[發明專利]光學定位和測量透明容器中液體液位的系統和方法

在審

• 申請號: 202110713609.3
• 申請日: 2021-06-25
• 公開（公告）號: CN113532580A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 張英;夏羽;余行;朱萌萌;夏荊
• 申請（專利權）人: 夏荊
• 主分類號: G01F23/00
• 分類號: G01F23/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 趙龍驤

本發明涉及光學非接觸式透明容器中的液位定位系統，包含支架模塊；總控模塊接收照度處理值，判定滑軌運動方向，接收滑塊高度值，換算為液位高度值；運動控制模塊接受運動控制指令，控制滑軌作出運動；定位模塊用于發射、接收光線，測量照度值；計算模塊接收照度值，平均值或積分計算，獲得照度處理值；高度測量模塊測量得到滑塊高度值。本發明還涉及定位方法，包含步驟：開啟光線發射單元；驅動滑塊上移；不間斷采集照度值；平均值計算或積分計算，獲得照度處理值；判定滑軌運動方向；控制滑軌運動，直至“停止”；測量滑塊高度值；換算得到液位高度值。本發明測量精度更高；可以極大逼近液位臨界位置。

技術領域

本發明涉及透明液體液位的精密定位與測量技術領域，具體地涉及光學非接觸式透明容器中液體液位的定位系統及方法。

背景技術

液位測量是一門廣泛應用的技術，簡單來說即測量容器中液體的液位高度；技術的難點在于液位的精確定位和測量，這是由于液體在容器內因浸潤或不浸潤原因會發生沿容器器壁上升或下降，如水的邊緣在玻璃瓶中沿器壁上升的現象為浸潤，汞柱的邊緣在玻璃管中沿器壁下降的現象為不浸潤。在透明管中，水和汞柱的液面因此會呈現近似球形的凹液面或凸液面。

現有技術的液體液位的測量方法有很多，按測量原理分就有但不限于以下列舉的聯通式、浮力式、壓力式、反射式、電特性式。例如，傳統的浮子式液位定位方法應用的是浮力式測量原理；浮力式的缺陷在于：

由于液體密度受溫度影響而變化、或被測介質本身改變，導致浮子在液體中的浸入深度發生對應變化，從而極易引入一定的定位偏差。

現有技術基于反射式原理的雷達式、超聲波式、導波雷達式；反射式的缺陷在于受技術本身所限分辨力一般較低，難以滿足高精度定位和測量要求。

此外，本領域也有一些新的研究成果，采用了非接觸的反射式測量原理。典型如名稱為“新型跟蹤定位量筒液位精密變化的檢測裝置及其檢測方法”，專利申請號為CN201710433696.0的發明所公開的技術。其主要原理為：垂直于透明玻璃管軸線水平布置兩對紅外發射接收管，其中一對發射接收軸線通過玻璃管軸線，另一對發射接收軸線通過玻璃管側，兩紅外發射接收管軸線相互平行。當紅外發射接收管平面自上而下移動依次經過玻璃管上方的空氣段、液面段和下方的液體段時，紅外發射接收軸線通過玻璃管軸線的光電光值函數曲線為開口向上的二次函數曲線，發射接收軸線通過玻璃管側的光電光值為一單調下降的函數曲線(應該有一個限定條件：在液面段及其上下相鄰較近的區域)，兩曲線的下交點為液位定位點。

該技術的缺陷在于：

1.由于采用兩對紅外發射接收管光電光值交互關系綜合進行液位定位，未考慮紅外發射軸線之間距離以及玻璃管直徑差異對測量結果的影響，從而無法消除軸線間距離和管徑帶來的測量誤差；

2.由于該方法對兩對紅外發射接收光電光值與液面不同位置之間的關系不夠明晰，將凹液面簡單看成月牙形，用光線照射月牙形區域發生折射和反射過于籠統。所以，該方法表述的發射接收軸線、曲線交點以及實際液面三者之間的相對高度位置關系是否一致并不明確，從而以該方法所得的測量結果為一個始終包含未知系統誤差的經驗值；

3.由于該方法找到一個應用兩模擬曲線交點作為液位定位的點，推理通過系統校正可修正該點與實際測量點之間的相對高度差，以達到準確液位定位的目的，因此如何找到更好的液位定位方法從而得出理論上相對正確的參考值成了系統校正的關鍵所在，但該方法并未給出相應的技術方案，從而在關鍵技術方案未確定的前提下，使得該方法的實用性受到一定影響。

發明內容

本發明針對上述問題，提供光學定位和測量透明容器中液體液位的系統及方法，其目的在于將測量精度相較現有技術提高了若干個數量級，使得測量的精度更高；可極大逼近液位的臨界位置。

為解決上述問題，本發明提供的技術方案為：

一種光學定位和測量透明容器中液體液位的系統，包含以下模塊：