طراحی و ساخت دستگاه سنجش حجم با استفاده از امواج صوتی و حذف اثر تغییرات دما در اندازه‏ گیری حجم

Abstract

در این مقاله روشی آسان، کم‏هزینه و سریع برای اندازه‌گیری حجم ارائه شده است. برای نیل به این هدف، دستگاهی به نام حجم‏سنج اکوستیک طراحی و ساخته شده است. در این دستگاه، اندازه‌گیری حجم با استفاده از ایجاد تغییرات کوچک در حجم هوا و اندازه‌گیری تغییرات فشار حاصل از آن انجام می‌شود. دیاگرام بلوکی کل سیستم، دقت مبدل آنالوگ به دیجیتال، تعداد نمونه‏ها در یک دوره‏تناوب، مدت نمونه‏برداری، بررسی پاسخ فرکانسی سیستم، دلایل حساس بودن سیستم به تغییرات دما و نحوه جبران آن و نمایش نمودارهای لازم و نتیجه‏گیری مناسب موضوعاتی است که این مقاله به آنها پرداخته است. این دستگاه از سه بخش کامپیوتر، کنترل کننده و محفظه مکانیکی تشکیل شده است. کامپیوتر وظیفه دریافت و پردازش اطلاعات، کنترل‏کننده وظیفه کنترل فرکانس، دامنه و تقویت خروجی میکروفون‏ها و دریافت اطلاعات از واحد مکانیکی و ارسال آنها به کامپیوتر را بر عهده دارد. محفظه مکانیکی ساختاری استوانه‏ای داشته که جسم مورد نظر درون آن قرار ‌می‏گیرد با استفاده از یک بلندگو تغییر فشاری درون آن ایجاد و با دو عدد میکروفون تغییرات فشار اندازه‏گیری می‏شود. توسط الگوریتم‏هایی، اطلاعات لازم جمع‏آوری و پردازش‏های متفاوتی روی اطلاعات انجام می‏شود و با استفاده از قوانین ترمودینامیک، حجم جسم محاسبه می‌گردد. سرعت بالا در اندازه‏گیری، هزینه کم، سادگی و دقت قابل قبول، بارزترین ویژگی‌های دستگاه ساخته شده است. اندازه‏گیری و تحلیل‏های مکانیکی و الکترونیکی نشان می‏دهد بهترین فرکانس مورد استفاده 40 هرتز است که در این میان محدودیت اصلی را محفظه مکانیکی ایجاد می‏کند. دو راه برای مقابله با تغییرات دما وجود دارد یک راه کنترل دمای محیط و دیگری جبران آن است. بررسی‏های انجام شده نشان می‏دهد مشکل اصلی در محفظه مکانیکی است. به این خاطر، حسگر دما روی محفظه مکانیکی قرار گرفته و با تغییرات کند دمای محیط، اطلاعات لازم از میکروفون‏ها و حسگر دما دریافت و ثبت شده است. اطلاعات جمع‏آوری شده پردازش شده و با استفاده از روش بهینه سازی <em>PSO</em><em> ¹ </em>تابعی استخراج شده است که ترکیب آن با سیگنال‏های اندازه‏گیری شده میکروفون‏ها با دقت خوبی می‏تواند اثر تغییرات دما را حذف نماید به نحوی که اندازه‏گیری مستقل از تغییرات دما داشته باشیم.