[發明專利]一種采用光纖束和圖像處理技術的液位傳感器

在審

• 申請號: 201910677882.8
• 申請日: 2019-07-25
• 公開（公告）號: CN110260946A
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 李忠科;樂開端;杜新虎;楊衛軍
• 申請（專利權）人: 陜西華騰云物聯網有限責任公司
• 主分類號: G01F23/292
• 分類號: G01F23/292
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

本發明公開了一種采用光纖束和圖像處理技術的液位傳感器，包括光源、光纖束和攝像頭；光源包括發光元件；光纖束由有效程度各不相同的多條光纖探頭組成，該有效長度是指光纖探頭的等效垂直長度；每個光纖探頭用于代表不同的液面位置，均由一條發送光纖和一條接收光纖組成，在光纖探頭的探測端發送光纖和接收光纖平行布置且緊貼在一起；在光纖束另一端，所有發送光纖匯集成束，端面加工成與光纖光軸垂直的平面，照明光線由此端面進入所有光纖；所有接收光纖匯集成束，端面加工成與光纖光軸垂直的平面，攝像頭用于對此端面成像；工作狀態時，進入液體中的光纖探頭，接收光纖對應的另一端呈現低亮度，脫離液體的光纖探頭，對應端呈現高亮度。

技術領域

本發明涉及一種采用光纖束和圖像處理技術的液位傳感器，應用于主要為使用液體燃料的動力機械領域，也可用于其他需要測量液位的領域。

背景技術

所有使用液體燃料的動力機械，都要使用液位傳感器，用來監視測量燃油以及其他工作用油的存量。目前廣泛使用的液位傳感器有電阻式、電容式、超聲波式，以及光電開關式等。其中電阻式要配合浮子，浮子通過機械連接到電位器，液位的變化通過浮子和有關機械機構，傳遞到電位器，變成電位器阻值的變化。光電開關液位傳感器只能檢測液位是否到達某一確定位置，不能進行連續液位變化的測量。電容式液位傳感器的原理見圖1。

圖1中電容傳感器的材料為金屬，通常形狀為隔離的兩個同心圓桶，液體可以進入內外桶之間的空間。由于液體的介電常數大于空氣，當液位高度不同時，電容的容量發生相應的變化，這個變化通常用電橋電路進行檢測，電橋輸出到測量電路，通過適當的處理，得出液位高度。

圖2是光電開關式液位探測器示意圖。在棱鏡3內封裝有光源2和光敏元件1。棱鏡3折射率與液體4折射率相近。在液體4脫離棱鏡3時，一定發散角內的光線在棱鏡3內發生全反射，大部進入光敏元件1。在液體4淹沒棱鏡3時，全內反射條件被破壞，光線直接進入液體，光敏元件1接收到的光能量銳減。于是光電輸出可以反映液位。

上述幾種液位傳感器各自有其技術特點。超聲波液位傳感器安裝于儲箱外部，不占用儲箱內部空間，儲箱內部無帶電部件，安全性好，但通常精度不高，測量值受溫度及氣壓的影響較大。電阻式液位傳感器可以獲得較高的測量精度，但是由于機械裝置和運動零件的存在，測量的實時性不高，且存在機械失效的風險。光電開關式液位傳感器只能監視液位是否超過某一固定位置，不能給出任意位置的液位測量值。電容式液位傳感器可以達到較高的測量靈敏度，但是溫度和壓力對測量結果有較大影響。另外電容傳感器要占用儲箱內部容積，電容帶電存在安全隱患，電容及其支撐結構有較大的附加重量。

發明內容

本發明的目的在于客服上述現有技術的不足，提供了一種采用光纖束和圖像處理技術的液位傳感器，該方案結構簡單，占用儲箱內部少量空間，液體不與帶電部件接觸，測量精度高，響應速度快，

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案來實現的：

一種采用光纖束和圖像處理技術的液位傳感器，包括光源、光纖束和攝像頭；其中，

光源包括發光元件，其為滿足波長和功率要求的任意電光源器件；

光纖束由有效程度各不相同的多條光纖探頭組成，該有效長度是指光纖探頭的等效垂直長度；每個光纖探頭用于代表不同的液面位置，均由一條發送光纖和一條接收光纖組成，在光纖探頭的探測端發送光纖和接收光纖平行布置且緊貼在一起；

在光纖束另一端，所有發送光纖匯集成束，端面加工成與光纖光軸垂直的平面，照明光線由此端面進入所有光纖；所有接收光纖匯集成束，端面加工成與光纖光軸垂直的平面，攝像頭用于對此端面成像，然后對端面圖像進行處理，獲得液面高度信息；

工作狀態時，進入液體中的光纖探頭，接收光纖對應的另一端呈現低亮度，脫離液體的光纖探頭，對應端呈現高亮度。

本發明進一步的改進在于，電光源器件選用LED。