CN100432704C - 液滴的多参数检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液滴的多参数检测方法及装置。本发明的方法是，包括垂直下落液滴，液滴垂直下落依次经过第一位置传感器、电容传感及转换器和第二位置传感器，由信号处理单元开始对电容传感及转换器的输出值Sc进行积分计算，再由第一个位置传感器与第二个位置传感器的安装距离L和数据T，计算出对应液滴经过第一个位置传感器时的速度值和对应液滴现成时的断点位置值。本发明是直接对每个下落液滴体积进行实时多参数检测，检测精度高，检测动态速度快。本发明可应用于液滴分析和实现雨量检测分析仪表。

Description

液滴的多参数检测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种液滴的多参数检测方法及装置。

背景技术

现有的液滴检测方法主要是液滴体积测量，如雨量计。有机械式反斗雨量计，它采用对液滴量斗机械反转次数的计量，因此存在机构复杂、仪器庞大等缺点；还有虹吸式雨量计，它采用对液滴累积液面浮子变化的测量方式并通过虹吸释放液面来恢复测量零点，因此存在着零点重复性差、测量精度低的缺点；再有光电式液滴计，它是用位置开关对液滴个数记数的方法，因此存在液滴大小变化将影响测量精度的问题。已有的液滴检测方法都一般只能检测液滴的体积参数，并且精度和可靠性都不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液滴的多参数检测方法及装置，能够对每个液滴的体积、液滴现成时的断点位置等参数进行检测，并且检测精度高测量速度快。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种液滴的多参数检测方法，包括垂直下落液滴，其特征在于液滴垂直下落依次经过第一位置传感器、电容传感及转换器和第二位置传感器，液滴在T₀时刻经过第一位置传感器时，第一位置传感器发出信号T₀至信号处理单元，由信号处理单元开始对电容传感及转换器的输出值Sc进行积分计算，液滴在T₁时刻经过第二位置传感器时，第二位置传感器发出信号T₁至信号处理单元，信号处理单元得出两信号的时间差T＝T₁-T₀，并结束积分计算，得出第一积分值即是在液滴经过状态下对电容传感及转换器输出值Sc的积分值 ${\mathrm{\Σ}}_1=\underset{T_0}{\overset{T_1}{\∫}}{S}_c\mathrm{dt};$ 在紧接着的无液滴状态下，信号处理单元从T₂时间开始再对电容传感及转换器的输出值Sc进行积分计算，在T₃时间结束积分计算，得出第二积分值即是无液滴状态下电容传感及转换器输出值的积分值 ${\mathrm{\Σ}}_2=\underset{T_2}{\overset{T_3}{\∫}}{S}_c\mathrm{dt};$ 最后，信号处理单元计算第二积分值与第一积分值在等时比率下的相对变化值 $\mathrm{\Δ\Σ}=({\mathrm{\Σ}}_2-\frac{T_3-T_2}{T_1-T_0}\·{\mathrm{\Σ}}_1)/{\mathrm{\Σ}}_2,$ 按相对变化值Δ∑得出对应液滴的体积值Q＝F(Δ∑)，再由第一个位置传感器与第二个位置传感器的安装距离L和数据T，计算出对应液滴经过第一个位置传感器时的速度值 $V\left(T_0\right)=\frac{2L-g{T}^2}{2T}$ 和对应液滴形成时的断点位置值 $H=\frac{{\left[V\left(T_0\right)\right]}^2}{2g}.$

上述方法对每个液滴的检测工作步骤如下：

a.液滴垂直下落在T₀时刻经过第一位置传感器时，第一位置传感器发信号T₀给信号处理单元，信号处理单元内部开始计时并对电容传感及转换器的输出值S_c进行积分计算；

b.当液滴下落在T₁时刻经过第二位置传感器时，第二位置传感器发信号T₁给信号处理单元，信号处理单元结束积分计算，并得出信号T₁与信号T₀的时间差T和第一积分值∑₁，T和∑₁各取为：

T＝T₁-T₀，

${\mathrm{\Σ}}_1=\underset{T_0}{\overset{T_1}{\∫}}{S}_c\mathrm{dt}$

c.在紧接着的无液滴状态，信号处理单元从T₂时间开始再对电容传感及转换器(4)的输出值S_c进行积分计算，在T₃时间信号处理单元结束积分计算，得出第二积分值∑₂，∑₂取为：

${\mathrm{\Σ}}_2=\underset{T_2}{\overset{T_3}{\∫}}{S}_c\mathrm{dt}$

d.信号处理单元(6)计算第二积分值与第一积分值在等时间下的相对变化值Δ∑，Δ∑取为：

$\mathrm{\Δ\Σ}=({\mathrm{\Σ}}_2-\frac{T_3-T_2}{T_1-T_0}\·{\mathrm{\Σ}}_1)/{\mathrm{\Σ}}_2$

进而计算出对应液滴的体积值Q，Q取为：

Q＝F(Δ∑)

式中F(Δ∑)是一个通过实验数据拟合的单调函数。

e.信号处理单元根据物理学落体公式、数据T、两个位置传感器的安装距离L，分别计算出液滴经过第一个位置传感器时的速度值V(T₀)和对应液滴形成时的断点位置值H，V(T₀)和H各取为：

V(T₀)＝(2L-gT²)/(2T)，

H＝[V(T₀)]²/(2g)

其中g是重力加速度系数；

一种用于上述液滴检测方法的装置，包括一个信号处理单元，其特征在于有适于液滴垂直下落依次经过垂直重叠的第一位置传感器、电容传感及转换器和第二位置传感器，两个位置传感器的输出接入信号处理单元，电容传感及转换器的输出连接到信号处理单元。

本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出特点和显著优点：本发明采用在电容传感及转换器上下安装两个位置传感器，一是确定液滴经过电容传感及转换器的起止时间及其时间差T；二是采用有液滴经过和无液滴两个状态下对电容传感及转换器的输出值进行两次积分，并计算两次积分值在等时间比率下的相对变化值，用这个相对变化值得出对应液滴的体积值，这样消除了小信号检测的本底漂移，保证了液滴体积检测的精确和可靠；三是利用时间差T得出了液滴经过第一位置传感器时的速度值和对应液滴现成时的断点位置值。本发明是直接对每个下落液滴体积进行实时多参数检测，检测精度高，检测动态速度快。本发明的液滴多参数检测可实现液滴的流量测量和表面张力分析，可应用于液滴分析和实现雨量检测分析仪表。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构原理框图。

具体实施方式

本发明的一个优选实施例如下述：参见图1，对如小孔漏斗1现成的垂直下落液滴2，本方法对每个液滴2的检测工作步骤如下：

a.液滴2垂直下落在T₀时刻经过第一位置光电传感器3时，第一位置光电传感器3发信号T₀给信号处理单元6，信号处理单元6内部开始计时并对电容传感及转换器4的输出值S_c进行积分计算；

b.当液滴2下落在T₁时刻经过第二位置光电传感器5时，第二位置光电传感器5发信号T₁给信号处理单元6，信号处理单元6结束积分计算，并得出信号T₀与信号T₁的时间差T和第一积分值∑₁，T和∑₁各取为：

T＝T₁-T₀，

${\mathrm{\Σ}}_1=\underset{T_0}{\overset{T_1}{\∫}}{S}_c\mathrm{dt}$

c.在紧接着的无液滴状态，信号处理单元6从T₂时间开始再对电容传感及转换器4的输出值S_c进行积分计算，在T₃时间信号处理单元6结束积分计算，得出第二积分值∑₂，∑₂取为：

${\mathrm{\Σ}}_2=\underset{T_2}{\overset{T_3}{\∫}}{S}_c\mathrm{dt}$

d.信号处理单元6计算第二积分值与第一积分值在等时间下的相对变化值Δ∑，Δ∑可取为：

$\mathrm{\Δ\Σ}=({\mathrm{\Σ}}_2-\frac{T_3-T_2}{T_1-T_0}\·{\mathrm{\Σ}}_1)/{\mathrm{\Σ}}_2$

进而计算出对应液滴的体积值Q，Q取为：

Q＝F(Δ∑)

式中F(Δ∑)是一个通过实验数据拟合的单调函数。

e.信号处理单元6根据物理学落体公式、数据T、两个位置传感器3和5的安装距离L，分别计算出液滴经过第一个位置传感器3时的速度值V(T₀)和对应液滴形成时的断点位置值H，V(T₀)和H各取为：

V(T₀)＝(2L-gT²)/(2T)，

H＝[V(T₀)]²/(2g)

其中g是重力加速度系数；

用于本液滴的多参数检测方法的装置是：有一个处理单元，并有适于液滴2垂直下落依次经过垂直重叠的第一位置光电传感器3、电容传感及转换器4和第二位置光电传感器5，两个位置光电传感器3和5的输出接入信号处理单元6，电容传感及转换器4的输出连接到信号处理单元6。

Claims (2)

1.一种液滴的多参数检测方法，包括垂直下落液滴(2)，其特征在于液滴(2)垂直下落依次经过第一位置传感器(3)、电容传感及转换器(4)和第二位置传感器(5)，液滴(2)经过第一位置传感器(3)时，第一位置传感器(3)发出信号T₀至信号处理单元(6)，由信号处理单元(6)开始对电容传感及转换器(4)的输出值Sc进行积分计算，液滴(2)经过第二位置传感器(5)时，第二位置传感器(5)发出信号T₁至信号处理单元(6)，信号处理单元(6)得出两信号的时间差T＝T₁-T₀，并结束积分计算，得出第一积分值即是在液滴经过状态下对电容传感及转换器(4)输出值Sc的积分值 ${\mathrm{\Σ}}_1=\underset{T_0}{\overset{T_1}{\∫}}{S}_c\mathrm{dt};$ 在紧接着的无液滴状态下，信号处理单元(6)从T₂时间开始再对电容传感及转换器(4)的输出值Sc进行积分计算，在T₃时间结束积分计算，得出第二积分值即是无液滴状态下电容传感及转换器(4)输出值Sc的积分值 ${\mathrm{\Σ}}_2=\underset{T_2}{\overset{T_3}{\∫}}{S}_c\mathrm{dt};$ 最后，信号处理单元(6)计算第二积分值与第一积分值在等时间比率下的相对变化值 $\mathrm{\Δ\Σ}=({\mathrm{\Σ}}_2-\frac{T_3-T_2}{T_1-T_0}\·{\mathrm{\Σ}}_1)/{\mathrm{\Σ}}_2,$ 按相对变化值Δ∑得出对应液滴的体积值Q＝F(Δ∑)，式中F(Δ∑)是一个通过实验数据拟合的单调函数；再由第一个位置传感器(3)与第二个位置传感器(5)的安装距离L和数据T，计算出对应液滴经过第一个位置传感器(3)时的速度值 $V\left(T_0\right)=\frac{2L-{\mathrm{gT}}^2}{2T}$ 和对应液滴形成时的断点位置值 $H=\frac{{\left[V\left(T_0\right)\right]}^2}{2g},$ 式中g为重力加速度系数。

2.一种用于权利要求1所述的液滴的多参数检测方法的装置，包括一个信号处理单元(6)，其特征在于有适于液滴(2)垂直下落依次经过垂直重叠的第一位置传感器(3)、电容传感及转换器(4)和第二位置传感器(5)，两个位置传感器(3、5)的输出接入信号处理单元(6)，电容传感及转换器(4)的输出连接到信号处理单元(6)。