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)



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。

关键词：声学法；高精度；体积测量；非接触式测量

体积测量是很多工业领域和科学研究中必不可少的环节，例如汽车发动机汽缸体积的测量和实验室中固体密度的测定等。在一些应用场合，如砝码体积的校准，由于被测物形状的易损坏性，体积测量往往要求在非接触的条件下进行。然而由于物体形状的复杂性，体积测量的精确度受到限制。本文研究的基于声学法的体积测量方法，既能实现非接触测量，又能保证测量的精确性。

常规的体积测量方法都是基于几何原理，主要包括液体静力法和空间建模法。……