同时信号采集、处理方式复杂如需要控制芯片、模拟/数字转换器和微处理器。 

针对上述现有技术状况，本实用新型的目的在于，提供一种基于声驻波法和声卡的液位测量装置。 

现将本实用新型的发明构思及技术解决方案叙述如下： 

本实用新型的发明构思是基于理论分析结果，对于不同的液面高度l值，都会产生一组驻波，每个驻波对应的频率即为共振频率。 

$l=\frac{n\left(k\right)c}{2f\left(k\right)},k=\mathrm{1,2},...,m$

$l=\frac{n\left(k\right)c}{2f\left(k\right)},k=\mathrm{1,2},...,m$

其中，k为频段内出现的第k个驻波，它的频率即为该频段内得到的第k个共振频率f(k)，m为共振频率个数，c为该温度下的声速。可见，若得到任意相邻两个共振频率的差值，就可以计算出n(k)。 

根据上述发明构思，本实用新型一种基于声驻波法和声卡的液位测量装置，其特征在于：所述的装置由导声管、声波发生单元、声波接收单元、声音信号A/D采集和D/A转换单元组成；所述的声波发生单元为喇叭；所述的声波接收单元为麦克风；所述的声音信号A/D采集和D/A转换单元为家用电脑的声卡；导声管的上部装有楔形塞；喇叭和麦克风封装在楔形塞内，可与导声管分离。