详情

原文传递一种基于声学信号检测液面波动特性的装置和方法

专利名称：	一种基于声学信号检测液面波动特性的装置和方法
摘要：	本发明公开了一种基于声学信号检测液面波动特性的装置和方法，属于声学技术。检测装置包括信号发射模块，信号检测模块和处理器，信号发射模块包括信号发生器和声源换能器，可以发射一个或多个声信号，接收器包括可用作声学接收器的麦克风，可以在从液体表面的小目标区域反射之后检测一个或多个声学信号。处理器能够经由电缆或无线地与发射器或接收器进行数据通信，处理器根据发送和接收的声信号之间的相移变化，指示目标区域中液体表面的局部高度随时间的波动。本发明克服了通过侵入性方法和系统检测流体界面波动特性的劣势，减少了环境变化造成的数据模糊不清，扩大了应用范围。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	云南;53
申请人：	昆明理工大学
发明人：	冯早;伍林峰;吴建德;王晓东;范玉刚;黄国勇;邹金慧
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-30T00:00:00+0800
发布日期：	2019-12-31T00:00:00+0800
申请号：	CN201910815457.0
公开号：	CN110631957A
分类号：	G01N11/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N11
申请人地址：	650093 云南省昆明市五华区学府路253号
主权项：	1.一种基于声学信号检测液面波动特性的装置，其特征在于：包括信号发射模块，用于产生声学信号并将声学信号从第一已知点发送到液体表面上的点；信号接收模块，用于接收从液体表面反射之后到达第二已知点的声学信号；处理器，处理检测到的声学信号，监测发送和接收的声学信号之间的相移变化，并利用相移的变化来指示液体表面高度的波动；所述信号发射模块和信号接收模块固定在待测目标区域上方，信号发射模块和信号接收模块分别和处理器相连；所述信号发射模块包括信号发生器和换能器，所述信号接收模块包括声学信号接收器、换能器以及无线通信模块。 2.一种基于声学信号检测液面波动特性的方法，其特征在于：包括如下具体步骤： S1、信号发射模块将声学信号从声源发送到液体表面上的至少一个目标区域； S2、声学信号从目标区域反射之后，信号接收模块中的声学接收器接收所述声学信号； S3、处理器周期性的处理检测到的声学信号，测量发送和接收的声学信号的相移，基于第一声信号的第一相移和第二声信号的第二相移确定相位变化信息并且使用相位移动来指示目标区域中液体界面的局部高度随时间的波动。 3.根据权利要求2所述的一种基于声学信号检测液面波动特性的方法和装置，其特征在于：所述第一声信号为第一时间发射的声学信号，所述第二声信号为第二时间发射的声学信号，所述第一相移表示第一声信号在第一时间及其反射回来之间的时间相关的相移，所述第二相移表示第二声信号在第二时间及其反射回来之间的时间相关的相移。 4.根据权利要求2所述的一种基于声学信号检测液面波动特性的方法和装置，其特征在于：所述相位移动与液体界面的波动高度的相关计算如下：计算发送和接收的声学信号的希尔伯特变换，发送的声学信号Ve(t)和接收的声学信号Vr(t)的希尔伯特变换为： Ae(t)和Ar(t)分别是发送和接收的声学数据的幅度，ws是信号发生器的激励频率，并且φs是在时间t＝0时发送的声学数据的相位，处理器通过希尔伯特变换来确定每个声学信号的相移Δφ(t)，通过在发送和接收的声学信号之间取分析信号的比率的自然对数来实现，其中IM是虚部：液体波动高度Δh根据以下公式计算：其中h是信号接收器在液体表面上方的高度，D是信号发生器和信号接收器之间的距离，Lb是声学信号到液体表面的路径长度： Lb＝ΔL+La 其中La是另一时间声学信号到液体表面的路径长度，ΔL是两个反射路径的变化： Δh与相位移动的关系式如下： λ为波长，θ表示声波入射角，Δθ表示声波入射角的变化，处理器使用该结果将相位波动缩放为空间表面波动。 5.根据权利要求2所述的一种基于声学信号检测液面波动特性的方法和装置，其特征在于：所述信号接收器在液体表面上方的高度h通过测量从信号发生器并由信号接收器在跟随界面反射之后接收的声学信号的飞行时间而获得。
所属类别：	发明专利