專利名稱：帶隔離柵的線陣ccd液位測量裝置及測量方法
技術領域：
本發明涉及的是一種液位測量裝置及方法，具體地說是一種帶隔離柵的透明管與線陣CCD組合的液位測量裝置及測量方法。
背景技術：
液位是工業過程中最重要和較常見的測量參數之一，隨著國家工業的迅速發展， 液位測量技術被廣泛應用到石油、化工、醫藥、食品等各行各業中，尤其在化工業生產過程中，常需對液體液位進行精確測量，由于這些液體一般都是易爆、易揮發、強腐蝕及有毒性液體，給傳統的液位檢測帶來一定難度，實現智能化、微型化、高精度是液位測量目前的發展方向。隨著現代光學技術與光電子技術的進步，電荷耦合器件的精密制造技術及性能得到了快速發展。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。目前主要有多種基于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，反射的光被線陣CCD 接收，當液位變化時，激光與液面的接觸點發生變化，這使線陣CCD所接收光的像素位置發生變化，從而測出液位。這種方法的主要弱點是易受環境因素的影響，很難在運動載體上施用。二、基于線陣CCD的光學成像法該方法的實現原理是利用反射板反射線光源的光線到光源所對應的另一側，所反射的光線穿過透明容器并由光學透鏡成像于CXD上。該方法利用了光學中的透鏡成像原理，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，焦距的調節也比較困難，容易產生較大誤差。三、基于CCD的平行光成像法該方法的實現原理是將光源與線陣CCD分布于柱形透明容器兩側， 線光源所發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，將CCD 傳感器置于等效透鏡的焦線上，對應界面處將產生較大的光強差別。該方法結構相對簡單， 但是由于線陣CCD需置于等效透鏡的焦線上，從而CCD與透明管需要有一定的距離，同時這種等效透鏡的焦距是變化的，容易產生不易控制的系統誤差，整個裝置不易小型化和集成。由于制作工藝和市場條件的限制，目前市面上的LED線陣光源在線性度上還存在不足。在本專利裝置中采用了隔離柵，從而減少由于各個LED小燈之間的影響，使光線更均勻的照射到透明管上。此法可以簡化CCD處理電路，使得裝置在做的更小的前提下，提高了測量精度。
發明內容
本發明的目的在于提供一種新型線陣CCD液位測量裝置，本發明的目的還在于提供一種無需成像透鏡的帶隔離柵的線陣CCD液位測量方法。本發明的目的是這樣實現的本發明的帶隔離柵的線陣CXD液位測量裝置包括
線陣光源1、隔離柵9、透明管2、線陣(XD3、控制電路4 ；其特征是線陣光源1、線陣(XD3、控制電路4、透明管2、隔離柵9密閉于桶形外殼5中；透明管2的兩端與桶形外殼 5貫通；線陣光源1及隔離柵9位于透明管的一側，線陣(XD3位于透明管的另一側，線陣光源1、隔離柵9及線陣CXD 3三者相互平行且處于同一平面內，線陣(XD3和隔離柵9緊貼透明管2 ；桶形外殼5半浸于被測液體中，透明管2的一端與空氣相通、另一端進入被測液體。所述的控制電路包括線陣光源驅動電路、CCD驅動電路、數據采集與處理電路以及數據傳輸電路。所述的隔離柵9固定在透明管上，透明管上刻有凹痕，隔離柵插入所述凹痕中與透明管緊密結合在一起。所述的隔離柵9可由塑料薄片或金屬薄片做成。本發明采用帶隔離柵的線陣CCD液位測量裝置的液位測量方法是將桶形外殼沿豎直方向半浸于液體中，當液體進入透明管中，被測液位與透明管中的液位相同；線陣光源發出的光，經隔離柵后，穿過與被測液體連通的透明管投射到透明管后的線陣CCD上；透明管中液位上下兩部分的出射光光強不同，出射光照射到線陣CCD 上，使得線陣CCD采集到的光強信號會在與液位對應處產生突變，圖像數據上的突變位置與被測液位有著一一對應的關系，利用該突變信號判定液面位置。本發明的優點在于本發明是一種是無需光學成像透鏡的光學液位測量方法及測量裝置。該裝置中采用了隔離柵，從而減少由于各個LED小燈之間的影響，使光線更均勻的照射到透明管上，可以簡化CCD處理電路，使得裝置在做的更小的前提下，提高了測量精度。該方法具有較強的抗被測液面晃動和傾斜能力，精度受液體濃度變化的影響極小、結構簡單、便于維護、可在腐蝕性等惡劣工業環境下工作等優點。
圖1是結構示意圖；圖2是線陣CXD輸出信號的幅值示意圖。
具體實施例方式結合圖1，基于線陣CXD與透明管的液位測量裝置包括線陣光源1、透明管2、線陣 CCD 3、控制電路4(包括線陣光源1驅動電路、線陣CCD3驅動電路、數據采集與處理電路和數據傳輸電路)、隔離柵9。線陣光源1、線陣CCD 3、控制電路4、透明管2、隔離柵9密閉于裝置的桶形外殼5中，其中透明管2與外界連通，整個裝置豎直方向半浸于液體6中時， 液體即進入透明管2中，液位7與透明管2中的液位8相同。線陣光源1及隔離柵9位于透明管的一側，線陣(XD 3位于透明管的另一側，線陣光源1、隔離柵9及線陣CXD 3三者相互平行且處于同一平面內，線陣CCD 3和隔離柵9緊貼透明管2。桶形外殼5半浸于被測液體中，透明管2的一端與空氣相通、另一端進入被測液體。線陣光源1發出的光，經過隔離柵后，垂直射入待測液位的透明管2，由于液體和空氣的折射率不同，液位8上下兩部分對光的匯聚能力不同，因而透明管2中液位8上下兩部分的出射光光強不同，出射光射到線陣CCD 3上，使得線陣CCD 3采集到的光強信號會在液位8處不同，即圖像信號在液面對應處發生突變，光強信號的特征反映在線陣CCD 3所獲取的圖像信號中，利用線陣CCD 3像素點輸出信號的邊界特征可判定透明管液面位置，進而判定外界液位7。 結合圖2，即線陣CCD 3的各像素點輸出信號的幅值示意圖，其中液面上方較弱信號段9、液面下方較強信號段11、和兩段之間的突變段10，突變段10作為特征信息與液位信息對應。
權利要求
1.一種帶隔離柵的線陣CCD液位測量裝置，包括線陣光源(1)、隔離柵(9)、透明管 (2)、線陣CCD(3)、控制電路(4)；其特征是線陣光源(1)、線陣CCD(3)、控制電路(4)、透明管⑵、隔離柵(9)密閉于桶形外殼(5)中；透明管(2)的兩端與桶形外殼(5)貫通；線陣光源⑴及隔離柵(9)位于透明管的一側，線陣CCD(3)位于透明管的另一側，線陣光源(1)、 隔離柵(9)及線陣CCD(3)三者相互平行且處于同一平面內，線陣CCD(3)和隔離柵(9)緊貼透明管(2)；桶形外殼(5)半浸于被測液體中，透明管(2)的一端與空氣相通、另一端進入被測液體。
2.根據權利要求1所述的帶隔離柵的線陣CCD液位測量裝置，其特征是所述的控制電路包括線陣光源驅動電路、CCD驅動電路、數據采集與處理電路以及數據傳輸電路。
3.根據權利要求1或2所述的帶隔離柵的線陣CCD液位測量裝置，其特征是所述的隔離柵(9)固定在透明管上，透明管上刻有凹痕，隔離柵插入所述凹痕中與透明管緊密結合在一起。
4.根據權利要求1或2所述的帶隔離柵的線陣CCD液位測量裝置，其特征是所述的隔離柵(9)由塑料薄片或金屬薄片做成。
5.根據權利要求3所述的帶隔離柵的線陣CCD液位測量裝置，其特征是所述的隔離柵(9)由塑料薄片或金屬薄片做成。
6.一種采用權利要求1所述的帶隔離柵的線陣CCD液位測量裝置的液位測量方法，其特征是將桶形外殼沿豎直方向半浸于液體中，當液體進入透明管中，被測液位與透明管中的液位相同；線陣光源發出的光，經隔離柵后，穿過與被測液體連通的透明管投射到透明管后的線陣CCD上；透明管中液位上下兩部分的出射光光強不同，出射光照射到線陣CCD上， 使得線陣CCD采集到的光強信號會在與液位對應處產生突變，圖像數據上的突變位置與被測液位有著一一對應的關系，利用該突變信號判定液面位置。
全文摘要
本發明公開一種帶隔離柵的線陣CCD液位測量裝置及測量方法。測量裝置主要由LED線陣光源、隔離柵、透明管、線陣CCD、控制電路組成。線陣光源發出的光通過隔離柵后，在管內介質的匯聚作用下投射到線陣CCD，線陣CCD可測得液面產生的介質邊界圖像特征，通過提取線陣CCD圖像數據中的液位特征信息可實現液位測量。該方法是一種無需光學成像透鏡的光學液位測量方法，具有較強的抗震動和抗傾斜能力、測量精度對液體濃度和溫度變化不敏感、便于維護、可在腐蝕性等惡劣工業環境下工作等優點。
文檔編號G01F23/292GK102435259SQ20111030228
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月29日 優先權日2011年9月29日
發明者溫強, 王啟光, 胡靜怡, 董明偉 申請人:哈爾濱工程大學