[发明专利]一种基于楔波频散检测液面位置的方法

说明书

本发明公开了一种基于楔波频散检测液面位置的方法，所述方法包括以下步骤：建立理想楔形波导杆垂直插入液面，利用激光激发楔形波的模型；根据所述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；根据所述楔形波模态在液面位置的直达波与反射波确定液面位置；根据所述楔形波模态通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。本发明为测定液面位置提供了一种可靠的方法，为实现液面位置的在线检测提供指导依据。

技术领域

本发明涉及激光超声检测技术领域，尤其涉及一种液面检测方法。

背景技术

楔形结构材料是一种非常常见的结构材料。厚度非均匀的金属板状结构，特别是金属楔形构件在工业材料及其零部件中有广泛的应用。这种结构也广泛应用于汽车油箱和特别是摩托车行业，更重要的是要适应箱中较为复杂的要求，高度越来越低的几何形状，以确保潜在点火的安全性和抗污染能力。因此，机械设备箱液位传感对测量分辨率高、安全性高、减少频繁维护的需要、降低成本效益要求强烈。目前测量液位的方法有很多，其中有浮子式、静电式、光学式、光纤传感法，超声探测等方法。

浮动类型检测浮动的位置，在液体表面结合电阻传感器，由于其结构简单、成本合理而得到了早期的应用。静电式利用电容，由于液位的增加，同轴电缆与含有液体的储存器之间的变化，只要知道液体的导电性能，即使是高粘度液体也可以用这种类型来测量。该光学传感器包括一种商用激光测距传感器，由光发射器和光探测器组成，光探测器根据液体表面的位置，对光点的光强和位置进行高精度的检测。其中一个光纤传感器有凹槽，利用与光纤芯相似的空气和液体折射率的差值，如果液位增加，由于液体与芯体的接触，信号耗散就会减少，由此获得液面位置。然而，浮动类型的代价很低，精度高，温度变化大，静电式在复杂的几何环境中无法操作，受环境变化影响较大；光学型需要频繁的维护；而光纤传感器的造价过高，应用于汽车油箱水箱的探测很不经济；引导脉冲类型冒着有电火花的危险。

超声类型是利用超声、空气耦合超声、浸没式超声传感器、引导超声经过的时间检测液位的方法。由于其使用简单、安全可靠，在许多应用中得到了广泛的应用。在使用空气耦合和浸没超声的情况下，需要定期进行维护。与此相反，超声引导方法只需要最小的维护量，并且可以鲁棒操作，因为超声波的来源很长一段时间内不需要暴露在液体罐中。引导超声有几种，如表面波、扭转波、横波等。我们特别关注楔形波。楔形波是一种特殊的表面波，主要存在于楔形结构中，沿楔形波导杆传播。由于它的能量集中，可以以较低的衰减传播很远的距离。此外，楔形波的速度相对于其他导波速度较慢，因此认为可以提高测量精度，这与测量设备的时间分辨率密切相关。此外，当楔形波传播的波导浸入液体中时，声波的速度降低。

但是，目前还并未有利用楔波频散特征间接测量液面位置的研究。液面位置测量在工业上经常会因为人为因素、仪器因素、环境因素等方面而产生误差，给生产应用带来不利，并且会一定程度上影响经济效益。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于楔波频散检测液面位置的方法，以解决现有技术中存在的测量液面位置的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于楔波频散检测液面位置的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)、建立楔形波的导杆垂直插入液面，利用激光激发楔形波的模型；

(2)、根据所述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)、根据所述楔形波模态在液面位置的直达波与反射波确定液面位置；