基于声学的高精度非接触式体积测量方法

作者:张馨龙;田光宇;黄勇 刊名:重庆理工大学学报:自然科学版 上传者:罗丽铭

【摘要】提出一种基于声学原理的方法以实现精确的非接触物体体积测量。基于分布参数模型,该方法被进一步优化并据此设计出一套声学体积测量仪。借助有限元软件Virtual.Lab构建声学体积计声场的有限元模型。为了得到最优几何参数,改变不同的尺寸,计算相应的测量误差。参数涉及旁通孔的半径、高度、位置,垫片高度、放置方向以及驱动信号等因素。根据仿真得到的最佳形状参数设计出声学体积测量仪进行实验验证。实验测量5 kg,2 kg,100 g的砝码体积,最大误差不超过标称体积的0.6%,而且测量结果稳定,多次测量的标准差不超过0.1 cm3。该方法快速高效,能无损测量,造价低廉,不但适合大规模工业应用,而且能满足实验室使用的精度要求。

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第3O卷 Vo1.30 第7期 No.7 重 庆 理 工 大 学 学 报(自然科学) Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science) 2016年7月 Ju1.2016 doi:10.3969/j.issn.1674-8425(Z).2016.07.007 基 于声学的高 精度非接触式体积测量方法 张馨龙,田光宇,黄 勇 (清华大学 汽车工程系,北京 100084) 摘 要:提出一种基于声学原理的方法以实现精确的非接触物体体积测量。基于分布参数 模型,该方法被进一步优化并据此设计 出一套声学体积测量仪。借助有限元软件 Virtua1.Lab 构建声学体积计声场的有限元模型。为了得到最优几何参数,改变不同的尺寸,计算相应的测 量误差。参数涉及旁通孔的半径、高度、位置,垫片高度、放置方向以及驱动信号等因素。根据 仿真得到的最佳形状参数设计出声学体积测量仪进行实验验证。实验测量5 ,2 kg,100 g的 砝码体积,最大误差不超过标称体积的0.6%,而且测量结果稳定,多次测量的标准差不超过 0.1 cm 。该方法快速高效,能无损测量,造价低廉,不但适合大规模工业应用,而且能满足实验 室使用的精度要求。 关 键 词:声学法;高精度;体积测量;非接触式测量 中图分类号:TB932 文献标识码:A 文章编号:1674—8425(2016)07—0038—07 Precise Non—Contact Volume M easurement Based on Acoustic M ethod ZHANG Xin—long,TIAN Guang—yu,HUANG Yong (Department of Automotive En~neering,Tsinghua University,Beijing 100084,China) Abstract:Precise non—contact volume measurement can be realized by an acoustic principle based method.According to the distributed parameter model,the method was further optimized , with which an acoustic volumeter was designed.The finite element model of the sound field was built by software Virtual Lab. Th e suitable geometric parameters were derived by comparing the corresponding measurement error.The radius,height and position of bypass tube,the height and direction of gasket and~equency and amplitude of driving signal were taken into consideration.An acoustic volumeter was designed based on the optimized parameters.Experiment verification was carried

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