CN101266166A - 液位测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液位测量装置，包括：连通管，与盛放液体的容器相连；透光窗，开设在所述连通管上，透过该透光窗可以观测液面位置；滑动窗体，设置在所述连通管上，能够沿着所述连通管滑动；激光器，设置在所述滑动窗体中；电荷耦合器件，设置在滑动窗体中与所述激光器相对的一侧，用于接收激光器发出的光信号；以及光栅尺，该光栅尺的读数头与所述滑动窗体连接，与所述滑动窗体同步移动。本发明提供的液位测量装置可以准确实时地测量液位，尤其是运动中的液体的液位。

Description

液位测量装置

技术领域

本发明涉及测量领域，尤其涉及一种液位测量装置。

背景技术

由于液体对玻璃管的吸附作用，当玻璃管中的液体向下运动时，附着于玻璃壁上的液体形成向下的棱镜效应，如图1-a所示。用一束激光在玻璃管的一侧照射后，由于棱镜效应，在玻璃管另一侧形成明暗相间的图像，如图1-b所示。如果液位上升，则液体附着于玻璃管壁上形成的棱镜效应如图2-a所示，激光束通过棱镜部分形成的明暗相间的图像如图2-b所示。如果液体由静止变为向下移动，在玻璃管另一侧形成的图像的长度有一个慢慢拉长的过程。相反当液体由静止变为向上移动时，在玻璃管另一侧形成的图像的阴影部分慢慢减少，只不过在液位增高的过程中图像会出现一个短暂的逐渐减小以致到全部消失的过程，随后阴影部分又逐渐变大，但是阴影的位置却变为液位以下了。不仅是玻璃，液体与其他透光材料(如石英)之间也存在吸附作用，激光照射时也会产生棱镜效应。

当液体平面静止时，液体的液位是比较容易测量的。例如，一个锅炉中盛有一定容量的液体，如果锅炉是静止的，则锅炉内液位很容易测出。如果锅炉是处于运动状态时，则锅炉内的液位是比较难准确测出的。

发明内容

本发明的目的在于针对运动中的液体的液位难以测量的问题，提供一种液位测量装置，可以准确测量运动中的液体的液位。

为了实现上述目的，本发明提供了一种液位测量装置，包括：

连通管，与盛放液体的容器相连；

透光窗，开设在所述连通管上，用于观测液面位置；

滑动窗体，设置在所述连通管上，用于沿着所述连通管滑动；

激光器，设置在所述滑动窗体中；

电荷耦合器件，设置在滑动窗体中与所述激光器的一侧，用于接收激光器照射到所述连通管后出射的光信号；以及

光栅尺，其读数头与所述滑动窗体连接，与所述滑动窗体同步移动。

在以上技术方案的基础上还包括：

控制模块，与所述滑动窗体连接，用于控制所述滑动窗体沿着所述连通管滑动。

接口模块，与所述电荷耦合器件相连，用于接收所述电荷耦合器件的数据。

液位数据处理模块，与所述接口模块连接，用于结合所述接口模块发送过来的数据、所述光栅尺的读数以及与其余与计算液位相关的参数计算出液位。

本发明提供的液位测量装置，通过在连通管上设置一滑动窗体，在滑动窗体内设置激光器，用激光器照射连通管中液体的液位上升或下降形成的棱镜部分，用电荷耦合器件接收激光束通过棱镜部分之后形成的光斑，并将滑动窗体与一光栅尺同步滑动，从而获得滑动窗体的移动量，结合电荷耦合器件获得的光斑数据、光栅尺读数以及其他与计算液位相关的数据即可获得液位的值。该装置可以准确、实时测量液位，尤其是运动中的液体的液位。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1-a所示为现有技术中液位下降时液体在玻璃管中形成的棱镜效应示意图；

如1-b所示为现有技术中激光通过液位下降时在玻璃管中形成的棱镜部分后形成的图像示意图；

图2-a所示为现有技术中液位上升时液体在玻璃管中形成的棱镜效应示意图；

如2-b所示为现有技术中激光通过液位上升玻璃管中形成的棱镜部分后成的图像示意图；

图3所示为本发明液位测量装置结构示意图；

图4所示为本发明液位测量装置中在电荷耦合器件上形成的图像示意图。

具体实施方式

如图3所示为本发明液位测量装置结构示意图，该装置具体包括：连通管1，该连通管1与盛放液体的容器连通，在该连通管1上开设有透光窗2，该透光窗2为透明的，通过该透光窗2可以观测液位；在该连通管1上还设置有滑动窗体3，该滑动窗体3上设置有多个轴承9，能够沿着所述连通管1上下滑动，例如，该滑动窗体3可以是一环绕在连通管1四周的一个圆环体；在该滑动窗体3中设置有激光器4，该激光器4发出的光照射到液位上升或下降时产生棱镜效应之处；在该滑动窗体3中还设置有一个电荷耦合器件5，位于与激光器相对的一侧，用于接收激光器发出的光信号；该滑动窗体3与一光栅尺6相连，具体的，该滑动窗体3与该光栅尺6的读数头同步滑动，这样滑动窗的每一个微小位移都可以通过光栅尺6读出。其中，激光器4、电荷耦合器件5均固定在滑动窗体3中，与滑动窗体3同步滑动，激光器4发生的位移与滑动窗体3发生的位移是相同的。

为了更好地控制滑动窗体3，还可以包括控制模块7，该控制模块7用于控制滑动窗体3沿着连通管上下滑动。具体地，该控制模块可以是电机驱动控制模块，通过一个电机以及微机控制来驱动滑动窗体上下滑动。

为了将电荷耦合器件5输出的信号进行接收，还可以包括一个接口模块8，该接口模块8可以接收电荷耦合器件5输出的数据。接口模块8将接收到的数据输入到一个数据处理装置中，该数据处理装置结合接口模块8发送过来的数据、光栅尺6的读数以及其它与计算液位有关参数计算出液位。

下面详细说明本发明液位测量装置的原理。

通常盛放液体的容器体积比较大或者由于其他原因无法探测到容器内的液面时，可以通过一个连通管与盛放液体的容器连通，测量连通管的液位来获知容器内的液位。因为连通管内的液位与容器内的液位是相同的。

在该连通管上开设透光窗，该透光窗可以开设在连通管的相对应的两侧，用于使激光器发出的光入射，以及使经过形成的棱镜部分之后出射的光能够被电荷耦合器件接收。该透光窗的材料可以是透明的玻璃或石英。

测量运动中的液位时，先控制滑动窗体上下移动寻找液面的位置，找到液面的大致位置后，可以通过比例-积分-微分(proportional-integral-derivative，简称PID)方式进行控制，使滑动窗体一直保持跟踪液位的状态。

将激光器发出的光照射到液位上产生棱镜效应的部位，通过电荷耦合器件接收形成的图像，并将图像数据发送给数据处理装置，数据处理装置根据图像数据、光栅尺的读数以及其他参数确定当前的液位值。

下面以液位由下降变为上升为例，来说明如何计算当前液位。

计算液位的公式为：L＝S+R+E，其中L为当前的液位，S为光栅尺读数头的读数，R为电荷耦合器件的像素起始零位到滑动窗体底部的距离，正常跟踪条件下为一设定的常数。

E为液位平均值，E＝(N-P)/2+P，N为上半个光斑下沿在电荷耦合器件上显示的位置；P为下半个光斑的上沿在电荷耦合器件上显示的位置。

本发明中激光透过形成的棱镜效应后形成的光斑的特征是中间暗、两端明亮，形成上下两个独立的亮光班，如图4所示，图4所示为本发明液位测量装置中在电荷耦合器件上形成的图像示意图。图4中，5为电荷耦合器件，41为光斑图像。设电荷耦合器件有n行像素，上半个光斑图像的下沿在电荷耦合器件上的位置，就是上半光斑下部使电荷耦合器件变亮的点所在的像素行数，如图4中箭头A所指部分，例如，上半个光斑图像的下沿在电荷耦合器件上的位置为250行，即N＝250。下半个光斑图像的上沿在电荷耦合器件上的位置，就是下半个光斑上部使电荷耦合器件变亮的点所在的像素行数，如图4中箭头B所指部分，例如下半个光斑图像的上沿在电荷耦合器件上的位置为150行，即P＝150。E所反映的是光斑图像的暗纹的宽度。

本发明提供的液位测量装置，通过在连通管上设置一滑动窗体，在滑动窗体内设置激光器，用激光器照射连通管中液体的液位上升或下降形成的棱镜效应，用电荷耦合器件接收激光束通过棱镜效应之后形成的光斑，并将滑动窗体与一光栅尺同步滑动，从而获得滑动窗体的移动量，结合电荷耦合器件获得的光斑数据、光栅尺读数以及其他与计算液位相关的数据即可获得液位的值。该装置可以准确、实时测量液位，尤其是运动中的液体的液位。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1、一种液位测量装置，其特征在于，包括：

连通管，与盛放液体的容器相连；

透光窗，开设在所述连通管上，用于观测液面位置；

滑动窗体，设置在所述连通管上，用于沿着所述连通管滑动；

激光器，设置在所述滑动窗体中；

电荷耦合器件，设置在滑动窗体中与所述激光器相对的一侧，用于接收激光器照射到所述连通管后出射的光信号；以及

光栅尺，其读数头与所述滑动窗体连接，与所述滑动窗体同步移动。

2、根据权利要求1所述的液位测量装置，其特征在于，还包括：

控制模块，与所述滑动窗体连接，用于控制所述滑动窗体沿着所述连通管滑动。

3、根据权利要求1或2所述的液位测量装置，其特征在于，还包括：

接口模块，与所述电荷耦合器件相连，用于接收所述电荷耦合器件的数据。

4、根据权利要求3所述的液位测量装置，其特征在于，还包括：

数据处理模块，与所述接口模块连接，用于结合所述接口模块发送过来的数据、所述光栅尺的读数以及与其余与计算液位相关的参数计算出液位。

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