[發(fā)明專利]基于等腰直角三棱鏡的斜邊式液位測量方法及測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010125415.3
• 申請日: 2010-03-17
• 公開（公告）號: CN101788320A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 溫強;劉艷秋;高偉強;劉羽;孫秋華;王偉強;譚爽;張曉敏;邵永豐
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G01F23/292
• 分類號: G01F23/292
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種液位測量方法，本發(fā)明也涉及一種液位測量裝置。

背景技術(shù)

液位是工業(yè)過程中最重要和較常見的測量參數(shù)之一。液位的測量主要是指汽 -液、液-液、液-固分界面位置測量技術(shù)，其廣泛應(yīng)用于化工、石油及動力裝 置等液體存儲設(shè)備中?，F(xiàn)有的液位測量方法有壓力式液位測量法、浮沉式液位測 量法、電容液位測量法及超聲波液位測量法等，但當液體濃度、溫度變化或受環(huán) 境限制時，上述測量方法的分辨率低、誤差較大或不能實施測量。

隨著現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)與光電子技術(shù)的進步，電荷耦合器件的精密制造技術(shù)及性 能得到了快速發(fā)展。這使得利用線陣CCD的高分辨力測量液位的微小變化成為 可能，并為液位測量提供了新的手段。

目前主要有三種基于CCD的液位測量方法。一、基于線陣CCD的激光反射法： 該方法的實現(xiàn)原理是通過一個激光器在被測液位的斜上方入射一束激光，反射的 光束被線陣CCD接收，當液位變化時，激光與液面的接觸點發(fā)生變化，這使線陣 CCD所接收光束的像素位置發(fā)生變化，從而測出液位。這種方法的主要弱點是易 受環(huán)境因素的影響，很難在運動載體上施用。二、基于線陣CCD的光學(xué)成像法： 該方法的實現(xiàn)原理是利用反射板反射線光源的光線到光源所對應(yīng)的另一側(cè)，所反 射的光線穿過透明容器并由光學(xué)透鏡成像于CCD上。該方法利用了光學(xué)中的透鏡 成像原理，測量范圍廣，但是需要物鏡、反射板等器件，占用體積大，此外由于 測量范圍大，CCD與液面距離較遠，焦距的調(diào)節(jié)也比較困難，容易產(chǎn)生較大誤差。 三、基于CCD的線光源成像法：該方法的實現(xiàn)原理是將線光源與線陣CCD分布于 柱形透明容器兩側(cè)，線光源所發(fā)射的光通過盛放液體的柱形透明容器后，由于柱 形透明容器的透鏡效應(yīng)，在其等效的透鏡的焦距上即可得到柱形透明容器中液位 信息。該方法結(jié)構(gòu)相對簡單，但是由于玻璃管本身是一個透鏡，線陣CCD與玻璃 管需要有一定的距離，容易產(chǎn)生不易控制的系統(tǒng)誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種精度受液體濃度變化的影響極小基于等腰直角 三棱鏡的斜邊式液位測量方法。本發(fā)明的目的還在于提供一種結(jié)構(gòu)相對簡單、可 在腐蝕性等惡劣工業(yè)環(huán)境下工作的基于等腰直角三棱鏡的斜邊式液位測量裝置。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明的基于等腰直角三棱鏡的斜邊式液位測量方法為：

采用主要由線光源、等腰直角三棱鏡、線陣CCD及其控制電路組成的測量裝 置，將等腰直角三棱鏡被置于容器中，其截面的斜邊所在的側(cè)面位于線光源與線 陣CCD的下方且平行于液面放置，線光源與線陣CCD位于一條直線上且垂直于等 腰直角三棱鏡的棱，光束垂直入射到等腰直角三棱鏡中并與直角邊所在的側(cè)面相 交，當交點位于液面上方時，光束在交點處發(fā)生全反射，反射光束在等腰直角三 棱鏡截面另一直角邊所在的側(cè)面再次發(fā)生全反射，最終反射光束透射出棱鏡被線 陣CCD所接收；當交點位于液面下方時，光束在等腰直角三棱鏡截面直角邊所在 的側(cè)面上不滿足全反射條件，發(fā)生兩次反射和兩次折射，最后反射光透射出等腰 直角三棱鏡入射到線陣CCD上，使得線陣CCD采集到的光強相對較弱，即圖像信 號在液面對應(yīng)處發(fā)生突變，光強信號的特征反映在線陣CCD所獲取的圖像信號 中，利用線陣CCD像素強度信號的輸出值特征判定液面位置。

發(fā)明的基于等腰直角三棱鏡的斜邊式液位測量裝置的組成包括線光源4、線 光源的透明防護罩5、等腰直角三棱鏡6、密閉箱體7、線陣CCD?9、電路單元8， 線陣CCD?9嵌于密閉箱體7的一側(cè)面寬度和長度略大于CCD?9芯片寬度和長度的 開槽中并在密閉箱體7內(nèi)外兩側(cè)對開槽與線陣CCD?9的縫隙實行密封，同時保證 線陣CCD?9的防護玻璃略凸出于密閉箱體7的這一側(cè)面，線光源4與線陣CCD?9 布放在等腰直角三棱鏡6的斜邊平面的上方且與所述斜邊平面平行，同時線光源 4與線陣CCD?9位于同一直線上且與等腰直角三棱鏡6的棱垂直，等腰直角三棱 鏡6的橫截面的斜邊所在的側(cè)面平行于液面，線光源及其驅(qū)動電路封閉在透明防 護罩中構(gòu)成光源單元；線陣CCD、單元電路密閉于箱體中。

所述的單元電路包括CCD驅(qū)動電路、數(shù)據(jù)采集與處理電路以及數(shù)據(jù)傳輸電 路。

線陣CCD及其控制單元與線光源可以結(jié)合為一體密封放置，也可以單獨進 行放置。