非接觸式液位測量系統的制作方法

本發明涉及自動化領域，尤其涉及一種非接觸式液位測量系統。(本申請為申請號：201410451333.6的分案申請)

背景技術：

液體工質在容器內的高度及高度隨時間的變化是很多工作中必須監測/檢測的重要技術參量。液位測量的方法和技術已經有很多，大體可以分為接觸式和非接觸式兩大類。非接觸式測量方法由于與液體工質不直接接觸，其優勢是不言而喻的。光波、超聲波甚至放射性同位素等都是非接觸式液位測量常用的手段。但是在實現過程中需要由不透光的非接觸液位測量裝置進行測量，這需要相應的精密儀器進行準確測量，這正是本領域技術人員亟需解決的技術問題。

技術實現要素：

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題，特別創新地提出了一種非接觸式液位測量系統。

為了實現本發明的上述目的，本發明提供了一種非接觸式液位測量系統，其關鍵在于，包括光發射腔體6和ccd接收腔體14，所述光發射腔體6具有光發射腔體出射準直狹縫8，所述ccd接收腔體14具有ccd接收腔體入射準直狹縫16，當非接觸式液位測量系統工作時，光發射腔體6內發光體發出的光線經過光發射腔體出射準直狹縫8，經過ccd接收腔體入射準直狹縫16這條光路進入ccd接收腔體14被ccd接收，樣品管處于所述光路上且光線以平行于樣品管母線的方向通過所述樣品管。

上述技術方案的有益效果為：通過光發射腔體6和ccd接收腔體14能夠夾持樣品管，結構緊湊小巧，便攜性強，自動化程度高，安裝和拆卸容易，具有廣泛的適用性，室內或者戶外均可以使用；非接觸測量方式，適合高壓、易燃易爆、高毒性和純度要求高的工作場合的液位檢測。

所述的非接觸式液位測量系統，優選的，包括：樣品管夾持臂、夾持端頭、合頁3、光發射腔體6、ccd接收腔體14、ccd接收腔體后蓋板15、光發射腔體出射準直狹縫8、ccd接收腔體入射準直狹縫16；

合頁3側壁垂直固定樣品管夾持臂一端，所述樣品管夾持臂另一端設置夾持端頭，所述夾持端頭緊固夾持樣品管1，所述合頁3右扇葉21安裝光發射腔體6，所述合頁3左扇葉20安裝ccd接收腔體14，所述ccd接收腔體14后端由ccd接收腔體后蓋板封蓋，防止產生漏光；所述光發射腔體6夾持樣品管一側面板中部為凹槽形狀，沿凹槽形狀部位開設光發射腔體出射準直狹縫8，所述ccd接收腔體14夾持樣品管一側面板中部也為凹槽形狀，沿凹槽形狀部位開設ccd接收腔體入射準直狹縫16。

上述技術方案的有益效果為：通過光發射腔體出射準直狹縫8、ccd接收腔體入射準直狹縫16對樣品管液位進行檢測，保證了檢測的準確性的同時，防止光線散射，偏射。

所述的非接觸式液位測量系統，優選的，所述樣品管夾持臂包括：樣品管上夾持臂2、樣品管下夾持臂9、上夾持臂鎖緊螺絲4、下夾持臂鎖緊螺絲10、上套管28、下套管29；

所述夾持端頭包括：樣品管上部鎖緊螺絲5、樣品管下部鎖緊螺絲11、上夾持端頭12和下夾持端頭13；

所述樣品管上夾持臂2外部過盈套接入上套管28一端，所述上套管28側壁開設螺紋孔，上夾持臂鎖緊螺絲4擰入螺紋孔，所述上夾持臂鎖緊螺絲4外螺紋與螺紋孔內螺紋相配合，鎖緊上套管28與樣品管上夾持臂2，所述上套管28另一端固定上夾持端頭12，在上夾持端頭12側壁開設螺紋孔，樣品管上部鎖緊螺絲5擰入螺紋孔，所述樣品管上部鎖緊螺絲5外螺紋與螺紋孔內螺紋相配合，鎖緊上夾持端頭12與樣品管1；

所述樣品管下夾持臂9外部過盈套接入下套管29一端，所述下套管29側壁開設螺紋孔，下夾持臂鎖緊螺絲10擰入螺紋孔，所述下夾持臂鎖緊螺絲10外螺紋與螺紋孔內螺紋相配合，鎖緊下套管29與樣品管下夾持臂9，所述下套管29另一端固定下夾持端頭13，在下夾持端頭13側壁開設螺紋孔，樣品管下部鎖緊螺絲11擰入螺紋孔，所述樣品管下部鎖緊螺絲11外螺紋與螺紋孔內螺紋相配合，鎖緊下夾持端頭13與樣品管1。

上述技術方案的有益效果為：上述裝置用于鎖緊樣品管，同時保證樣品管上下垂直于底面，保證測量準確。

所述的非接觸式液位測量系統，優選的，還包括：防光線遮蔽擋片7；

所述光發射腔體6在安裝合頁的另一端側板的邊緣處安裝防光線遮蔽擋片7，或者在所述ccd接收腔體14在安裝合頁的另一端側板的邊緣處安裝防光線遮蔽擋片7，所述防光線遮蔽擋片7沿側板邊緣處探出邊緣，將所述光發射腔體6和ccd接收腔體14對合狀態的縫隙遮住。

上述技術方案的有益效果為：通過防光線遮蔽擋片7的遮擋作用，將光發射腔體和ccd接收腔體14之間的縫隙遮擋，使外界的光線無法射入，從而保證測量的準確性。

所述的非接觸式液位測量系統，優選的，所述合頁3包括：校準孔23、第一校準螺釘26、第二校準螺釘27；

所述合頁3左扇葉20和合頁3右扇葉21分別開設n個校準孔23，由第一校準螺釘26和第二校準螺釘27穿入所述校準孔23擰入側板，根據樣品管1的直徑調整第一校準螺釘26、第二校準螺釘27，使所述光發射腔體6和ccd接收腔體14順利接收光反饋數據，所述n≥2。

上述技術方案的有益效果為：在光發射腔體和ccd接收腔體所安裝合頁的一側都設置校準孔和校準螺釘，從而能夠根據樣品管直徑的大小，輕松調整光發射腔體和ccd接收腔體之間夾持的縫隙寬度。

所述的非接觸式液位測量系統，優選的，所述光發射腔體6包括：光發射電路板17，

所述ccd接收腔體14包括：線陣ccd18和ccd接收電路板19；

所述光發射電路板17安裝于所述光發射腔體6內部，由光發射電路板17發射光信息穿過光發射腔體出射準直狹縫8，所述ccd接收腔體14的線陣ccd18排列在ccd接收腔體入射準直狹縫16處，接收光信息數據，線陣ccd連接ccd接收電路板19；

所述ccd接收電路板19包括：前端驅動數據采集模塊afe、fpga、數據傳輸接口、控制模塊；

所述前端驅動數據采集模塊afe連接線陣ccd，接收線陣ccd傳輸的光信息數據，完成模擬ccd圖像信號的雙采樣及ad轉換；所述前端驅動數據采集模塊afe另一端連接fpga，所述fpga連接數據傳輸接口和控制模塊。

上述技術方案的有益效果為：通過上述電路的設計，從而通過電子光學的方式精確測量樣品管液位，從而降低了人工測量的誤差，保證測量的準確性。

所述的非接觸式液位測量系統，優選的，所述凹槽形狀包括：梯形或半圓形。

上述技術方案的有益效果為：設置為梯形的凹槽保證光發射腔體和ccd接收腔體更好的夾持樣品管，設置為半圓形是為了保證凹槽和樣品管樣品管緊密貼合，增加摩擦系數保證光發射腔體和ccd接收腔體夾持的樣品管不易脫落。

本發明還公開一種非接觸式液位測量方法，其關鍵在于，包括如下步驟：

步驟1，對非接觸式液位測量系統的線陣ccd和ccd接收電路板進行初始化，開始測量樣品管液位；

步驟2，打開光發射電路板，通過光發射腔體的光發射腔體出射準直狹縫對樣品管液位進行照射，穿過樣品管的光信息照射到ccd接收腔體入射準直狹縫處的線陣ccd，由線陣ccd對光信息強度進行判斷；

步驟3，根據光信息強度判斷樣品管液位高度，對液位進行m次測量，獲得樣品管液位絕對高度值，所述m≥3。

上述技術方案的有益效果為：通過上述方法準確測量液位高度，數據處理快速，幀率可調，數據輸出內容可選擇配置。

所述的非接觸式液位測量方法，優選的，所述步驟2包括：

步驟2-1，在由線陣ccd對光信息強度進行判斷時，配置線陣ccd的開始寄存器中的開始位置為高位；

步驟2-2，對線陣ccd所采集的光信息強度進行中斷程序判斷，將前段驅動數據采集模塊進行中斷觸發，模擬光信息信號轉化為數字光信息信號，傳輸到fpga進行高度運算。

上述技術方案的有益效果為：將模擬信號轉化為數字信號，保證fpga進行準確的高度運算。

所述的非接觸式液位測量方法，優選的，所述步驟3包括：

步驟3-1，采集的液位高度值在fpga中進行液位高度運算；

步驟3-2，將采集的光信息幀數據對應的像元進行加和平均；

步驟3-3，對相鄰像元灰度值做差，并存儲該差值到數組中；

步驟3-4，找到灰度差值最大的位置，得到最初的樣品管液位所處的位置；

步驟3-5，重復步驟3-2至步驟3-4，求取m組數據，進行求平均，得到樣品管液位絕對高度值。

綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果是：

1結構緊湊小巧，便攜性強，自動化程度高，安裝和拆卸容易，具有廣泛的適用性，室內或者戶外均可以使用；

2非接觸測量方式，適合高壓、易燃易爆、高毒性和純度要求高的工作場合的液位檢測；

3低功耗，可以采用多種方式供電，電池、光伏、市電均可；

4數據處理快速，幀率可調，數據輸出內容可選擇配置；

5具有無線數據傳輸能力，可以現場采集檢測數據，也可以通過無線發射系統遠程傳輸；

本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是本發明非接觸式液位測量系統整體示意圖；

圖2是本發明非接觸式液位測量系統一側示意圖；

圖3是本發明非接觸式液位測量系統切面剖視示意圖；

圖4是本發明非接觸式液位測量系統俯視示意圖；

圖5是本發明非接觸式液位測量系統切面示意圖；

圖6是本發明非接觸式液位測量系統檢測電路示意圖；

圖7是本發明非接觸式液位測量方法流程圖；

圖8是本發明非接觸式液位測量方法靜態檢測流程圖；

圖9是本發明非接觸式液位測量方法動態檢測流程圖；

圖10是本發明非接觸式液位測量系統的實驗示意圖；

圖11是本發明非接觸式液位測量系統的電路示意圖；

圖12是本發明非接觸式液位測量系統的電路示意圖；

圖13是本發明非接觸式液位測量系統的電路示意圖；

圖14是本發明非接觸式液位測量系統的電路示意圖；

圖15是本發明非接觸式液位測量系統的電路示意圖；

圖16是本發明非接觸式液位測量系統的電路示意圖；

圖17是本發明非接觸式液位測量系統的電路示意圖；

圖18是本發明非接觸式液位測量系統的電路示意圖；

圖19是本發明非接觸式液位測量系統的電路示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

在本發明的描述中，除非另有規定和限定，需要說明的是，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語的具體含義。

如圖1-5所示，本發明提供了一種非接觸式液位測量系統，其關鍵在于，包括光發射腔體6和ccd接收腔體14，所述光發射腔體6具有光發射腔體出射準直狹縫8，所述ccd接收腔體14具有ccd接收腔體入射準直狹縫16，當非接觸式液位測量系統工作時，光發射腔體6內發光體發出的光線經過光發射腔體出射準直狹縫8，經過ccd接收腔體入射準直狹縫16這條光路進入ccd接收腔體14被ccd接收，樣品管處于所述光路上且光線以平行于樣品管母線的方向通過所述樣品管。

上述技術方案的有益效果為：通過光發射腔體6和ccd接收腔體14能夠夾持樣品管，結構緊湊小巧，便攜性強，自動化程度高，安裝和拆卸容易，具有廣泛的適用性，室內或者戶外均可以使用；非接觸測量方式，適合高壓、易燃易爆、高毒性和純度要求高的工作場合的液位檢測。

所述的非接觸式液位測量系統，優選的，包括：樣品管夾持臂、夾持端頭、合頁3、光發射腔體6、ccd接收腔體14、ccd接收腔體后蓋板15、光發射腔體出射準直狹縫8、ccd接收腔體入射準直狹縫16；

合頁3側壁垂直固定樣品管夾持臂一端，所述樣品管夾持臂另一端設置夾持端頭，所述夾持端頭緊固夾持樣品管1，所述合頁3右扇葉21安裝光發射腔體6，所述合頁3左扇葉20安裝ccd接收腔體14，所述ccd接收腔體14后端由ccd接收腔體后蓋板封蓋，防止產生漏光；所述光發射腔體6夾持樣品管一側面板中部為凹槽形狀，沿凹槽形狀部位開設光發射腔體出射準直狹縫8，所述ccd接收腔體14夾持樣品管一側面板中部也為凹槽形狀，沿凹槽形狀部位開設ccd接收腔體入射準直狹縫16。

上述技術方案的有益效果為：通過光發射腔體出射準直狹縫8、ccd接收腔體入射準直狹縫16對樣品管液位進行檢測，保證了檢測的準確性的同時，防止光線散射，偏射。

所述的非接觸式液位測量系統，優選的，所述樣品管夾持臂包括：樣品管上夾持臂2、樣品管下夾持臂9、上夾持臂鎖緊螺絲4、下夾持臂鎖緊螺絲10、上套管28、下套管29；

所述夾持端頭包括：樣品管上部鎖緊螺絲5、樣品管下部鎖緊螺絲11、上夾持端頭12和下夾持端頭13；

所述樣品管上夾持臂2外部過盈套接入上套管28一端，所述上套管28側壁開設螺紋孔，上夾持臂鎖緊螺絲4擰入螺紋孔，所述上夾持臂鎖緊螺絲4外螺紋與螺紋孔內螺紋相配合，鎖緊上套管28與樣品管上夾持臂2，所述上套管28另一端固定上夾持端頭12，在上夾持端頭12側壁開設螺紋孔，樣品管上部鎖緊螺絲5擰入螺紋孔，所述樣品管上部鎖緊螺絲5外螺紋與螺紋孔內螺紋相配合，鎖緊上夾持端頭12與樣品管1；

所述樣品管下夾持臂9外部過盈套接入下套管29一端，所述下套管29側壁開設螺紋孔，下夾持臂鎖緊螺絲10擰入螺紋孔，所述下夾持臂鎖緊螺絲10外螺紋與螺紋孔內螺紋相配合，鎖緊下套管29與樣品管下夾持臂9，所述下套管29另一端固定下夾持端頭13，在下夾持端頭13側壁開設螺紋孔，樣品管下部鎖緊螺絲11擰入螺紋孔，所述樣品管下部鎖緊螺絲11外螺紋與螺紋孔內螺紋相配合，鎖緊下夾持端頭13與樣品管1。

上述技術方案的有益效果為：上述裝置用于鎖緊樣品管，同時保證樣品管上下垂直于底面，保證測量準確。

所述的非接觸式液位測量系統，優選的，還包括：防光線遮蔽擋片7；

所述光發射腔體6在安裝合頁的另一端側板的邊緣處安裝防光線遮蔽擋片7，或者在所述ccd接收腔體14在安裝合頁的另一端側板的邊緣處安裝防光線遮蔽擋片7，所述防光線遮蔽擋片7沿側板邊緣處探出邊緣，將所述光發射腔體6和ccd接收腔體14對合狀態的縫隙遮住。

上述技術方案的有益效果為：通過防光線遮蔽擋片7的遮擋作用，將光發射腔體和ccd接收腔體14之間的縫隙遮擋，使外界的光線無法射入，從而保證測量的準確性。

所述的非接觸式液位測量系統，優選的，所述合頁3包括：校準孔23、第一校準螺釘26、第二校準螺釘27；

所述合頁3左扇葉20和合頁3右扇葉21分別開設n個校準孔23，由第一校準螺釘26和第二校準螺釘27穿入所述校準孔23擰入側板，根據樣品管1的直徑調整第一校準螺釘26、第二校準螺釘27，使所述光發射腔體6和ccd接收腔體14順利接收光反饋數據，所述n≥2。

上述技術方案的有益效果為：在光發射腔體和ccd接收腔體所安裝合頁的一側都設置校準孔和校準螺釘，從而能夠根據樣品管直徑的大小，輕松調整光發射腔體和ccd接收腔體之間夾持的縫隙寬度。

所述的非接觸式液位測量系統，優選的，所述光發射腔體6包括：光發射電路板17，

所述ccd接收腔體14包括：線陣ccd18和ccd接收電路板19；

所述光發射電路板17安裝于所述光發射腔體6內部，由光發射電路板17發射光信息穿過光發射腔體出射準直狹縫8，所述ccd接收腔體14的線陣ccd18排列在ccd接收腔體入射準直狹縫16處，接收光信息數據，線陣ccd連接ccd接收電路板19；

所述ccd接收電路板19包括：前端驅動數據采集模塊afe、fpga、數據傳輸接口、控制模塊；

所述前端驅動數據采集模塊afe連接線陣ccd，接收線陣ccd傳輸的光信息數據，完成模擬ccd圖像信號的雙采樣及ad轉換；所述前端驅動數據采集模塊afe另一端連接fpga，所述fpga連接數據傳輸接口和控制模塊。

上述技術方案的有益效果為：通過上述電路的設計，從而通過電子光學的方式精確測量樣品管液位，從而降低了人工測量的誤差，保證測量的準確性。

所述的非接觸式液位測量系統，優選的，所述凹槽形狀包括：梯形或半圓形。

上述技術方案的有益效果為：設置為梯形的凹槽保證光發射腔體和ccd接收腔體更好的夾持樣品管，設置為半圓形是為了保證凹槽和樣品管樣品管緊密貼合，增加摩擦系數保證光發射腔體和ccd接收腔體夾持的樣品管不易脫落。

本發明還公開一種非接觸式液位測量方法，其關鍵在于，包括如下步驟：

步驟1，對非接觸式液位測量系統的線陣ccd和ccd接收電路板進行初始化，開始測量樣品管液位；

步驟2，打開光發射電路板，通過光發射腔體的光發射腔體出射準直狹縫對樣品管液位進行照射，穿過樣品管的光信息照射到ccd接收腔體入射準直狹縫處的線陣ccd，由線陣ccd對光信息強度進行判斷；

步驟3，根據光信息強度判斷樣品管液位高度，對液位進行m次測量，獲得樣品管液位絕對高度值，所述m≥3。

上述技術方案的有益效果為：通過上述方法準確測量液位高度，數據處理快速，幀率可調，數據輸出內容可選擇配置。

所述的非接觸式液位測量方法，優選的，所述步驟2包括：

步驟2-1，在由線陣ccd對光信息強度進行判斷時，配置線陣ccd的開始寄存器中的開始位置為高位；

步驟2-2，對線陣ccd所采集的光信息強度進行中斷程序判斷，將前段驅動數據采集模塊進行中斷觸發，模擬光信息信號轉化為數字光信息信號，傳輸到fpga進行高度運算。

上述技術方案的有益效果為：將模擬信號轉化為數字信號，保證fpga進行準確的高度運算。

所述的非接觸式液位測量方法，優選的，所述步驟3包括：

步驟3-1，采集的液位高度值在fpga中進行液位高度運算；

步驟3-2，將采集的光信息幀數據對應的像元進行加和平均；

步驟3-3，對相鄰像元灰度值做差，并存儲該差值到數組中；

步驟3-4，找到灰度差值最大的位置，得到最初的樣品管液位所處的位置；

步驟3-5，重復步驟3-2至步驟3-4，求取m組數據，進行求平均，得到樣品管液位絕對高度值。

如圖6所示，液位測量頭為a：ccd接收頭；b：液位測量主控制板；c:數據處理中心，其中數據處理中心為遠端服務器或者便攜式設備等，數據處理中心完成位移數據的讀取、存儲、處理。數據讀取的方式，可選擇無線或有線等多種方式；

主控板結構說明：

測量控制主板，由前端驅動數據采集模塊afe、sopc運算處理單元fpga、數據傳輸接口、閥門控制4個部分組成。

其中afe，完成模擬ccd圖像信號的相關雙采樣及ad轉換；

如圖11所示為ccd測量頭工作的基本電路，線陣ccdtcd1703與ccd驅動信號緩沖器和ccd電信號輸出電路相連，其中第一電容c1和第二電容c2并聯，所述第二電容一端連接電源12v另一端接地，所述第一電容c1一端連接線陣ccd的od端另一端連接ss端。

如圖12、13所示，為ccd電信號輸出電路，完成ccd串行電荷到電壓信號的轉換，其與線陣ccd和afe相連，其中第一電阻r1一端連接電源，另一端連接ccd電信號輸出電路os1輸出端，所述第一電阻r1另一端還連接第一晶體管q1發射極，所述第一晶體管q1基極連接第三電阻r3一端，所述r3另一端連接ccd電信號輸出電路os1輸入端，所述第一晶體管q1集電極連接第五電阻r5一端，所述第五電阻r5另一端接地；所述第二電阻r2一端連接電源，另一端連接ccd電信號輸出電路os2輸出端，所述第二電阻r4另一端還連接第二晶體管q2發射極，所述第二晶體管q2基極連接第四電阻r4一端，所述r4另一端連接ccd電信號輸出電路os2輸入端，所述第二晶體管q2集電極連接第六電阻r6一端，所述第六電阻r6另一端接地。

如圖14、15所示，為ccd驅動信號緩沖器74hc245，用于完成驅動信號電平的轉換，其與線陣ccd和ccd電信號輸出電路相連，其中ccd驅動信號緩沖器包括第一ccd驅動信號緩沖器ic2和第二ccd驅動信號緩沖器ic3，其中第一ccd驅動信號緩沖器vcc端連接第三電容c3一端和第四電容c4一端，所述c3和c4的另一端接地，第二ccd驅動信號緩沖器vcc端連接第五電容c5一端和第六電容c6一端，所述c5和c6的另一端接地。

如圖17所示，為前端驅動數據采集模塊afead9943，用于完成ccd輸出信號的雙采樣和模數轉換，其中前端驅動數據采集模塊afe與ccd電信號輸出電路和主控芯片fpgacon44相連，其中，ccd電信號輸出電路os1和os2輸出端連接前端驅動數據采集模塊afe的第十三電容c13一端，所述c13另一端連接前端驅動數據采集模塊afe的ccd輸入端，所述第十一電容c11和第十二電容c12并聯之后，一端接地，c11另一端連接前端驅動數據采集模塊afe的refb端，c12另一端連接前端驅動數據采集模塊afe的reft端，第十六電容c16和第十七電容c17并聯之后，一端分別接地和前端驅動數據采集模塊afe的avss端，另一端分別連接前端驅動數據采集模塊afe的avdd端和3.3v電源端，第十八電容c18一端分別連接3.3v電源端和前端驅動數據采集模塊afe的drv端，另一端接地，第十九電容c19一端分別連接3.3v電源端和前端驅動數據采集模塊afe的drd端，另一端接地。

如圖16所示，為承載fpga的主板dip34*2：

fpga，內嵌①noisii內核和多種用戶邏輯，包括②ccd驅動時序產生邏輯、③afe中相關雙采樣時序及輸出時序產生邏輯、④圖像幀數據同步時序產生邏輯、⑤并行圖像數據采集存儲邏輯、⑥液位信息或圖像輸出模塊、⑦閥門開關控制。邏輯②-⑤封裝在前端驅動采集模塊內(如下圖6)，本模塊為自行開發的邏輯ip。

如圖18所示，為fpga的核心板，內部包括ccd驅動信號模塊和數據處理模塊，其通過主板和線陣ccd與ccd驅動信號緩沖器、afe模塊等相連。

如圖19所示，為通信接口max3232cse，其與fpga和上位機相連，其中rs232db9連接通信接口，第十五電容c15一端連接通信接口c1+端，所述第十五電容c15另一端連接c1-端，第十四電容一端連接3.3v電源，另一端連接通信接口v+端，第二十六電容c26一端連接通信接口c2+端，第二十六電容c26另一端連接c2-端，第二十七電容c27一端接地，c27另一端連接通信接口v-端，第二十三電容c23一端接地，另一端連接通信接口vcc端，第十四電阻r14一端連接通信接口tin1端，另一端連接發光二極管txd負極，所述發光二極管txd正極連接電源3.3v，第十五電阻r15一端連接rout1端，另一端連接發光二極管rxd負極，所述發光二極管rxd正極連接電源3.3v。

如圖7所示，步驟1，對非接觸式液位測量系統進行初始化，

初始化任務：

1.afe配置

2.初始化數據存儲數組或地址

3.ccd驅動模塊寄存器初始化

4.軟件系統其它初始化；

步驟2，開始進行液位測量，配置ccdstart寄存器中的start位為高，

步驟3，按照預定算法計算當前液位分界面位置；

提取邊界像元編號，計算絕對液位高度；輸出液位高度信息。

靜態測量流程：

測量啟動后，靜態液位測量會經歷3個階段，如圖8，分別是①前端液位模擬信息采集轉換，②fpga中液位數據搬移存儲，③fpga中算法運行得到液位高度信息。在fpga中乒乓ram的協助下，①和②可以部分并行執行。①②過程完成后，執行③過程處理。

以上圖8單次測量為例，具體說明靜態液位測量工作流程。樣品管中液位信息被前端傳感器測量頭探測后，會以高速串行方式輸出模擬視頻信號，輸出速率大小決定于前端傳感器測量頭的工作頻率，假設工作頻率為1mhz，那么每1us就會輸出一個視頻信號。本液位測量裝置配備的傳感器是tcd1703c，包含7500個有效視頻信號單元，平均分成兩個視頻接口并行輸出，因此全部信號輸出需要3.75ms。每個視頻信號經過模擬前端器件被轉換成10bit數字信號，到此完成測量的第一階段處理。第二階段開始，將其中一個視頻接口的3750個數字視頻數據存儲到fpga的內嵌乒乓ram中，乒乓ram深度512，當乒乓ram中的一個ram存儲滿后，fpga中前端驅動數據采集模塊會觸發中斷輸出到nios核，nois核接收到中斷后讀取存儲已滿ram中的視頻數據并存儲，接下來轉換的數據存儲到另一個ram中，重復此過程，直到完成3750個數據的搬移存儲。第三階段重點是運行液位算法運算得到液位高度信息。

動態測量流程：

動態測量流程與靜態測量流程類似，不同的是，如果連續重復靜態測量，就可得到液位的變化信息，對于樣品管中液位變化信息的管理和應用可以獲得工業過程狀態信息。動態液位測量包含4個階段：①前端液位模擬信息采集轉換，②fpga中液位數據搬移存儲，③fpga中算法運行得到液位高度信息，④液位控制。如圖9。

如圖10所示，為非接觸式液位測量系統所檢測的波形圖，根據光線的強度確定液位的高度。

本發明的有益效果：

1結構緊湊小巧，便攜性強，自動化程度高，安裝和拆卸容易，具有廣泛的適用性，室內或者戶外均可以使用；

2非接觸測量方式，適合高壓、易燃易爆、高毒性和純度要求高的工作場合的液位檢測；

3低功耗，可以采用多種方式供電，電池、光伏、市電均可；

4數據處理快速，幀率可調，數據輸出內容可選擇配置；

5具有無線數據傳輸能力，可以現場采集檢測數據，也可以通過無線發射系統遠程傳輸。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

盡管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由權利要求及其等同物限定。