[发明专利]一种基于声波共振频率的液位测量方法

摘要

本发明涉及一种基于声波共振频率的液位测量方法，属于基于声波反射原理的液位测量领域。该方法包括产生有效的扫频声波；采用时域快速共振点检测算法获取发射声波与液面反射声波的叠加声波在时域上的共振点；利用时域与频域对应关系，求得共振基频差，进而得到液面深度值。本发明方法在上述基于低频声波的共振原理基础上，采用时域分析方法确定共振频率，简单有效，具有高可靠性和良好的操作性，由于算法对硬件性能没有过高要求，大大降低了实际应用中的硬件成本，可广泛应用于声波液位测量仪。

主权项

1.一种基于声波共振频率的液位测量方法，其特征在于：该方法包括产生有效的扫频声波；采用时域快速共振点检测算法获取发射声波与液面反射声波的叠加声波在时域上的共振点；利用时域与频域对应关系，求得共振基频差，进而得到液面深度值；具体包括以下步骤：1)生成扫频信号：确定扫频范围为F₁到F₂,F₁＜F₂，扫频时长为T,F1≥1000Hz，F2≥2000Hz，T>1s，扫频频率的变化方式如公式(1)所示：其中频段F₁、F₂满足l_min为待测液面高度的最小值，单位为米，声速v＝331.45+0.61Temp，单位为米每秒，其中Temp为环境温度，单位为摄氏度；扫频信号时域特性如公式(2)所示：X(t)＝cos(2πf(t)t)        (2)选取采样频率为F_s，按照公式(2)可生成总时长为T的音频序列X；2)采集发射与反射声波叠加的合成声波：定义扫频信号发射和接收所在平面到待测液面距离为待测液位高度l；接收扫频信号音频采样频率也为F_s；播放音频的同时录音，得到发射声波与反射声波的叠加音频信号序列Y；3)信号带通滤波处理：采用切比雪夫带通滤波器处理步骤2)中的信号序列Y，滤波器的带通频率范围为[F₁,F₂]，得到滤波过的音频信号序列Z；4)通过共振频率快速检测算法，得到叠加音频序列中的共振点；5)对步骤4)中得到K个共振点R₁,R₂,...R_K，取相邻两点的共振间隔Interval(i)＝R(i+1)‑R(i),i∈[1,N‑1]，并求共振间隔Interval的均值为I；6)根据公式(5)计算得到待测液位高度l：