基于Labview的管道长度测量系统

　　3 测量结果 
　　通常情况下，闭口测量会比开口测量更为繁琐，如闭口测量需要密封末端端口，因此为了满足管道测量的方便性，本系统选用单端开口测量，将拾音器和扬声器放置于管道的同一端口，此种测量方式便于操作，仅需单端放置测量系统即可测量管道的长度。图5是将采集到的音频信号进行了FFT算法变换后的频谱图。在系统设计要求中，利用滤波器过滤掉了250Hz以下和450Hz以上的频率，因此本系统也选取250Hz～450Hz之间的共振频率作为计算数据进行计算。由图5可以清楚看到管道的空气柱的共振频率，其中管道的相邻共振频率之间有着固定的差值，从而由公式（2）可以计算得出管道的长度。 
　　在实验中，本测量系统分别了2m到10m的直管和弯折管，部分管道的测量结果如表1所示。由表1可见，在已测的各种管件中，很容易看出，相比较已知的管道长度，测量的管道长度的相对误差均处于0.7%以下，符合实验误差范围内，具有较高的实用价值。 
　　4 误差分析 
　　本测量系统的误差来源主要有： 
　　（1）工作环境的声速影响
      由于本系统利用单端开口测量公式（2）来计算管道长度，由公式（2）可知参数声速的准确性会对测量精度结果产生较大的影响。本系统定义声速为340m/s，但在实际现场的声度会受到温度、空气密度等影响，从而影响测量的精度。 
　　（2）硬件系统的局限性 
　　当采用FFT算法计算共振频率时，其准确性与拾音器的性能、声卡的采样间距、处理器的运算速度等因素有关。任何硬件系统都无法完全消除误差，因此会对实际测量结果产生误差。 
　　（3）管端修正误差 
　　由公式（2）可知，当采用单端开口测量时，需要增加一项修正项△l，由于该修正项本身存在近似误差和管内径测量误差，因而对管长测量产生影响。 
　　5 结束语 
　　（1）基于强大的Labview虚拟仪器技术，结合管内空气柱与声音的共振的基本理论，通过FFT算法精准的计算出共振频率，本系统实现了管道的自动化测量，测量误差小，实验相对误差均小于0.8%，测量误差小。（2）本系统核心组成部分为Labview软件，其硬件部分为简单的传感器的电路以及笔记本电脑，而笔记本电脑已经普及，同时利用声卡作为数据采集系统相比较昂贵的数字采集卡具有成本低廉的优点。（3）本系统抗干扰能力强，工作稳定，容易携带，方便于在各种室外环境中进行作业。同时由于采用单端测量，可以避免在诸如深埋地下管道等无法确定管道另外一端口的测量难题。（4）基于笔记本的强大处理能力，在熟练操作的情况下，整个测量时间仅为15秒，就能实现管道长度的快速测量。（5）本测控系统，自动化程度高，大大简化了操作，降低了科研人员的工作强度，具有较广的市场前景。 
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