[发明专利]基于迭代加权融合的声共振液位测量方法

摘要

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。

主权项

1.基于迭代加权融合的声共振液位测量方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤(1).将导声管的一端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》(CN 101852638)中的快速频率检测方法提取频域中的共振频率点；步骤(5).在同一液位高度的情况下，重复步骤(2)‑(4)依次采集N组合成波序列，求取相邻频率点之间的差值的平均值，利用该平均值求取被遗漏的共振点，具体步骤如下：步骤(5.1).对共振频率点求取其相邻两点之间的差值的平均值：通过步骤(4)采集到N组合成波的共振频率点序列，依次记第一组共振点序列为第二组为第三组记作……，第N组为f表示频率值，f的下标的第一位数表示组别数，下标的第二位表示该频率点所在序列中位置，n₁,n₂,......,n_N分别是各组序列中共振频率点的总个数，由于步骤(4)共振频率提取时会出现漏点，则有n₁≠n₂≠n₃≠......≠n_N,对P₁求出其相邻两点频率间的差值的平均值其中步骤(5.2).设置漏点信度区间，找出漏点位置并求出该漏点：在步骤(5.1)中可得到第一组的频率均值求出其频率序列以为基准时的信度分布序列，即设置漏点信度区间I₁＝[0.6,1.55),I₂＝[1.56,2.3),I₃＝[2.3,3.0),I₄＝[3.0,4.0),I₅＝[4.0,4.9),I₆＝[4.9,5.59),I₇＝[5.59,6.5)；当R_1,i∈I₁时，g(i)＝0；当R_1,i∈I₂时，g(i)＝1；当R_1,i∈I₃时，g(i)＝2；当R_1,i∈I₄时，g(i)＝3；当R_1,i∈I₅时，g(i)＝4；当R_1,i∈I₆时，g(i)＝5；当R_1,i∈I₇时，g(i)＝6；其中g(i)为第i个频率序列区间漏点的个数，g(i)＝0,1,2,.....；当找到频率序列漏点区间，找出漏点个数时，用该区间频率间的差值的等分来取漏点的频率数值，用下面的公式计算：t＝g(1)+g(2)+.....+g(i)，i＝1,2,....n₁，t为频率序列中所有漏点的总个数，然后得到第一组补点后的频率序列P₁'(f_1,1,f_1,2,...，f_1,n1,f_1,1',...,f_1,t)，并对P₁'进行重新排序得到新的频率序列P₁”＝{f₁(k),k＝1,2,.....,n₁+t}，k为重新排列后频率序列数，其中f₁(n₁+t)>.....>f₁(2)>f₁(1)；步骤(6).对步骤(5)得到的第二组数据进行迭代加权融合：通过步骤(5.2)中得到的补点后的频率序列P₁”，求出相邻两点频率间的差值的平均值，得到新的频率均值其中n₁为第一组数据补点前采集到的频率序列的总个数，t为所有漏点的总个数；通过步骤(5.1)中得到第二组频率序列均值用得到新的频率均值，并以为第二组补点的基准，重复步骤(5.2)得到第二组补完漏点的频率序列P₂'(f_2,1,f_2,2,...，f_2,n2,f_2,1',...,f_2,t)，重新排序后得到P₂”＝{f₂(k),k＝1,2,.....,n₂+t}，k为重新排列后频率序列数，其中f₂(n₂+t)>.....>f₂(2)>f₂(1)；通过重复步骤(5)、(6)得到下一组的补点后的频率序列；步骤(7).通过步骤(5)、(6)迭代融合后得到第N组新的频率序列PN”＝{fN(k),k＝1,2,…,nN+t},利用相邻共振点的频率等差关系，求取相邻两点间的间隔序列e(j)，e(j)＝fN(k+1)‑fN(k)，并利用下面的液位换算公式来计算该序列所对应的液位高度值，得到共nN+t‑1个液位高度L(j)：其中T为环境的温度，t为漏点的总个数，ΔL是补偿项。