[发明专利]一种软包装液体体积测量装置与方法

摘要

本发明属软包装液体体积测试技术领域，为克服现有测试方法中对软包装液体进行破坏侵入测量的弊端，提供一种基于声学方法的软包装液体体积测量装置与方法，声学管道底部设置共振腔，声学管道入口端设置扬声器，出口端开口，入口端和出口端都设置有传声器；声学管道底部开若干消声孔与共振腔连通。声学管道内的声波频率和共振腔振动系统固有频率相同时，管道入口和出口处的两只传声器测量声波流经管道时的传递损失，找到传递损失最大值对应频率，建立频率与空腔体积的函数关系，实现对软质包装内液体体积的测量。通过声学方法测量声学管道的传递损失建立起传递损失最大值频率与被测体积的关系，可以实现软包装液体体积的快速、非侵入测量。

主权项

1.一种采用软包装液体体积测量装置测量软包装液体体积的方法，其特征在于：软包装液体体积测量装置包括声学管道（1）、传声器（5）、扬声器（4）以及声学管道（1）底部设置的共振腔壳体（2），声学管道（1）入口端设置扬声器（4），出口端开口，入口端和出口端都设置有传声器（5）；声学管道底部至少开有一个消声孔（6）与共振腔壳体（2）连通；测量方法步骤如下：将被测的软质包装放入共振腔内，通过扬声器产生不同的已知频率的声音信号在声学管道内传输；传声器拾取声学管道内的声音信号，消声孔和共振腔组成一个弹性振动系统，当声学管道内的声波频率和共振腔振动系统的固有频率相同时，弹性振动系统就发生共振，此时通过声学管道的声波的传递损失最大，通过管道入口和出口处的两只传声器可以测量声波流经管道时的传递损失，找到传递损失最大值对应的频率，建立频率与空腔体积的函数关系，实现对软质包装内液体体积的测量；具体步骤如下：共振腔消声器的共振频率表达式如下:公式(1)，式中：c为声速；V为共振腔体积；G为传导率；传导率G为：公式(2)，式中：d为消声孔直径；t为消声孔厚度；n为消声孔个数,n≥1；传递损失的计算公式为：TL=20log₁₀(P_i/P_t) 公式（3），其中P_i为入口处声压的有效值，Pt为出口处声压的有效值，TL为传递损失；系统的灵敏度s计算公式为：s=(f_imL‑f₀) /( n×V’) 公式（4），式中：s为系统的灵敏度；f_imL为系统在注入液体体积为n×V’mL时的传递损失最大值频率；f₀为系统初始状态时的传递损失最大值频率；n×V’为注入液体体积；将被测的软质包装放入共振腔内，传声器与扬声器安装在声学管道上，管道与共振腔壳体通过消声孔联通，定义共振腔初始体积为V0,测试时，n, d ,t确定，共振腔初始共振频率f0根据公式（1）、（2）确定；使用时，扬声器发出频率范围为20～2f0已知频率的声音信号；取声波的频率步长为5‑10Hz，通过管道入口、出口处的传声器测量声压有效值，通过公式（3）计算出声波流经该系统后的传递损失，从而获得系统初始状态时的传递损失最大值，该传递损失最大值所对应的声音信号的频率为f0，由公式（1）获得该频率f0与共振腔体积V0的关系，此时被测液体的体积为0；向软质包装袋内注入体积为V’的液体，通过扬声器发出声波，取声波的频率步长为V’Hz，通过管道入口、出口处的传声器测量声波流经该系统后的传递损失；向软质包装袋内不断注入整数n倍体积V’的液体，通过扬声器发出声波，取声波的频率步长为V’Hz，通过管道入口、出口处的传声器测量声波流经该系统后的传递损失，分别得到系统在注入液体体积为n×V’mL时的传递损失最大值频率fimL，i=1×V’,2×V’,3×V’,……n×V’，n为整数，n×V’≤V0；当液体体积逐渐增加时，测得系统的传递损失；根据传递损失最大值频率fimL，i=1×V’,2×V’,3×V’,……n×V’，n为整数，n×V’≤V0与对应的软包装内液体的体积，绘制的函数关系；使用公式（4），计算该系统的灵敏度s，即当频率偏移1Hz时，体积变化的ml量；当软包装内液体体积未知时，测量系统在该状态传递损失最大值对应的频率，然后除以系统的灵敏度s，即可得到被测软包装内液体的体积。