專利名稱：一種用于確定密封容器的內(nèi)壓的方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定密封容器的內(nèi)壓的方法及其設(shè)備，尤其涉及一種用于通過分析密封氣瓶的振動(dòng)模式的方式非破環(huán)性地確定密封氣瓶的內(nèi)壓的方法及其設(shè)備。
目前確定氣瓶?jī)?nèi)壓的已知的方法中包括使用壓力表。壓力表在操作一個(gè)閥之前連接到瓶的輸出口上，該閥使表與瓶的內(nèi)裝料直接連通并對(duì)其內(nèi)的壓力起反應(yīng)。這種表在由熟練操作者正確地安裝時(shí)雖然能提供較高的精確度，但它們自身并不適于快速操作。這樣，當(dāng)一個(gè)操作者檢查大量的氣瓶時(shí)會(huì)引起不希望有的拖延。實(shí)際上，當(dāng)例如僅僅是想檢查瓶是否基本上滿或基本上空，以避免將空瓶發(fā)派給客戶時(shí)，這種表的準(zhǔn)確性只是一個(gè)不重要的優(yōu)點(diǎn)。
因此，需要一種用于確定密封容器，例如氣瓶的內(nèi)壓的方法及其設(shè)備，其使用起來比較快并且不依賴于操作者的技巧就能保證準(zhǔn)確的測(cè)量值。本發(fā)明要獲得的另一個(gè)附加目的是提供一種容易裝在緊緊堆集在一起的瓶之間較小的間隙中的設(shè)備。
因此，本發(fā)明提供一種確定容器內(nèi)壓的非侵入式方法，該方法包括下列步驟(a)將容器的數(shù)據(jù)輸入存儲(chǔ)器中；(b)以受控方式敲擊該容器以便激勵(lì)振動(dòng)的徑向－周邊振蕩主模(f1)和其第一諧波(f2)(c)探測(cè)由敲擊所述容器引起的振動(dòng)；(d)產(chǎn)生所測(cè)振動(dòng)的頻譜；
(e)把振蕩主模(f1)的頻率和第一諧波(f2)與頻譜分離；(f)從分離開的f1和f2的值計(jì)算內(nèi)壓P。
不言而喻，上面提及的計(jì)算可以由一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算裝置進(jìn)行，因此，由于本方法避免了與壓力表有關(guān)的問題，故一個(gè)不熟練的操作者可以以較高的速度進(jìn)行壓力測(cè)定。
本發(fā)明的另一個(gè)內(nèi)容是，提供一種非侵入地確定容器內(nèi)壓的設(shè)備，所述設(shè)備包括(a)用于接收基本的容器信息的裝置；(b)敲擊裝置，用于以受控方式敲擊容器以便激勵(lì)振動(dòng)的徑向－周邊振蕩主模(f1)和其第一諧波(f2)；(c)探測(cè)裝置，用于探測(cè)由敲擊所述容器引起的振動(dòng)；(d)把f1和f2的值分離出的分離裝置；(e)計(jì)算裝置，用于從分離出的f1和f2的值計(jì)算出內(nèi)壓P。
以下參照附圖以舉例的方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述，其中

圖1是一個(gè)裝接到瓶上的本發(fā)明設(shè)備的側(cè)視圖；圖2和3是所接收到的振動(dòng)信號(hào)的圖形；圖4是針對(duì)各種壓力下瓶子壓力相對(duì)于振動(dòng)頻率的圖；和圖5是有關(guān)壓力計(jì)算軟件的流程圖。
參見圖1，設(shè)備10包括一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理裝置，例如一個(gè)要在下面詳細(xì)描述的手提數(shù)據(jù)探測(cè)器12和一個(gè)螺線管或手動(dòng)敲擊器14。敲擊器14可以安裝在一個(gè)支承件16上，該支承件16的形式是一個(gè)具有一塊或更多塊磁鐵18的細(xì)長(zhǎng)形件或桿件，磁鐵是用于將桿支承件16固定到待測(cè)的瓶20上。為便利起見，所述磁鐵中之一可以在所述支持件16上下滑動(dòng)，以便適合于各種尺寸的瓶20。敲擊器14相對(duì)于所述支承件16和磁鐵18安裝成在所述敲擊器處于縮回位置時(shí)在敲擊器14的邊緣14a和瓶之間留有一間隙G。設(shè)置一個(gè)形式為過載傳感器22的信號(hào)探測(cè)器用于探測(cè)因操作敲擊器14產(chǎn)生的瓶?jī)?nèi)振動(dòng)。過載傳感器被連接到數(shù)據(jù)探測(cè)器12上用于將數(shù)據(jù)傳送到其上。
數(shù)據(jù)探測(cè)器12包括一個(gè)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12a、一個(gè)存儲(chǔ)所截獲和所處理的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器12b，一個(gè)以后面要描述的方式處理數(shù)據(jù)的處理器12c，一個(gè)簡(jiǎn)單的鍵盤座和顯示器12d和一個(gè)動(dòng)力源12e。數(shù)據(jù)探測(cè)器12還可以具有一種對(duì)結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)和/或在一系列通信連接裝置(未示出)上加載數(shù)據(jù)的能力。一般來說，信號(hào)處理能力還包括通過截止于約3.5KHz的低通數(shù)字濾波器進(jìn)行濾波和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換的手段。
本發(fā)明的設(shè)備特別小，使得其可插入在緊緊堆集著的圓周形瓶之間的小間隙內(nèi)。在該位置，敲擊器14位于瓶的中部，以便使瓶端對(duì)壓力確定方法的影響減至最小。
現(xiàn)參見圖1至5，本設(shè)備10是這樣操作的，首先從存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的尺寸范圍中選定合適的瓶尺寸，或人工輸入數(shù)據(jù)，由此得到與其相關(guān)的基本數(shù)據(jù)(步驟A)；用敲擊器14敲擊瓶20，以便至少激勵(lì)振動(dòng)的徑向－周邊振蕩主模(f1)和其第一諧波(f2)；通過過載傳感器22探測(cè)瓶20內(nèi)的振動(dòng)波形(圖2，3)(步驟B)；進(jìn)行轉(zhuǎn)換到8至12比特分辨率的模擬/數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換(步驟C)及將轉(zhuǎn)換的信號(hào)送給數(shù)據(jù)探測(cè)器12進(jìn)行處理。處理過程包括的步驟有借助例如一種快速傅里葉變換技術(shù)整理所收到的信號(hào)(步驟D)和然后分離f1和f2的值。f1和f2的分離可以通過從所整理的信號(hào)中選擇十個(gè)最突出的共振峰值(步驟E)并檢索和辨認(rèn)出與f1和f2峰值對(duì)應(yīng)的峰值的方式進(jìn)行的。最好檢索和辨認(rèn)程序包含下列步驟(a)估計(jì)f1的值(f1估計(jì)值)并在由下列步驟產(chǎn)生的所述估計(jì)值(參見圖4)f1(估計(jì)值)的給定范圍R內(nèi)尋找f1的真實(shí)值(ⅰ)從所存儲(chǔ)或人工輸入的數(shù)據(jù)中選擇瓶厚度(t0)的額定值。
(ⅱ)由例如下列公式計(jì)算A(A0)的額定值A(chǔ)0=C1×0.49(Et02ρd4)]]>(ⅲ)由下式估計(jì)f1(估計(jì)值)f1(估計(jì)值)＝A＋Bp式中Bp給定為零值(b)估計(jì)f2的值(f2(估計(jì)值))并在所估計(jì)的值的給定范圍內(nèi)尋找f2的真實(shí)值(見圖4)；f2(估計(jì)值)是由例如公式f2(估計(jì)值)＝2.8×A0－f1計(jì)算出的(步驟G)。
在辨認(rèn)出f1和f2的值之后(步驟H)，可以由例如下面公式計(jì)算出A的真實(shí)值A(chǔ)＝(f2－f1)/2.8瓶壁的厚度t接著可以由例如下面公式計(jì)算出A=C1×0.49(Et2ρd4)]]>在計(jì)算了壁厚t之后，變量B可以由例如下式計(jì)算出B=C2×0.05dt2(1ρE)]]>然后可以由下式計(jì)算出容器內(nèi)的壓力PP＝(f1－A)/B(步驟I)計(jì)算結(jié)果可以借助手提式數(shù)據(jù)探測(cè)器12或一個(gè)計(jì)算機(jī)打印機(jī)(未示出)呈現(xiàn)給操作者(步驟J)。
顯然，可以采用許多種不同的計(jì)算方法，因此，本發(fā)明不應(yīng)被認(rèn)為僅局限于此文中所列方法。
權(quán)利要求
1.一種確定容器內(nèi)部壓力的非侵入式方法，該方法包含下列步驟(a)將容器的數(shù)據(jù)輸入存儲(chǔ)器中；(b)以受控方式敲擊該容器以便激勵(lì)振動(dòng)的徑向－周邊振蕩主模(f1)和其第一諧波(f2)；(c)探測(cè)由敲擊所述容器引起的振動(dòng)；(d)產(chǎn)生所測(cè)振動(dòng)的頻譜；(e)把振蕩主模(f1)的頻率和第一諧波(f2)與頻譜分離；(f)從分離開的f1和f2的值計(jì)算內(nèi)壓P。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該方法還包括下列步驟(a)由下式計(jì)算變量A的值A(chǔ)＝(f2－f1)/2.8(6)由下式計(jì)算容器的厚度A=C1×0.49(Et2ρd4)]]>(c)由下式計(jì)算變量BC2×0.05dt2(1ρE)]]>(d)由下式計(jì)算容器內(nèi)的壓力(P)P＝(f1－A)/B式中t＝容器壁的厚度d＝容器的直徑E＝容器的彈性模量ρ＝容器材料的密度C1和C2為修正因子，用于修正容器的端部對(duì)計(jì)算的影響。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于f1和/或f2是通過一個(gè)或幾個(gè)預(yù)先確定的頻率范圍內(nèi)尋找的方式分離的。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于f1是通過這樣的方式分離的，即估計(jì)f1的值(f1估計(jì)值)并在由下列步驟產(chǎn)生的所述估計(jì)值(參見圖4)f1(估計(jì)值)的給定范圍R內(nèi)尋找f1的真實(shí)值(a)選擇瓶厚度(t0)的額定值；(b)由下列公式計(jì)算A(A0)的額定值A(chǔ)0=C1×0.49(Et02ρd4)]]>(c)由下式估計(jì)f1(估計(jì)值)f1(估計(jì)值)＝A＋Bp式中Bp給定為零值
5.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于f2是通過這樣的方式分離的，即首先估計(jì)f2的值(f2估計(jì)值)，然后在所述估計(jì)值的給定范圍內(nèi)尋找f2的真實(shí)值，f2(估計(jì)值)由下式計(jì)算出f2(估計(jì)值)＝2.8×A0－f1式中A0是根據(jù)權(quán)利要求3計(jì)算出的A的額定值，而f1是振動(dòng)的徑向－周邊振蕩主模的實(shí)際值。
6.一種非侵入地確定容器內(nèi)壓的設(shè)備，所述設(shè)備包括(a)用于接收基本的容器信息的裝置；(b)敲擊裝置，用于以受控方式敲擊容器以便激勵(lì)振動(dòng)的徑向－周邊振蕩主模(f1)和其第一諧波(f2)；(c)探測(cè)裝置，用于探測(cè)由敲擊所述容器引起的振動(dòng)；(d)把f1和f2的值分離出的分離裝置；(e)計(jì)算裝置，用于從分離出的f1和f2的值計(jì)算出內(nèi)壓P。
7.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于所述計(jì)算裝置由下列公式計(jì)算A，t，B和P的值A(chǔ)＝(f2－f1)/2.8A=C1×0.49(Et2ρd4)]]>B=C2×0.05dt2(1ρE)]]>式中A和B是修正因子t＝容器壁的厚度d＝容器的直徑E＝容器的彈性模量ρ＝容器材料的密度C1和C2為修正因子，用于修正容器的端部對(duì)計(jì)算的影響。
8.如權(quán)利要求5或6所述的設(shè)備，該設(shè)備還包括一個(gè)其上安裝有所述敲擊裝置的支承件和用于將所述支承件固定到所述容器上的固定裝置。
9.如權(quán)利要求5或6所述的設(shè)備，其特征在于所述支承件包括一個(gè)細(xì)長(zhǎng)形構(gòu)件，其尺寸使得其能插入緊密堆集著的圓筒形容器之間。
10.如權(quán)利要求6，7或8所述的設(shè)備，其特征在于所述固定裝置包括一對(duì)磁鐵，該對(duì)磁鐵在操作中起將支承件磁性地固緊在所述容器上的作用。
11.如權(quán)利要求5至9任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于所述敲擊裝置包括一個(gè)具有一敲擊件的螺線管，該敲擊件在操作中被保持在離開待敲擊的容器表面，并在希望產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)被釋放開以敲擊所述容器。
12.如權(quán)利要求5至10中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于所述探測(cè)裝置是一個(gè)過載傳感器。
13.一種基本上如參照?qǐng)D1至5所描述并如圖1至5所示的設(shè)備。
14.一種基本上參照?qǐng)D1至5所描述并如圖1至5所示的方法。
全文摘要
一種用于確定密封容器的內(nèi)壓的方法及其設(shè)備(10)，該設(shè)備(10)包括用于激勵(lì)振動(dòng)的徑向-周邊振蕩主模(f
文檔編號(hào)G01L11/00GK1116299SQ9510484
公開日1996年2月7日 申請(qǐng)日期1995年5月4日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月4日
發(fā)明者P·范曼倫 申請(qǐng)人:英國(guó)氧氣集團(tuán)有限公司