[发明专利]基于迭代加权融合的声共振液位测量方法

说明书

本发明公开了一种基于迭代加权融合的声共振液位测量方法。它能够解决现有测量方法共振频率点漏检所造成的测量精度下降问题。本发明使用硬件系统在同一液位高度下，依次采集多组数据，分别对这几组数据进行快速傅立叶变换以及共振频率点的提取。求出第一组相邻共振频率点间差值的平均值，设置漏点信度区间，找出漏点位置及漏点数值，得到补完漏点后组成的新的频率序列。依次用新频率序列相邻点间差值的平均值与下一组的均值进行迭代融合得到融合后的共振频率点序列。利用融合后的共振频率点序列相邻点间的差值和液位换算公式得到多个液位测量值，将这多个液位测量值分段加补偿，求其平均值作为最终的液位高度值。本发明可得到精确的液位测量结果。

技术领域

本发明属于测量技术，涉及一种基于迭代加权融合的声共振液位测量方法。

背景技术

液位测量方法广泛应用于石油、化工、污水处理等许多工业领域。但是目前存在的液位测量方法已经有20余种，比如利用人工检尺、玻璃管、浮子式、电容法、超声波、雷达、光纤等来测量液位。其中，由于超声波液位测量方法可实现非接触式，高可靠性测量，因此其应用的最为广泛。但是在实际应用过程中，由于被测液体的表面常常会存在着一些泡沫、残渣等障碍物。当超声波遇到这些漂浮在液面上的异物时，容易发生寄生反射现象，即改变原来声波的传播方向，从而影响液位测量精度的严重下降。

而低频声波因其波长较长，当遇到异物时会发生衍射，即声波可以绕过异物继续向前传播，从而避免了寄生反射的发生。在文献《基于固定频段声波共振原理的液位测量方法》中，提出了利用固定频段声波共振原理的液位测量方法。该方法是将麦克风采集到的声波时域信号经过FFT(快速傅里叶变换)变换成频域信号，经过快速频率检测方法获取其固定频段内的共振频率点，并利用相邻共振频率点间的等差关系和基于共振频率的液位换算公式得到多组液位高度值，然后将其取平均值得到最终的液位高度值。但在实际的应用过程中，由于麦克风的灵敏度的问题以及ADC(模数转换器)模块在信号转化过程中会存在一定的偏差，以及周围环境温度、噪声等一些不确定性因素的存在，因此采集到的声波信号在一定程度上会存在噪声，或信号的衰减。从而在提取共振点时，部分共振点可能无法取到，使得固定频段声波共振频率的液位测量方法的精确度会大大降低。

发明内容

本发明的目的针对现有技术存在的不足，提出了一种基于迭代加权融合的声共振液位测量方法。

本发明依次提取多组在同一液位高度下用固定频段内声波产生的合成波形的共振频率点，然后通过迭代加权融合的方法将多组共振频率进行融合，并将融合结果经过液位换算公式转换为液位高度信息，具体包括以下步骤：

步骤(1).将导声管垂直于待测液体的液面插入到待测液体的底部，麦克风、扬声器和温度传感器并排放置在导声管的另一端，并保证扬声器和麦克风正对于待测液体的液面；

步骤(2).通过控制器产生一段频率范围为D＝[A,B]Hz的一组随时间均匀变化的正弦波扫频信号，扫频时间为ΔT,ΔT∈[1s,5s]，该扫频信号由扬声器垂直于待测液面发出并在导声管中传播，扫频范围[A,B]Hz的取值应该满足A＞＞20Hz且B-A>3F₀，其中F₀为初始条件下的共振频率；当扬声器发出的声波经导声管传播至待测液体液面时，其声波会发生反射形成反射波，反射波与扬声器发出的扫频声波进行叠加又会形成合成波传播至麦克风处；麦克风采集到合成波形，然后通过ADC(模数转换器)将声波信号转化为数字信号；

步骤(3).将采集到的数字信号经过控制器的FFT(快速傅立叶变换)使其由时域波形转化成频域波形；

步骤(4).利用专利《基于固定频段声波共振频率的液位测量方法》(CN101852638)中的快速频率检测方法提取频域中的共振频率点；