一種軟包裝液體體積測量裝置與方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于軟包裝液體體積測試技術領域，具體設及一種軟包裝液體體積測量裝 置與測試方法。
【背景技術】
[0002] 塑料軟包裝(或稱軟塑料包裝）是指用塑料薄膜或塑料復合材料加工成型的，可W 在充填或取出內裝物后，容器形狀(體積）發生明顯變化的軟質包裝，具有質輕、柔軟、易折 疊、成本低、占用空間少、使用簡單方便和成本有效性高(單位重量包裝的體積和重量）等優 點，目前正W其優良的綜合性能，不斷取代其它材料的包裝，廣泛應用于各行各業。由于軟 包裝內的液體具有流動性，因此軟包裝整體呈現非規則性，常規測量無法實現。軟包裝的液 體體積測量已經成為一個急需解決的問題。現有的軟包裝液體體積測量方法主要有溢水法 測量法和傾倒法測量。溢水法就是將被測物體放進一個盛滿液體的容器內。測量被排除容 器的液體體積，該個體積就是包裝袋的體積。傾倒法是將軟紙包裝損壞，將內部的液體倒入 有刻度的容器內測量其體積。傳統測量法具有測試裝置簡單方便，易于快速測量的的優點， 而缺點是測量精度低，當被測液體為具有價格昂貴或易揮發具有毒性時，傾倒法測量并不 適合。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是；為了克服現有測試方法中對軟包裝液體進行破壞侵入測量的弊 端，提供了一種基于聲學方法的軟包裝液體體積測量裝置與方法，實現軟包裝內液體體積 的非侵入快速測量。
[0004] 本發明采用如下的技術方案實現；一種軟包裝液體體積測量裝置，包括聲學管道、 傳聲器、揚聲器W及聲學管道底部設置的共振腔殼體，聲學管道入口端設置揚聲器，出口端 開口，入口端和出口端都設置有傳聲器；聲學管道底部至少開有一個消聲孔與共振腔殼體 連通。
[0005] 揚聲器用于產生聲音信號；揚聲器發出的不同已知頻率的聲音信號在聲學管道內 傳輸；傳聲器用于拾取管道內的聲音信號。該系統實質是形成一個亥姆霍茨共振器。
[0006] 本發明所設及的軟包裝液體體積測量方法為；將被測的軟質包裝放入共振腔內， 將被測的軟質包裝放入共振腔內，通過揚聲器產生不同的已知頻率的聲音信號在聲學管道 內傳輸；傳聲器拾取聲學管道內的聲音信號，消聲孔和共振腔組成一個彈性振動系統，當聲 學管道內的聲波頻率和共振腔振動系統的固有頻率相同時，彈性振動系統就發生共振，此 時通過聲學管道的聲波的傳遞損失最大，通過管道入口和出口處的兩只傳聲器可W測量聲 波流經管道時的傳遞損失，找到傳遞損失最大值對應的頻率，建立頻率與空腔體積的函數 關系，實現對軟質包裝內液體體積的測量。
[0007] 共振腔消聲器是由一段開有若干消聲孔的管道和管外一個密閉的空腔所組成。消 聲孔和空腔組成一個彈性振動系統，當聲學管道內的聲波頻率和共振腔振動系統的固有頻 率相同時，該系統就發生共振，導致消聲孔脖頸中空氣柱的運動速度加快，摩擦阻力增大， 大量聲能轉化為熱能，此時通過聲學管道的聲波的傳遞損失最大，通過管道入口和出口處 的兩只傳聲器可W測量聲波流經管道時的傳遞損失，找到傳遞損失最大值對應的頻率，建 立頻率與空腔體積的函數關系，從而實現對軟質包裝內液體體積的測量。
[0008] 共振腔消聲器的共振頻率表達式如下：
【主權項】
1. 一種軟包裝液體體積測量裝置，其特征在于：包括聲學管道（1)、傳聲器（5)、揚聲器 (4)以及聲學管道（1)底部設置的共振腔殼體（2)，聲學管道（1)入口端設置揚聲器（4)，出 口端開口，入口端和出口端都設置有傳聲器（5 );聲學管道底部至少開有一個消聲孔（6 )與 共振腔殼體（2)連通。
2. -種軟包裝液體體積測量方法，其特征在于步驟如下：將被測的軟質包裝放入共振 腔內，通過揚聲器產生不同的已知頻率的聲音信號在聲學管道內傳輸；傳聲器拾取聲學管 道內的聲音信號，消聲孔和共振腔組成一個彈性振動系統，當聲學管道內的聲波頻率和共 振腔振動系統的固有頻率相同時，彈性振動系統就發生共振，此時通過聲學管道的聲波的 傳遞損失最大，通過管道入口和出口處的兩只傳聲器可以測量聲波流經管道時的傳遞損 失，找到傳遞損失最大值對應的頻率，建立頻率與空腔體積的函數關系，實現對軟質包裝內 液體體積的測量。
3. 根據權利要求2所述的軟包裝液體體積測量方法，其特征在于：具體步驟如下： 共振腔消聲器的共振頻率表達式如下：
公式（1)，式中：c為聲速；K 為共振腔體積；6為傳導率；傳導率竊/ :
公式（2)，式中：功消聲孔 直徑；偽消聲孔厚度；為消聲孔個數，n多1 ;傳遞損失的計算公式為：TL=20 ^^1(|的/^) 公式（3)，其中&為入口處聲壓的有效值，為出口處聲壓的有效值，TL為傳遞損失；系統 的靈敏度s計算公式為：s=(/iwZ-/p/( /7XV'）公式（4)，式中：s為系統的靈敏度；為 系統在注入液體體積為flXV'mL時的傳遞損失最大值頻率；&為系統初始狀態時的傳遞損 失最大值頻率；/?XV'為注入液體體積； 將被測的軟質包裝放入共振腔內，傳聲器與揚聲器安裝在聲學管道上，管道與共振腔 殼體通過消聲孔聯通，定義共振腔初始體積為^測試時，成角定，共振腔初始共振頻 率/源據公式（1)、（2)確定；使用時，揚聲器發出頻率范圍為20?2厶已知頻率的聲音信 號；取聲波的頻率步長為5-lOHz，通過管道入口、出口處的傳聲器測量聲壓有效值，通過公 式（3)計算出聲波流經該系統后的傳遞損失，從而獲得系統初始狀態時的傳遞損失最大值， 該傳遞損失最大值所對應的聲音信號的頻率為厶，由公式（1)獲得該頻率與共振腔體積 6的關系，此時被測液體的體積為0 ; 向軟質包裝袋內注入體積為V'的液體，通過揚聲器發出聲波，取聲波的頻率步長為V'Hz，通過管道入口、出口處的傳聲器測量聲波流經該系統后的傳遞損失； 向軟質包裝袋內不斷注入整數n倍體積V'的液體，通過揚聲器發出聲波，取 聲波的頻率步長為V'Hz，通過管道入口、出口處的傳聲器測量聲波流經該系統后 的傳遞損失，分別得到系統在注入液體體積為《XV'mL時的傳遞損失最大值頻率 ^z(i=lXV，,2XV, ,3XV,,……/?XV'，為整數，/?XV' < 〇 ;當液體體積逐漸增加時， 測得系統的傳遞損失； 根據傳遞損失最大值頻率/iwZ(i=lXV'，2XV'，3XV'，……/?XV'，為整數， z?xv' < 0與對應的軟包裝內液體的體積，繪制的函數關系； 使用公式（4)，計算該系統的靈敏度S，即當頻率偏移1Hz時，體積變化的ml量； 當軟包裝內液體體積未知時，測量系統在該狀態傳遞損失最大值對應的頻率，然后除 以系統的靈敏度s，即可得到被測軟包裝內液體的體積。
【專利摘要】本發明屬軟包裝液體體積測試技術領域，為克服現有測試方法中對軟包裝液體進行破壞侵入測量的弊端，提供一種基于聲學方法的軟包裝液體體積測量裝置與方法，聲學管道底部設置共振腔，聲學管道入口端設置揚聲器，出口端開口，入口端和出口端都設置有傳聲器；聲學管道底部開若干消聲孔與共振腔連通。聲學管道內的聲波頻率和共振腔振動系統固有頻率相同時，管道入口和出口處的兩只傳聲器測量聲波流經管道時的傳遞損失，找到傳遞損失最大值對應頻率，建立頻率與空腔體積的函數關系，實現對軟質包裝內液體體積的測量。通過聲學方法測量聲學管道的傳遞損失建立起傳遞損失最大值頻率與被測體積的關系，可以實現軟包裝液體體積的快速、非侵入測量。
【IPC分類】G01F22-00
【公開號】CN104568044
【申請號】CN201410685039
【發明人】呂海峰, 冀曉菲, 韓彥男, 耿彥章, 劉海霞
【申請人】中北大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年11月25日