CN109612548B - 一种基于蒙特卡罗法的计量罐容量测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于蒙特卡罗法的计量罐容量测量方法，涉及测量技术领域。计量罐内壁贴振动传感器，选定一个位置作为原点，敲击1次计量罐，得到振动从原点到传感器的传播距离为；在包含整个计量罐的最小长方体内产生N个采样点，判断采样点是否在所有传感器围成的区域内；若不是则判断采样点是否在以其中两个传感器为长轴顶点构成的椭球区域内；历遍所有个采样点，统计采样点个数，通过计算求得计量罐容量。本发明解决了现有技术中对计量罐容量检定精度较低、工作量大、仪器对环境稳定性要求较高的技术问题。本发明有益效果为：无需几何测量，工作量小，测量方便快捷，效率高。对环境要求不高，可适用于稳定性较恶劣环境，使用范围广。

Description

一种基于蒙特卡罗法的计量罐容量测量方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其是涉及一种基于蒙特卡罗法对计量罐容量的测量方法。

背景技术

计量罐包括立式罐、卧式罐、球形罐、船舱等，是液货交接的重要计量器具。计量罐计量的准确性直接关系企业、国家经济利益。计量罐容量计量检定是保证计量罐准确度的重要措施。当前常用计量罐检定方法包括几何测量法、容量比较法、激光扫描法等，主要存在以下问题：几何测量法原理简单，但工作量大、效率较低、对不规则计量罐测量精度较低。容量比较法精度较高，但排/放液时间长，导致效率较低，且需对受污染的测量液体进行后处理，增加检定工作量、检定成本。激光扫描法操作较简单，但成本较高，仪器对环境稳定性要求较高。

发明内容

为了解决现有技术中对计量罐容量检定精度较低、工作量大、仪器对环境稳定性要求较高的技术问题，本发明提供一种基于蒙特卡罗法的计量罐容量测量方法，达到计量罐容量检定对环境稳定性要求较低、操作简单便捷，提升计量罐检容量检定效率的目的。

本发明的技术方案是：一种基于蒙特卡罗法的计量罐容量测量方法：包括以下步骤：步骤一，在计量罐内壁不同位置粘贴贴片式振动传感器，传感器数量为N_sensors，选定一个位置作为原点P₀，敲击1次计量罐，根据振动强度及传感器自身位置反馈，得到传感器P_i的坐标为(u_i,v_i,w_i)，振动从原点P₀到传感器P_i的传播距离为l_i，其中i∈N⁺,i≤N_sensors；步骤二，在包含整个计量罐的最小长方体内(长方体的长、宽、高分别为Length、Width、Height)，随机产生N_sample个采样点，其中采样点P_x的坐标为(u_x,v_x,w_x)，x∈N⁺,x≤N_sample，判断采样点P_x是否在所有传感器P_i围成的区域内；步骤三，若采样点P_x不在所有传感器P_i围成的区域内，则判断采样点P_x是否在以其中两个传感器为长轴顶点构成的椭球区域内，该两传感器构成的线段距离采样点P_x最小；步骤四，历遍所有N_sample个采样点，统计满足步骤二、步骤三的采样点个数为N_Located-In，通过计算公式

求得计量罐容量。

作为优选，判断采样点P_x在所有传感器P_i围成的区域内的符合条件A为：存在a，b，c使得

其中a+b+c≤1,0≤a≤1,0≤b≤1,0≤c≤1，i,j,k∈N⁺,i,j,k≤N_sensors,i≠j≠k。

作为优选，当-u_iv_jw_k+u_iv_kw_j+u_jv_iw_k-u_jv_kw_i-u_kv_iw_j+u_kv_jw_i＞0时，符合条件A用坐标形式表示为：

当-u_iv_jw_k+u_iv_kw_j+u_jv_iw_k-u_jv_kw_i-u_kv_iw_j+u_kv_jw_i＜0时，符合条件A用坐标形式表示为：

作为优选，椭球长轴顶点为P_i、P_j，若|P₀P_i|≤|P₀P_x|≤|P₀P_j|or|P₀P_j|≤|P₀P_x|≤|P₀P_i|，则采样点P_x在该椭球区域内。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：无需几何测量，操作人员工作量小，测量方便快捷，效率高。对环境要求不高，可适用于稳定性较恶劣环境，适应性好，使用范围广，便于推广。

附图说明

附图1为本发明流程图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：

如图1所示，一种基于蒙特卡罗法的计量罐容量测量方法：包括以下步骤：步骤一，计量罐为凸式形状，内部无阻隔部件。在计量罐内壁多处不同位置粘贴振动传感器，以获取传感器处振动信息。传感器为贴片式，数量为N_sensors。传感器粘贴的位置无特定要求，只需散布在计量罐内部不同位置。随机选定一个位置，该位置不包括传感器在计量罐罐壁上的位置，作为原点P₀。敲击1次计量罐，根据振动强度及传感器自身位置反馈，得到传感器P_i的坐标为(u_i,v_i,w_i)，振动从原点P₀到传感器P_i的传播距离为l_i，其中i∈N⁺,i≤N_sensors。即，i为正整数集，且数量不大于传感器数量。

步骤二，作一个长、宽、高分别为Length、Width、Height的长方体。该长方体能包含整个计量罐且长方体的长、宽、高值最小。随机产生N_sample个采样点。采样点在长方体内随机产生，与传感器位置无关，不需要避开传感器位置。采样点用P_x表示，采样点P_x的坐标表示为(u_x,v_x,w_x)，x∈N⁺,x≤N_sample，判断采样点P_x是否在所有传感器P_i围成的区域内。判断采样点P_x符合条件A：存在a，b，c使得

P_j、P_k是传感器，其中a+b+c≤1,0≤a≤1,0≤b≤1,0≤c≤1，i,j,k∈N⁺,i,j,k≤N_sensors,i≠j≠k。当-u_iv_jw_k+u_iv_kw_j+u_jv_iw_k-u_jv_kw_i-u_kv_iw_j+u_kv_jw_i＞0时，式中u、v、w是坐标，则采样点P_x符合条件A用坐标形式表示为：

当-u_iv_jw_k+u_iv_kw_j+u_jv_iw_k-u_jv_kw_i-u_kv_iw_j+u_kv_jw_i＜0时，采样点P_x符合条件A用坐标形式表示为：

步骤三，若采样点P_x不是在所有传感器P_i围成的区域内，则判断采样点P_x是否符合条件B。采样点P_x符合条件B：在所有传感器中，寻找两个传感器，该两传感器构成的线段距离采样点P_x最小，以该两个传感器为长轴顶点构成椭球，若P_x在椭球内，则P_x在计量罐内。选取椭球长轴顶点两个传感器P_i、P_j。P_i、P_j的坐标为P_i(u_i,v_i,w_i)、P_j(u_j,v_j,w_j)，i≠j，使得|P₀P_i|≤|P₀P_x|≤|P₀P_j|or|P₀P_j|≤|P₀P_x|≤|P₀P_i|。椭球长轴顶点两个传感器P_i、P_j构成线段为P_iP_j。采样点P_x到原点P₀距离介于椭球长轴顶点P_i、P_j到原点P₀距离之间。利用计算公式

得到采样点P_x到线段P_iP_j的最小距离。设椭球焦点坐标分别为(λ(u_i-u_j),λ(v_i-v_j),λ(w_i-w_j))、((1-λ)(u_i-u_j),(1-λ)(v_i-v_j),(1-λ)(w_i-w_j))，其中，0＜λ＜1，则椭球方程为：

椭球长轴长度为

椭球短轴长度为

只要确定λ的值，便可得到椭球方程。

振动从传感器P_i传到传感器P_j的距离l_ij为：

根据周钰承椭圆周长公式，可得椭球半周长等于振动传播距离l_ij可表述为：

联立公式(5)、(6)、以及椭球长轴长度L_long、椭球短轴长度L_short表达式，可解得λ，进而得到椭球方程(4)。

若采样点P_x到椭球两焦点的总距离小于椭球长轴长度L_long，即符合公式

则采样点P_x落在椭球内。

步骤四，历遍所有N_sample个采样点，统计满足步骤二、步骤三的采样点个数为N_Located-In，通过计算公式

求得计量罐容量。

若计量罐内被分割成多个室，需要对逐个室进行测量后进行累积。

Claims (4)

1.一种基于蒙特卡罗法的计量罐容量测量方法：包括以下步骤：步骤一，在计量罐内壁不同位置粘贴贴片式振动传感器，传感器数量为N_sensors，传感器均匀分散布置在计量罐内壁各处，不能呈现一条直线或者在同一个截面内；选定一个位置作为原点P₀，敲击1次计量罐，根据振动强度及传感器自身位置反馈，得到传感器P_i的坐标为(u_i,v_i,w_i)，振动从原点P₀到传感器P_i的传播距离为l_i，其中i∈N⁺,i≤N_sensors；步骤二，在包含整个计量罐的最小长方体内(长方体的长、宽、高分别为Length、Width、Height)，随机产生N_sample个采样点，其中采样点P_x的坐标为(u_x,v_x,w_x)，x∈N⁺,x≤N_sample，判断采样点P_x是否在所有传感器P_i围成的区域内；步骤三，若采样点P_x不在所有传感器P_i围成的区域内，则判断采样点P_x是否在以其中两个传感器为长轴顶点构成的椭球区域内，该两传感器构成的线段距离采样点P_x最小；步骤四，历遍所有N_sample个采样点，统计满足步骤二、步骤三的采样点个数为N_Located-In，通过计算公式

求得计量罐容量。

2.根据权利要求1所述的一种基于蒙特卡罗法的计量罐容量测量方法，其特征在于：判断采样点P_x在所有传感器P_i围成的区域内的符合条件A为：存在a，b，c使得

其中a∈R⁺,b∈R⁺,c∈R⁺,a+b+c≤1,0≤a≤1,0≤b≤1,0≤c≤1，i,j,k∈N⁺,i,j,k≤N_sensors,i≠j≠k。

3.根据权利要求2所述的一种基于蒙特卡罗法的计量罐容量测量方法，其特征在于：当-u_iv_jw_k+u_iv_kw_j+u_jv_iw_k-u_jv_kw_i-u_kv_iw_j+u_kv_jw_i＞0时，符合条件A用坐标形式表示为：

当-u_iv_jw_k+u_iv_kw_j+u_jv_iw_k-u_jv_kw_i-u_kv_iw_j+u_kv_jw_i＜0时，符合条件A用坐标形式表示为：

4.根据权利要求1所述的一种基于蒙特卡罗法的计量罐容量测量方法，其特征在于：椭球长轴顶点为P_i、P_j，若|P₀P_i|≤|P₀P_x|≤|P₀P_j|or|P₀P_j|≤|P₀P_x|≤|P₀P_i|，则采样点P_x在该椭球区域内。

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