[发明专利]一种基于楔波频散检测液面位置的方法

权利要求书

1.一种基于楔波频散检测液面位置的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)、建立楔形波导杆垂直插入液面，利用激光激发楔形波的模型；

(2)、根据步骤(1)得到的模型沿楔形波传播方向进行B扫描并绘制Bscan图，得到楔形波的模态在液面位置的反射波与入射波相互关系，楔形波的模态在波导杆底部反射波与入射波相互关系；

(3)、根据楔形波模态在液面位置的直达波与反射波确定液面位置；

(4)、根据楔形波模态通过波导杆底部的反射波及透射波的Bscan图确定该楔形波在空气和液体中的传播速度，根据既定的波导杆尺寸参数和楔形波在空气及液体中的传播时间差来确定液面位置；

所述的一种基于楔波频散检测液面位置的方法，其特征在于，所述步骤(2)中楔形波的模态在液面位置的反射波与入射波相互关系，楔形波的模态在波导杆底部反射波与入射波相互关系的具体步骤如下：

楔形波传播到液面位置时发生反射与透射现象，同时会发生模态分离；入射波A₁模态到达液面位置时，能够观测到楔形波的反射波RA₁₁、透射波TA₁模态和模式分离的TA₂模态；入射波A₂模态在液面处发生反射和透射，其反射波在传播过程中分离出RA₂₁、RA₂₂模态；根据斜率能够测算A₁、RA₁₁、RA₂₁的速度为V₁，A₂、RA₂₂的速度为V₂，TA₁、TA₂的速度分别为V₁’、V₂’；

楔形波传播到波导杆底部时发生反射现象，TA₁’模态可以观测到楔形波的反射波RTA₁’；根据斜率能够测算TA₁’、RTA₁’的速度为V₁’；其中，TA₁’模态为液体中传播的声波；

其中，V₁，V₂为楔形波导杆在空气中时楔波传播过程中分离的模态的速度，V₁’为楔形波导杆浸入液体中时TA₁’、RTA₁’模态的速度；

所述的一种基于楔波频散检测液面位置的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的液面位置通过如下方法获得：

楔形波导杆角度小于等于45度，楔波模态的直达波有A₁，A₂模态，反射波有RA₁₁，RA₂₂，RA₂₁模态；假设A₁，A₂模态由激发点传播到液面的时间分别是t₁，t₂，楔尖任意位置RA₁₁，RA₂₁出现的时间差Δt₁＝t₂-t₁，Δt₁为A₁，A₂模态到达液面位置的时间差，得到液面距离激发点为S₁＝V₂V₁Δt₁/(V₂-V₁)；

楔形波导杆角度大于45度，楔形波仅有A₁模态，其反射波为RA₁₁模态；距离激发点S’位置取得楔形波模态A₁，RA₁₁出现的时间分别为t₁，t₂，得到液面位置距离取点处为S”＝V₁×(t₂-t₁)/2，液面距离激发点为S₁＝S’+V₁×(t₂-t₁)/2；

所述的一种基于楔波频散检测液面位置的方法，其特征在于所述步骤(4)中的楔形波模态通过波导杆底部的反射波及透射波的Bscan图确定该楔形波在空气和液体中的传播速度，根据既定的波导杆尺寸参数和楔形波在空气及液体中的传播时间差来确定液面位置：

在没有液体的状态下，探测点接收到A₁模态在楔形波导杆底部的反射波时间其中，L为激发点距离波导杆底部的距离；在浸入液体中以后，探测点接收到A₁模态在楔形波导杆底部的反射波时间其中，H为波导杆浸入液体的深度；因此得到波导杆浸入液体深度液面位置距离探测点位置L-H；

其中，V₁为A₁模态在空气中的速度，V₁’为A₁模态在液体中的速度。

2.根据权利要求1所述的一种基于楔波频散检测液面位置的方法，其特征在于，所述楔形波的模态通过将不同扫描点所产生的声波信号连接起来获得。