CN1044529A - 测量长度的方法和实施该方法的设备 - Google Patents

Abstract

测定气体柱或液体柱或固体棒的长度的方法和设备。在介质柱中产生已知频率和波速的驻波，变化频率直至检测到振幅的两个相继最大值或最小值或一大一小。介质柱长度L＝C/[2(F_n-F_n-1)]，C为波速，F_n和F_n-1为第n和(n-1)个最大值的频率。设备包括装在带管状出口孔3的谐振腔2中的扩音器1。谐振腔2利用隔套4装在包括待测长度的介质柱的管子6上。隔套4也支承接收微音器7。利用带控制微音器10的调节装置11使谐振腔中声压保持稳定。

Description

本发明涉及一种以不接触方式测定包含在一端封闭或两端开放的管腔内的液体或气体物质柱或固体棒的长度的方法，在柱或棒中产生具有已知频率或波长并具有已知传播速度的驻波，该驻波的一个波节安置在柱或棒的一端，特别是安置在与管腔的开放端相对的闭合端，或者是一个波腹安置在管腔的两个开放端部之一处，而改变驻波的频率。

至今为止已知的测量水位的方法，不管是水文学中的，是地表水或地下水区域中的，还是有关计算废水通道或测量水库充水水位的研究中的，绝大部分依靠传统的或费钱的测量技术，例如使用压力检测器或浮体，或是基于测量传输时间（回波法）。

除了使用多年而且待测水位的高度函数是由齿轮传感的浮体外，人们使用压力检测器，该法利用传感器在压力检测器触点处测量触点和介质表面之间的液柱。

此外，水文学中使用利用静止系统的测量方法，这种系统通过称重设备的压力平衡利用所谓水泡接口测量水柱高度（例如由Kaufbeuren的SEBA水文测量法进行的压缩空气水位Ω）。也使用光缆探测仪和深度探头。就光缆探测仪而言，探测仪触点浸入必须确定水位的地下水的浸入程度被显示出来。光缆上的长度刻度能够读出至水面的高度。在深度测量设备中，当探头冲击水面时计数器就停止，这也能测定至水面的高度。

在已知的利用回波的传输时间测量法中，由脉冲发生器发射的脉冲从水面或其它物体反射回来，脉冲发射和反射脉冲返回之间的时间被取作通过路径的度量。由于费用昂贵，此种脉冲-回波测量在水文学中很少使用。

已知机械度量装置的一个缺点是测试值是由不精确的器械得来的。除了温度波动引起的不精确以外，还存在其它困难，例如当向用于地下水测量用的测量管插入浮体时，特别是当这些经常是很长的测量管被弯曲的时候。

在光缆探测仪和深度测量设备中也存在温度引起的不精确性。这些测试设备由于其本身的重量而额外地引入光缆长度延伸的缺陷。固定的设备在水里长时间悬挂的探头可能渗水。同时，探头在拉出时可能破裂而损失。

法国专利2，185，095说明一种测定试验物体尺寸的方法。为此试验物体被移入高频室，确定两个频率，是待测尺寸的试验物体的谐振频率。在法图专利2，185，095中所述的方程式的基础上，可以确定试验物体的尺寸。由法国专利2，185，095提供的一种示例性的应用是测定制造试验物体的材料的热膨胀系数。

从法国专利2，195，085中根本不能推出如何通过产生驻波和确定依次相连的最大值（或两个最小值和一个最大值一个最小值）来测定充满气体或液体的空腔或棒的长度。

美国专利3，237，445基于利用待测厚度物体的基本频率的谐振频率来从方程式t＝c/f测出常规厚度。美国专利3，237，445还提到一种已知方法，就是假定在超声波通过待测物体后基本频率的谐振频率将形成一个最大信号，就能利用连续改变超声频率来测定谐振频率（物体对谐振频率或其谐波特别透明）。为了避免在谐振频率达到之前变化频率，美国专利3，237，445提出将具有许多个频率的超声波同时指向试验物体，并在超声波通过物体后再一次测定频率。因为试验物体对谐振频率特别透明，所以具有谐振频率的超声波将特别显著，因为当该频率通过物体时该频率受到的阻尼最小。

英国专利842，241涉及用超声法从公式f＝V/2T测定厚度，采用在频谱预定范围内变化的振荡器频率。在振荡器响应的那些频率（谐波频率）测定谐波振荡的半波长，直接按可以相互转动的标尺读出试验物体的厚度。英国专利842，241在用超声法测定厚度时引证了驻波的存在。

德国专利2312062公开了一种按超声浸入谐振法原理工作的壁厚试验装置，一个超声发生器通过耦合液体从声学上耦合到要确定壁厚的物体上。超声发生器的频率受高频振荡器的稳定调制，由此在耦合液体中形成许多依次相连谐波的快速序列的瞬时驻波（具体见德国专利2312062的第7栏第46行至第8栏第6行）。

德国专利3117236使用驻波确定监测空间中物体的存在和该物体是否正在移动。频率并不变化。不需进行任何种类的距离测定，相反，必须使声波运动的压电陶瓷发生器安装在离试验物体特定的距离。

至于德国专利2144472中公开的测定金属部件厚度的方法，是在两个天线之间产生驻波，而试验物体置于两个天线之间。频率保持恒定，并不试图利用物体内部的波长变化的驻波来测量该物体的厚度。

本发明的目的是提供一种简单而准确的测量待测路径长度或路径端点之间距离的方法。

这个问题在本发明中是这样解决的，就是在波被送入的柱或棒的端部测定驻波的振幅，改变波的频率直到至少检测到驻波的两个依次相连的最大值（振荡波腹）、两个依次相连的最小值（波节）或一个最大值随后一个最小值，棒或柱的长度用下列公式计算出：

L＝σC/〔2（fu-fn）〕（3）

式中L为棒或柱的长度，C为波的传播速度，fn为第一个测到的最大值或最小值处的驻波频率，fu为最后测到的最大值或最小值处的驻波频率，σ为从第n个到第u个最大值或最小值的被测量大值或最小值的数目（σ＝u-n）;或者，如果波长λ已知，可以从下列公式算出：

L＝σ（λ_uλ_n）/〔2（λ_n-λ_u）〕（5）

式中L为棒或柱的长度，λ_n为第一个测定的最大值或最小值处的驻波波长，λ_u为最后测定的最大值或最小值的波长，σ为从第n个到第u个最大值或最小值的被测最大值或最小值的数目（σ＝u-n）。

最好是在本发明中使用纵波。

最好在本发明中在柱或棒中产生声学驻波。

本发明还应用于在柱中（特别是在气态物质柱中）或在棒中产生声学驻波的情况。

在本发明的一个实用实施例中，柱或棒中的驻波是从检测驻波振幅的那端产生的。

对于一端封闭的管腔的柱的情况和在实际中有利的是，驻波应当从腔的开放端产生，或者为了产生驻波，应当使用声波发生器如声频发生器。

本发明还扩展到以在介质柱中产生的驻波的已知频率和波速从下列公式中计算出介质柱的长度：

L＝C/（2（f_n-f_n-1）〕（1）

式中L为介质柱的长度，C为波速，f_n为第n个最大值的频率，f_n-1为第（n-1）个最大值的频率。这是当σ＝1时用公式（3）计算的特定情况。

本发明的方法比起已知的试验方法来在准确度和实施费用方面占有优势，并且易于数字化。

本发明的另一目的是实现上述方法的设备，用于在一端封闭或两端开放的腔内测定液体或气体柱的长度，并提供实施本发明方法的设计简单的此种设备。

该问题由本发明用具有下列特征的设备解决，这种特征是有一个扩音器连接到一个隔套上，隔套的另一端可以靠着包含气体或液体物质的特种管腔的一端或开放端安置，采用一个接收微音器作为声波检测器。

在两端开放的柱的情况下，可以将有利于声波吸收的材料安装在产生驻波的柱端，使得可以避免干涉反射。

本发明设备的另一种优选设计构成权利要求10至18的内容。

本发明的设备用于将测量特定管腔长度的声波所需的声源耦合到该管腔上。气体或液体柱的激励是这样完成的，使得能保证明确的谐振，因此用本发明的方法进行的测量既简单又准确。用本发明的设备进行的发射波的耦合采取这样的方式，使得反射波可以自由地射出入口孔径。因此不会发生入射波与反射驻波的重叠。从而避免了在接收微音器处的可能会导至虚假解释的最大值或最小值的差异。

如果在扩音器的谐振空间中附加地测量声压并使声压通过控制电路反馈回去并保持恒定的话，那么即使在本发明设备的操作中变化频率/波长，也能保证由声频发生器产生的声波的恒定声量（声压）。

本发明的方法和设备的应用是水文学中水位的测量以及水库的充水状态。此外本发明可以被用于测量压力计量中的压力波动和监测消耗量。本发明设备的操作基本上没有机械部件，如此得到的试验值马上可以进一步处理，因为已经以数字形式存在。任何液体如油或液态气体的贮存池液位可以准确地测量和显示。

本发明的其它应用为航空动力学、气象学和真空技术，也就是，在进行压力液柱（如汞柱）测量的任何地方。

因为本发明的方法和设备是非常准确的，所以通过测量新旧液位可以测定从贮存库流走的液体量。在这种应用中可以免去已知的复杂的机械的或诱导式的流量计。

举例说，本发明的测量可以通过在管子的开放端或一个开放端安装一个声波（声频）发生器而后再安装一个声波接收器（微音器）来进行。声波发生器发射（比如说）频率已知因而波长已知的声波进入管子。声波接收器连续地感知管子开放端或一个开放端处的声波强度。

由声波发生器发射的声波的已知频率（或波长）连续地（或步进地）变化（比如说不断增大）。因此，在声波接收器（微音器）附近产生声波强度的波动。声波强度是驻波振幅的度量。在管子中靠近声波接收器（微音器）的地方存在由声波发生器产生的声波波腹，该处的声波强度经常达到最大值。如果恒定管长对一端封闭的管子是每次由声波发生器产生的波长的四分之一、四分之三、四分之五或四分之七等等，而对两端开放的管子是波长的四分之二、四分之四、四分之六或四分之八等等，那就是上述情况。作为规律，如果管长（气体或液体柱或棒的长度）对于一端封闭的管子来说是四倍管长的奇数因子，或对两端开放的管子来说是四倍管长的偶数因子，或者换句话说，当管长对一端开放的管子是四分之一波长的奇数个四倍时，在开放端或在一个开放端就出现波腹（振幅最大值）。

在本发明的测量方法中，声波发生器的（已知）频率发生变化，谐振强度被确定，而后由此测定两个依次相连的声波振幅（波腹）。不需要知道最大值的数目。在介质柱中产生的驻波的已知频率和波速下，可以从下列方程式中计算出介质柱的待测波长：

L＝C/〔2（f_n-f_n-1）〕（1）

式中L是介质柱的长度（在上述例子中是竖井中的水位），C为波速（在例子中为声速），f_n为第n个最大值的频率而f_n-1为第（n-1）个最大值的频率。

代入空气中的声速C＝331.3+0.6tm/s，方程（1）可以转变如下：

L＝〔331.3+0.6t〕/〔2（f_n-f_n-1）〕（2）

式中t为待测介质的温度（℃）。

方程（1）是从两个方程式中推出的，也就是：

（a）L＝（2n-1）λ_n/4＝（2n-1）C/4f_n

用于一端封闭管子的第n个最大值，或

L=［2n-1］2 (λn)/4 = (2n-1)/2 · (c)/(fn)

用于两端开放管子的第n个最大值：

（b）L＝〔2（n-1）-1〕λ_n-1/4＝（2n-3）C/〔4f_n-1〕

用于一端封闭管子的第（n-1）个最大值，或

L=［2(n-1)-1］2 (λ_n-1)/4 = (2n-3)/2 · (c)/(f_n-1)

用于两端开放管子的第（n-1）个最大值，而此处λ是第n个最大值的波长;f_n是第n个最大值的频率;λ_n-1是第（n-1）个最大值的波长;f_n-1是第（n-1）个最大值的频率;n＝方程式中最大值下降的顺序号，因此不需要知道;C＝声波在介质中的传播速度，而L＝测得的波长。

本方法的实施并不一定要两个直接依次相连的最大值或最小值。相反，也可使用任意已知数目的最大值或最小值两端的最大值或最小值。

如果两个最大值并不直接依次相连，那末长度L由下式计算：

L＝σC/〔2（f_u-f_n）〕（3）

式中σ为通过的波腹数目（略去第一个）;f_u为第u个最大值的频率;f_n为第n个最大值的频率;λ_u为第u个最大值的波长;λ_n为第n个最大值的波长;u＝最后记录到的最大值的顺序号，而n＝第一个记录到的最大值的顺序号。

n和u都不需要知道，但是两者之差σ＝u-n必须知道，也就是，在测量时必须计数，此处u必须大于n，即，当逐渐地增大频率时，第一个为第n个频率，而后为第（n+1）个，而后将通过第（n+2）个频率，等等，而最后为第u个频率。

如果声波的传播速度对空气计算，即C＝331.3+0.6t，那么

L＝σ〔331.3+0.6t〕/〔2（f_u-f_n）〕（4）

方程（3）从下列两个条件中计算出来：

最后记录的最大值，L＝（2u-1）λ_u/4＝（2u-1）C/4f_u或

L＝（2u-1（2λ_u）/4＝（2u-1）C/2f_u，

第一个记录的最大值，L＝（2n-1）λ_n/4＝（2n-1）C/4f_n或

L＝（2n-1）（2λ_n）/4＝（2n-1）C/2f_n

如果波长和波速已知，长度可以从下式计算出来：

L＝σλ_uλ_n/〔2（λ_u-λ_n）〕（5）

在方程（5）中，L为棒或柱的长度，C为声波的传播速度，λ_n为第一个确定的最大值或最小值处的驻波波长，λ_u为最后测定的最大值或最小值，而σ为第u个和第n个最大值或最小值之间确定的最大值或最小值的数目。

本发明的方法和（或）设备也可以用于监测和控制水库的充水。首先以上述方法确定水位。而后向水库充水并同时发射此时以恒定频率发射的声波。测定波腹的数目，在记录到对应于较早测定的水位和要达到的水位之间的差异的波腹（或最小值）的数目之后，就停止水库的充水。

此外我们还发现，本发明的方法和设备的接收微音器不需要精确地安装在柱子的端部。只要微音器安装在柱端内外八分之一波长的范围内，就可以进行满足要求的长度测量。

如果在方程（3）和（5）内f_n大于f_u或λ_u大于λ_n，那么长度将对应于计算结果的绝对值。

当必须利用本发明的方法和设备来测定固体棒的长度时，最好在与声波发生器和接收器相对的棒端形成一个振荡波节，而后，利用存在棒内产生的波节的那一端，使棒靠在一个声波较难穿透的材料制成的物体上，从而使声波在棒内在其端部处受到强有力的反射。

下面结合附图更详细地说明本发明。

图1a和1b示意地表示柱子中的各种驻波;

图2是本发明设备的功能图解;

图3是本发明设备的一个实施例，设备安置在部分填充液体的管子上;

图4是图3设备的放大细部;

图5是本发明设备的调节装置的方框流程图;

图6a和6b表示两种不同的情况下振幅A作为频率f的函数的图形;

图7是表示频率测量点之间距离的图形。

图1a图解表示长度为L的管子6中的驻波，管子的开放端联结了声波（声频）发生器1和声波接收器（微音器）7。对于图1a的第一个例子，波长λ＝4L，在第二个例子中，波长λ＝4/3L，在第三个例子中λ＝4/5L，而在第四个例子中λ＝4/7L。

通常，λ_n＝4L/（2n-1），由此L＝（2n-1）λ_n/4。

图1a中表示的例子每个都在声波发生器1处显示波腹而在静止（封闭）管端处显示波节。

图1b表示长度为L的两端开放的管子6中的驻波的几个例子，管子的一个开放端联结了声波发生器（声频发生器1）和声波接收器（微音器7）。在图1b中所示的第一个图中，波长λ＝4/2L，在第二个图中，λ＝4/4L，在第三个图中λ＝4/6L，而在第四个图中，λ＝4/8L。

通常，λ_n＝2L/（2n-1），因此

L＝（2n-1）λn/2

图1b表示，在提供的例子中，在声波发生器处和相对的开放管端处始终都是波腹。

当声波发生器发射的波长为长度L四倍的奇数分数即管子长度L的4/1、4/3、4/5、4/7……等等时，也即当管长为发射波长的1/4、3/4、5/4、7/4……等等即四分之一波长的奇数倍时，微音器处的振幅及由此产生的声波强度始终是最大的（图1a）。

同样的考虑也适用于图1b。

图2中所示的设备装有形式为扩音器的声波发生器1，安装在具有收缩的管状声波输出孔3的谐振室2中。

谐振室2的座罩装有隔套4，安置在待测长度L的管子6的开放端部5上。

声波接收器（在本实施例中为微音器7）也安装在管子6的开放端5上。接收微音器7可以安装在搁置于管子6的端部上的隔套4的部分8上。

隔套4的设计要使得从反射波来的辐射9尽可能不受阻碍。为此，隔套横切辐射9的部分要制造得窄一些。在需要的场合，辐射波可以利用阻尼材料进一步衰减。

一个控制微音器10安装在谐振室2内，例如在其座罩上。该控制微音器10通过调节器11耦合到扩音器1上，它控制扩音器1的声波输出，由此在谐振室2内将在每个频率（波长）上存在同样的声压。

用以实现本发明方法的设备可以以这样的方式设计，使得它能够部分地或完全地自动操作，因此操作人员只需要读出结果即测出的长度。

图3的设备包括座罩21、隔套22（包括隔套短管40、支承棒41和紧固环42）、扩音器23、接收微音器24、控制微音器25、调节器装置26和正弦波发生器27。

座罩21在声波出口处的形状是以这样的方式选择的，就是使得反射的波前9不再能够被反射回来进入管子29中。此处可以再一次采用附加的阻尼材料来防止反射。

隔套22的目的是使扩音器23与管子29的开放端隔开，并使接收微音器24保持在管子的开口处。隔套22的部件（特别是它的支承棒41）被设计成这样一种方式，就是使得在发射和接收的波前9中尽可能不产生干扰辐射（在图4中用箭头指示）。如同时在图4中详细表示的，有利的几何图形为圆棒和带圆形端面的环。

调节器装置26包括控制微音器25、预放大器30、其通过频率在发射频率范围内的数字滤波器31、整流器32、振幅调制器33、输出放大器36、石英振荡器34、也给滤波器31计时的频率放大器35，以及方形脉冲/正弦波转按器27。调节器装置的方框流程图示于图5。

图6a表示在管子6或29的开放端部或一个开放端部处的驻波的作为频率f的函数的振幅A。测量准确度取决于可以测定最大值或最小值的精度。图6a中所示的最大值是可以明确地测量的，因此提供了准确的结果。准确度还直接取决于测量范围中的最大值或最小值的数目。待测的最大值或最小值越多，与确定最大值或最小值的位置有关的百分误差的重要性就越小。

图6b表示一种振幅A由机附加反射而降低的情况。当反射发生而造成声量增大时，产生沿△f1距离的最大值。沿△f距离的声量可能由于在座罩处或通过不适当的耦合而发生下降。

本发明的设备提供测量的高度准确性和可靠性。下面是有利的因素：

（a）座罩和隔套的设计不产生附加的反射（图3、4）;当使用两端开放的管子时，在需要的场合可以应用阻尼材料;

（b）发射波的耦合程度在整个频率范围上保持恒定;

（c）控制微音器和接收微音器的最高灵敏度位于没有环境噪声的发射频率上。

图7表示分别在管子6和29的开放端或一个开放端处驻波的作为频率f的函数的振幅A。测量频率的采样在初始范围B1和最终范围B3内比中央范围B2内要紧密得多。因此在第一个和第二个最大值之间的距离f1以及第六个最大值可以确定得更为准确，因而作为整体的测量也就更为准确。

就准确度和测量时间而言，本发明的方法可以优化如下。问题在于在所有状态下可靠地测定依次相连的最大值和最小值之间的平均距离△f（图6a）。

就图7而言，本发明的方法可以进行如下：

（a）测定最大测量频率

与管子的直径比较，最大频率处的波长必须是大的，因为否则在管子内就不会形成驻波。

（b）测定测量频率的采样距离dF

它由最大的待测波长确定，在差频最大值或最小值之间产生最小频率差。对于良好的分析来说，在两个最大值或最小值之间至少要测量12个频率点。

dF≤C/〔12（2L_max）〕（＝最小频率差）。

（c）等待振荡开始

在频率调置和扫描声量之间有一个强制性的等待时间，至少等到在管端处反射的声波已经回到输入处，换言之，等待时间为

dt≥2L_max/C

（d）测量开始时的最低频率

可能产生极值的最小频率给定如下：

f_min＝C/（4L_min）

因此在此该频率低得多的地方很少存在开始测量的点。

（e）进行测量

-以最小采样距离dF和最长等待时间dt从最低频率开始，

-以dF的增量增大频率，直到产生第一和第二个最小值或最大值，

-可以从两个最小值/最大值之间的频率差得到管子长度的第一次估算，从而对待测的管子长度可以匹配等待时间和频率距离，换言之，由此：

Ⅰ.在最初粗略预测的管子长度的基础上，等待时间可以被调整到特定的最短可预测值，

Ⅱ.如此扩大dF，使得在两个依次相连的最大值或最小值之间设定≥12的最少测量。

Ⅲ.所需要的必须确定的最大值或最小值的数目一方面依赖于所要求的准确度，另一方面依赖于可以利用的测量时间。必须确定最大值或最小值的可能的最大数目（在容许的测量范围Ⅰ和Ⅱ内），以获得最高准确度。如果测量时间受限制，或者如果准确度要求不太高，那么待确定的最大值或最小值数目可以降低到两个依次相连的最大值或最小值的理论限度值。

Ⅳ.因为测量准确度直接依赖于如何准确地测定△f，所以在测量区间的末尾最好恢复到频率距离dF的最小频率差（图7）。

Ⅴ.也可以从最高频率开始测量，并逐步降低频率继续测量，而后必须相应地修改所有实施步骤。

Claims (25)

1、一种以不接触方式测定包含在一端封闭或两端开放的管腔内的液体或气体物质柱或固体棒的长度的方法，在该法中在上述柱或棒中产生已知传播速度和已知频率或波长的驻波，该驻波的一个波节存在于柱或棒的一端，特别是存在于与管腔的开放端相对的闭合端，或者是一个波腹安置在管腔的两个开放端部之一处，在该法中驻波的频率是变化的，该方法的特征在于，在波被送入的柱或棒的端部检测驻波的振幅，改变波的频率直到至少检测到驻波的两个依次相连的最大值(波腹)或一个最大值随后一个振幅最小值(波节)，柱或棒的长度角下列关系式根据驻波的已知频率f算出；

L=σC/[2(f_u-f_n)] (3)

式中L为棒或柱的长度，C为波的传播速度，f_n为第一个测到的最大值或最小值处的驻波频率，f_u为最后测到的最大值或最小值处的驻波频率，σ为从第n个到第u个最大值或最小值的被测量大值或最小值的数目(σ=u-n)，或者，根据已知波长λ利用下列关系式算出；

L=σλ_uλ_n[2(λ_n-λ_u)] (5)

式中L为棒或柱的长度，λn为第一个测定的最大值或最小值处的驻波波长，λ_u为最后测定的最大值或最小值的波长，σ为从第n个到第u个最大值或最小值的被测最大值或最小值的数目(σ=u-n)。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于在柱或棒中产生电磁驻波。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于在柱中产生声学驻波，特别是在气态物质的情况下。

4、如权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，柱或棒中的驻波是从检测驻波振幅处的端部发生的。

5、如权利要求4中所述的方法，其特征在于，在包括一端封闭的管腔的柱的情况下，驻波是从管腔的开放端产生的，或者在两端开放的管腔内的柱的情况下，驻波是从管腔的一个开放端产生的。

6、如权利要求3至5中的一项所述的方法，其特征在于，比如说一个声频发生器被用作产生驻波用的声波发生器。

7、如权利要求3至6中的一项所述的方法，其特征在于，一个声波接收器如微音器用于测定介质中产生的驻波的振幅。

8、如权利要求3至7中的一项所述的方法，其特征在于，介质柱的长度是根据介质柱中产生的驻波的已知频率和波速利用下列公式计算的：

L＝C/〔2（f_n-f_n-1）〕（1）

式中L为介质柱的长度，C为波速，f_n为第n个最大值的频率，f_n-1为第（n-1）个最大值的频率。

9、如权利要求1至8中的一项所述的方法，其特征在于，使用频率f_max的最大值声波波长λ大于待测管腔的横向尺寸。

10、如权利要求1至9中的一项所述的方法，其特征在于，测量频率的最小频率距离dF是由下列关系式决定的：

df≤C/〔K（2L_max）〕

式中C为声波传播速度，K为两个最大值或最小值之间测量点的数目，最好大于或等于12，而L_max为待测介质柱的最大长度。

11、如权利要求1至10中的一项所述的方法，其特征在于：发射和测量声波之间的最小等待时间dt是从下列关系式测定的：

dt≥2L_max/C

式中L_max为待测介质柱的最大长度，C为声波传播速度。

12、如权利要求1至11中的一项所述的方法，其特征在于，极值可能产生的最小频率f_min是从下列关系式决定的：

f_min＝C/〔4L_min〕

式中C为声波传播速度，L_min为待测介质柱的最小长度。

13、如权利要求12所述的方法，其特征在于下列步骤：

（a）测量在最低频率f_min开始，具有最小的频率距离df和最长的等待时间dt;

（b）频率f按dF增量增加，直到产生第一个和第二个最小值或最大值;

（c）从两个最小值或最大值之间的频率差与等待时间dt和频率差值dF的修正估算出管长，等待时间dt是对最小可能值确立的，频率差值dF是对最大可能值确立的;

（d）按照希望的测量准确度所要求的数目测量最大值或最小值。

14、如权利要求13所述的方法，其特征在于，在接近测量区间末尾时，系统返回到开始测量方式的最小频率差值。

15、如权利要求13或14所述的方法，其特征在于，测量是在最高频率f_max开始的，而测量频率f逐步下降。

16、实施权利要求1至15的方法用的设备，其特征在于，有一个连接到隔套（4、22）上的扩音器（1）和一个用作声波接收器的接收微音器（7、24），隔套（4、22）的另一端部（8）可以靠着含气体或液体物质的特制管腔（6、29）的开放端部或一个开放端部（5）安置。

17、如权利要求16所述的设备，其特征在于，扩音器（1、23）安装在一个以座罩（21）为界的谐振室（2）中。

18、如权利要求17所述的设备，其特征在于，谐振室（2）的座罩（21）包括一个指向管腔（6、29）的开放端部或一个开放端部（5）的受限制的管状声波出口孔（3）。

19、如权利要求16至18中的一项所述的设备，其特征在于，检测谐振室（2）中声压的控制微音器（10、25）通过调节装置（11;26、27）联结到扩音器（1、23）上，而后控制扩音器，使得谐振室（2）中的声压将随变化的频率而保持恒定。

20、如权利要求16至19中的一项所述的设备，其特征在于，接收微音器（7、24）的最高灵敏度是可以变化的，提供了一种装置，使得接收微音器（7、24）的最高灵敏度可以与扩音器（1、23）产生的发射波的频率相匹配。

21、如权利要求16至20中的一项所述的设备，其特征在于，隔套（22）包括一个环（42），它具有支承棒（41）并通过棒（40）连接到谐振室（2）的座罩（21）上。

22、如权利要求21所述的设备，其特征在于，支承棒（41）在环（42）内部延伸并越过环（42）伸到外部。

23、如权利要求21所述的设备，其特征在于，管状声波出口孔（3）向着其自由端成锥形地缩小。

24、如权利要求16至23中的一项所述的设备，其特征在于，隔套（4、22）的面向管腔（6、29）的开放端的表面和特别是它的棒（41）和它的环（42）的表面是凸面的。

25、如权利要求16至24中的一项所述的设备，其特征在于，在两端开放的管腔中包含的静止柱的情况下，声学阻尼材料被安装在产生驻波的那个端部。

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