[发明专利]一种基于表面波模式转换检测液面位置的方法

权利要求书

1.一种基于表面波模式转换检测液面位置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立波导杆模型：长方体波导杆垂直插入液体底部，利用超声振动在波导杆表面激发表面波的模型；

2)在空气波导杆上接收到达的声表面波；

3)根据步骤2)所获得的声表面波到达时刻，计算得到表面波的传播速度；

4)在浸液波导杆声波波传播路径逐点取位移，根据声波到达时刻与位置关系，得到声波在固-液表面传播的斯通利波的速度；

5)在浸液波导杆底部接收到达的斯通利波；

6)根据步骤5)所获得的斯通利波到达时刻，结合步骤3)和步骤4)所得到的表面波速度、斯通利波速度和声波激发的位置确定液面位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于表面波模式转换检测液面位置的方法，其特征在于，所述表面波的模型中，通过不同点位移波形得到声波传播的速度。

3.根据权利要求1所述的一种基于表面波模式转换检测液面位置的方法，其特征在于，所述步骤3)中表面波在空气波导杆中传播速度具体方法如下：

表面波在波导杆表面传播时将会引起物体部分位移，通过测量声表面波到达时刻，得到空气波导杆中声表面波传播的速度，假设沿表面波传播方向取两个点x₁和x₂，其距离为Δx₁＝x₂-x₁，表面波到达x₁和x₂的时间分别为t₁，t₂，其时间差为Δt₁＝t₂-t₁，从而得到表面波在空气负载下的传播速度V_air＝Δx₁/Δt₁。

4.根据权利要求1所述的一种基于表面波模式转换检测液面位置的方法，其特征在于，所述步骤4)中斯通利波在固-液表面的传播速度具体方法如下：

在固-液表面传播的波为斯通利波，通过测量固-液表面声波的位移情况即可得出斯通利波在固-液表面的传播速度，沿斯通利波传播方向取两个点x₃和x₄，其传播距离为Δx₂＝x₄-x₃；斯通利波到达x₃和x₄的时间分别为t₃，t₄，其时间差为Δt₂＝t₄-t₃，从而得到斯通利波在固-液表面的传播速度V_liquid＝Δx₂/Δt₂。

5.根据权利要求1所述的一种基于表面波模式转换检测液面位置的方法，其特征在于，所述步骤6)根据斯通利波到达时刻、表面波速度、斯通利波速度和声波激发的位置确定液面位置，具体方法如下：

浸液波导杆底部接收到达的斯通利波的到达时刻为T，L为激发点距离波导杆底部的距离，假设H液体的深度，通过公式(L-H)/V_air+H/V_liquid＝T确定液面位置H，其中，V_air为表面波在空气波导杆的速度，V_liquid为表面波在液体波导杆的速度。