基于声共振原理的液位检测与估计方法

发布时间：2020-06-14 02:08

【摘要】：液位检测在现代工业的生产、加工、运输、储量计算以及状态监测与报警等环节中占据着重要地位,被广泛应用于石油、化工、污水处理等相关行业。针对声共振原理的液位测量技术,在对其进行测量误差分析的基础上,分别运用置信规则库(Belief Rule Base,BRB)和证据推理(Evidence Reasoning,ER)降低由声共振近似测量原理引起的误差和发声/收声系统引起的误差,从而有效提高声共振液位检测的精确性。主要工作如下:(1)声共振液位检测原理分析。分析了基于声波初始共振频率和基于固定频段声波共振频率的两种液位测量方法的原理。两者共同的优点是采用低频声波有效地避免了超声波测量中的寄生反射现象,提高了测量的精度。但前者测量量程受限于初始共振频率的大小和接收器(麦克风)的灵敏度,而后者用固定频段内出现的一系列共振频率来代替初始共振频率,克服了麦克风接收低频声波的失敏问题,同时提高了量程及检测的精度和速度。(2)基于置信规则库推理的液位检测误差补偿方法。为了降低固定频段声共振近似测量原理引起的误差,设计了BRB误差补偿器。建立了共振波(驻波)的多个参数与误差补偿值之间复杂的非线性映射关系模型。在某一液位高度下获取的输入参数值会激活相应的置信规则,运用证据推理算法将这些规则进行融合,从融合结果中即可估计出误差补偿值,用其可对检测高度进行有效补偿。(3)基于证据推理(ER)的液位估计方法。为了降低固定频段声波共振测量原理中,发声/收声系统引起的误差,设计了基于ER融合的状态估计方法。建立驻波波长的二维动态系统模型,基于证据的随机集表示和随机集扩展准则获取关于波长的状态/观测证据。利用ER规则将两种证据融合,并基于Pignistic概率期望从融合结果中换算并估计出液位的高度值。以上所给出的两种液位检测误差处理方法,均通过相应的液位检测实验与已有的误差处理方法进行了对比分析,说明了它们的有效性。 【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH816

【图文】：

合成波,频段,硕士学位论文,电子科技大学

杭州电子科技大学硕士学位论文( )2 ( )n i cLf i 高度可以被计算为h w L11( )2 ( )( 1)Min i cf iLM -1 次测量的平均值，以降低观测噪声对最终测量结果的影响。例如当 L=2.1 米时，扬声器在 5 秒内均匀的发出 fl=1000Hz 到 fh=2500声波，麦克风接收到的合成波如图 2.2 所示。在固定频段 [1000Hz, 25 18 个 RF，相应的也就有 18 个最大振幅点。正如图 2.3 所示，这 18 个通过快速傅立叶变换和平滑滤波在幅值检测中提取出其对应的频率值[7

频域,共振频率,声波,液位检测

图 2.3 在频域内的 18 个 RF (L=2.1 米)本章小结本章详细介绍了声共振液位检测原理的两种检测方法的系统结构及共同的优点是采用低频声波检测有效地避免了超声波检测中的寄生但基于声波初始共振频率的液位检测方法检测量程受限于初始共振和接收器（麦克风）的灵敏度，而基于固定频段声波共振频率的液位固定频段内出现的一系列共振频率来代替初始共振频率，，克服了麦克声波时存在的灵敏性问题，有效扩展了检测范围，降低了扫频持续时开展下文章节更进一步的研究。

【参考文献】