[发明专利]基于等腰直角三角棱镜的液位测量方法及测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种液位测量方法。本发明也涉及一种液位测量装置。

背景技术

液位是工业过程中最重要和较常见的测量参数之一。液位的测量主要是指汽-液、液-液、液-固分界面位置测量技术，其广泛应用于化工、石油及动力装置等液体存储设备中。现有的液位测量方法有压力式液位测量法、浮沉式液位测量法、电容液位测量法及超声波液位测量法等，但当液体浓度、温度变化或受环境限制时，上述测量方法的分辨率低、误差较大或不能实施测量。

随着现代光学技术与光电子技术的进步，电荷耦合器件的精密制造技术及性能得到了快速发展。这使得利用线阵CCD的高分辨力测量液位的微小变化成为可能，并为液位测量提供了新的手段。

目前主要有三种基于CCD的液位测量方法。一、基于线阵CCD的激光反射法：该方法的实现原理是通过一个激光器在被测液位的斜上方入射一束激光，反射的光束被线阵CCD接收，当液位变化时，激光与液面的接触点发生变化，这使线阵CCD所接收光束的像素位置发生变化，从而测出液位。这种方法的主要弱点是易受环境因素的影响，很难在运动载体上施用。二、基于线阵CCD的光学成像法：该方法的实现原理是利用反射板反射线光源的光线到光源所对应的另一侧，所反射的光线穿过透明容器并由光学透镜成像于CCD上。该方法利用了光学中的透镜成像原理，测量范围广，但是需要物镜、反射板等器件，占用体积大，此外由于测量范围大，CCD与液面距离较远，焦距的调节也比较困难，容易产生较大误差。三、基于CCD的线光源成像法：该方法的实现原理是将线光源与线阵CCD分布于柱形透明容器两侧，线光源所发射的光通过盛放液体的柱形透明容器后，由于柱形透明容器的透镜效应，在其等效的透镜的焦距上即可得到柱形透明容器中液位信息。该方法结构相对简单，但是由于玻璃管本身是一个透镜，线阵CCD与玻璃管需要有一定的距离，容易产生不易控制的系统误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精度受液体浓度变化的影响极小的基于等腰直角三角棱镜的液位测量方法。本发明的目的还在于提供一种结构相对简单、可在腐蚀性等恶劣工业环境下工作的基于等腰直角三角棱镜的液位测量装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的基于等腰直角三角棱镜的液位测量方法为：

采用主要由线光源、等腰直角三棱镜、线阵CCD、控制电路组成的测量装置，等腰直角三棱镜被置于容器中，线光源发出的平行光垂直于等腰直角三棱镜横截面的一直角边所在的侧面入射到等腰直角三棱镜中，并与等腰直角三棱镜的斜边所在的侧面相交，当交点位于液面上方时，光束在交点处发生全反射，反射光束透射出等腰直角三棱镜被线阵CCD所接收；当交点位于液面下方时，由于不满足全反射条件而发生反射和折射，最后反射光透射出等腰直角三棱镜入射到线阵CCD上，使得线阵CCD采集到的光强相对较弱，即图像信号在液面对应处发生突变，光强信号的特征反映在线阵CCD所获取的图像信号中，利用线阵CCD像素强度信号的特征判定液面位置。

本发明的基于等腰直角三角棱镜的液位测量装置的一种组成包括线光源7、线光源的透明防护罩8、等腰直角三棱镜3、密闭箱体9、线阵CCD2、电路单元1，线阵CCD2嵌于密闭箱体9一侧面的宽度和长度略大于CCD2芯片宽度和长度的开槽中并在密闭箱体9内外两侧对开槽与线阵CCD2的缝隙实行密封，同时保证线阵CCD2的防护玻璃略凸出于密闭箱体9的这一侧面，线光源7与线阵CCD2垂直放置在等腰直角三棱镜3的横截面的两直角边所在的侧面上且位于同一竖直平面内，同时线光源7与线阵CCD2的靶面大致相等且略小于棱镜横截面的直角边的长度。

本发明的基于等腰直角三角棱镜的液位测量装置的另一种组成包括线光源7、线光源的透明防护罩8、等腰直角三棱镜3、密闭箱体9、线阵CCD2、电路单元1，线阵CCD2嵌于密闭箱体9一侧面的宽度和长度略大于CCD2芯片宽度和长度的开槽中并在密闭箱体9内外两侧对开槽与线阵CCD2的缝隙实行密封，同时保证线阵CCD2的防护玻璃略凸出于密闭箱体9的这一侧面，线光源7放置在等腰直角三棱镜3的横截面的一直角边所在的侧面上，线阵CCD2与线光源7相对平行放置且位于同一竖直平面内，同时线光源7与线阵CCD2的靶面大致相等且略小于棱镜横截面的直角边的长度。

所述的控制电路包括CCD驱动电路、数据采集与处理电路、光源控制电路和数据传输电路。