[发明专利]粮食声衰减系数测量系统及方法

摘要

本发明公开了一种粮食声衰减系数测量系统及方法，系统由粮槽、扬声器，功率放大器，传声器、前置放大器，信号调理器，数据采集器和电脑组成；由声卡发出的正弦信号经功率放大器后驱动扬声器发出声波，声波穿过粮食被两传声器接收并转化为电信号，电信号经前置放大器、信号调理器和数据采集器馈入电脑，电脑中的数据处理单元对两路信号先分别进行带通滤波、信号截取，再用正交序列解调法估计出信号幅度，求出声衰减系数。用该系统，可准确快捷地测量粮食声衰减系数与声波频率的关系曲线，进而估算已知传播距离的声波信号强度，为储粮状态声检测系统的设计提供依据。

主权项

1.一种粮食声衰减系数测量方法，该方法通过以下设备实现的：测量系统包括扬声器(1)、近端传声器(2)、近端前置放大器(4)、远端传声器(3)、远端前置放大器(5)、功率放大器(6)、数据采集器(7)、信号调理器(8)、粮槽(9)和电脑(11)；扬声器(1)、近端传声器(2)、近端前置放大器(4)、远端传声器(3)、远端前置放大器(5)均放置在装满粮食(10)的粮槽(9)中；扬声器(1)的中心和近端传声器(2)、远端传声器(4)的端面处于同一水平线上；功率放大器(6)的输入与电脑(11)的声卡Line Out相连、输出与扬声器(1)相连；近端传声器(2)通过螺纹与近端前置放大器(4)相连接，远端传声器(3)通过螺纹与远端前置放大器(5)相连接；近端前置放大器(4)和远端前置放大器(5)分别通过BNC‑BNC同轴电缆与信号调理器(8)的输入通道相连接；信号调理器(8)的输出通道通过2根BNC‑BNC同轴电缆连接到数据采集器(7)的模拟输入通道；数据采集器(7)通过USB数据线连接到电脑(11)；其特征在于：由声卡Line Out输出频率为f的4个周期的正弦信号；该信号经功率放大器(6)放大后，送至扬声器(1)发出声波；声波信号穿过粮槽(9)中的粮食(10)先后被距离扬声器为r1和r2的近端传声器(2)和远端传声器(3)接收并转化为电信号；电信号分别经近端前置放大器(4)、远端前置放大器(5)和信号调理器(8)后，由数据采集器(7)转换成数字信号并通过USB数据线馈入电脑(11)；由电脑(11)中的数据处理单元估计出近、远端对应信号的幅度，并依据两路信号的幅度计算出声衰减系数；数据处理单元由以下四个模块组成：1)带通滤波模块：用2个中心频率为f、带宽为100Hz的二阶巴特沃斯数字带通滤波器，分别抑制近端和远端采集信号中干扰和噪声的影响；2)待解调信号提取模块：寻找滤波后近端和远端采集信号波形图中的最大值，并在最大值所处位置左右各取半个周期，获得对应于近端和远端的待解调信号；3)幅度估计模块：分别以近端和远端的待解调信号为输入，用正交序列解调法估计近端和远端待解调信号的幅度；正交序列解调法估计待解调信号的幅度的公式表述如下：其中s(n)为待解调信号，r(n)和i(n)分别为其同相和正交的参考信号，A、f和θ分别为待解调信号的幅度、频率和相位；Fs为采样频率；N＝Fs/f为一个周期内的采样点数；n＝0:N‑1；4)声衰减系数计算模块：用式(7)计算出以1/m为单位的声衰减系数；其中r1为近端传声器(2)与扬声器(1)的距离，r2为远端传声器(3)与扬声器(1)的距离，f为声波信号的频率，α为声衰减系数，A1和A2分别为近端传声器(2)和远端传声器(3)对应信号的幅度估值，A1和A2由幅度估计模块获得，α(f)、A1(f)和A2(f)表示α、A1和A2是声波频率f的函数。