CN103645119B - 一种基于点光源的面阵ccd液体密度测量的测量装置 - Google Patents

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本发明涉及是一种基于点光源的面阵CCD液体密度测量的测量装置。基于点光源的面阵CCD液体密度测量的测量装置，由储液箱、LED点光源、面阵CCD、电路单元构成，圆形透射镜4镶嵌在储液箱5的顶部构成一个密闭容器，透射镜4上方连接有柱台形遮光罩2，储液箱5内部底面设有面阵CCD3，面阵CCD与电路单元6连接，安装在储液箱底部。该测量装置相对简便，易于使用，具有精度和信噪比高，受液体流动和温度变化影响小、可在腐蚀性等恶劣工业环境下工作等优点。

Description

一种基于点光源的面阵CCD液体密度测量的测量装置
技术领域
本发明涉及是一种基于点光源的面阵CCD液体密度测量的测量装置。
背景技术
在石油、化工、冶金、食品、医药等工业领域均需要对溶液密度进行测量。传统的液体密度光学测量方法中,用旋光仪测量液体密度,只适用于具有旋光性的溶液,无法实现在线与自动测量,且由于要靠人眼来判断三分视场的亮度是否相同,容易产生较大的误差；用线阵CCD测量液体密度，数据采集发生在一维的空间上，由于系统结构受温度，震动等因素影响，容易造成数据无法采集或者产生较大误差。
目前基于CCD的液体密度测量方法主要有：一、基于线阵CCD的光学折射法：该方法的实现原理是让一束平行光斜入射到装有待测溶液的矩形玻璃的一个侧面，并从另一面射出，由CCD接收。出射光与入射光平行但不在同一直线上，即出射光相对于入射光有一侧向位移。由于溶液折射率受密度变化影响，导致这一侧向位移随液体密度的改变而变化。因此，可以根据位移量测出液位。这种方法采用LED作为光源，玻璃和液体不能过厚，否则减弱光信号，且灵敏度不高，入射角的变化增加测量误差。二、基于线阵CCD的棱镜最小偏向角法：该方法的实现原理是将溶液盛入空心三棱镜中，一束激光入射到三棱镜上，从另一面出射的光相对于入射光有一偏向角，记录出射光在满足最小偏向角情况下在CCD上成像的位置。当溶液密度发生变化时，液体折射率改变，进而导致最小偏向角改变，在CCD上的成像出现位移。通过测量最小偏向角与密度之间的关系，用查表方式可以测出液体密度。该方法将最小偏向角与密度之间的关系近似为线性进行拟合，且在测量偏向角时误差较大，易受外界环境影响，灵敏度不高。三、基于线阵CCD的利用梯形棱镜的光学折射法，该方法以激光作为光源，入射光透过液体射入梯形棱镜的一端，在玻璃内部经过多次的反射之后从另一端射出，再透过液体由CCD接收。CCD上像斑便可与液体密度建立对应关系，从像斑就可以测出液体的密度。该方法利用线阵CCD,数据采集量小，抗干扰能力相对较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于面阵CCD的适用于透明或半透明液体的密度测量装置。
本发明的目的是这样实现的：
基于点光源的面阵CCD液体密度测量的测量装置，由储液箱、LED点光源、面阵CCD、电路单元构成，圆形透射镜4镶嵌在储液箱5的顶部构成一个密闭容器，透射镜4上方连接有柱台形遮光罩2，储液箱5内部底面设有面阵CCD3，面阵CCD与电路单元6连接，安装在储液箱底部。
电路单元包括CCD驱动电路、数据采集与处理电路以及数据传输电路。
遮光罩上有小孔，储液箱中装有待测溶液，LED点光源1发出的光穿过遮光罩2上的小孔后再穿过透射镜4投射到待测液体表面上。
本发明的有益效果在于：
该测量装置相对简便，易于使用，具有精度和信噪比高，受液体流动和温度变化影响小、可在腐蚀性等恶劣工业环境下工作等优点。
附图说明
图1是本发明的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本专利进一步说明:
该发明较以往利用线阵CCD测量液体密度的发明有明显优势。它不但可以实现液体密度的实时测量；并且由于光斑像素特征点众多的特点，使得数据采集量的大幅增加，减小了误差；另外，被测液体应充满储液箱，因此可以忽略液体流动对测量结果的影响；且具有稳定度高、易于补偿、信噪比高等特点。
本发明一种基于点光源的面阵CCD液体密度测量装置包括LED点光源1、柱台形遮光罩2、面阵CCD3、圆形透射镜4、储液箱5、电路单元6(包括CCD驱动电路、数据采集与处理电路以及数据传输电路)。结合图1，储液箱5和圆形透射镜4构成一个密闭容器用于盛放待测液体。柱台形遮光罩2位于透射镜4上部，其下部与圆形透射镜4吻合，其上部有一小孔。LED点光源1发出的光穿过遮光罩2上的小孔再穿过透射镜4后投射到待测液体上，在待测液体的液面处折射进入液体内部,投射到位于储液箱5底部的面阵CCD3上;电路单元6(包括CCD驱动电路、数据采集与处理电路以及数据传输电路)位于储液箱底部。
当液体密度改变时，入射光折射角发生变化，则入射光在面阵CCD3上形成的光斑大小随之变化；建立面阵CCD3上像斑大小与液体密度的对应关系后，通过电路单元6对面阵CCD3接收到的信号进行处理,计算出此时投射到CCD3上像斑的大小，便可以方便快速地得到被测液体的密度。
结合图1，测量时可将储液箱5侧面与待测液体容器形成连通结构，使待测液体充满储液箱5。柱台形遮光罩2下部与圆形透射镜4吻合，确保由LED点光源1发出的光可以覆盖到整个圆形透射镜4。柱台形遮光罩2内部可采用吸收光线的黑色材料，避免光线在柱台形遮光罩2侧壁发生反射而对测量结果产生影响，同时储液箱5和柱台形遮光罩2构成一个全黑环境，以免外部光线对测量产生影响，以提高测量精度。LED点光源1固定于遮光罩2上的小孔处，其发出的光线穿过透射镜4后投射到待测液体上，在待测液体的液面处经过折射进入液体内部,投射到位于储液箱5底部的面阵CCD3上形成一个圆形光斑。储液箱5底部嵌有一块透明玻璃，其大小与面阵CCD3相吻合，面阵CCD3位于储液箱5外部且与透明玻璃紧密相连。电路单元6(包括CCD驱动电路、数据采集与处理电路以及数据传输电路)位于储液箱5外部。注意，圆形透光镜4的直径应确保从LED点光源发出的光线透过圆形透光镜4并在待测液体表面发生折射后的像斑完全投射到CCD3的有效位置上。当液体密度发生改变时，入射光折射角也相应发生变化，则光线在面阵CCD3上形成的光斑大小也随之变化，此时，电路单元通过对CCD3接收到的光信号进行数据采集及数据处理计算出像斑的大小。当面阵CCD3上像斑大小与液体密度的一一对应关系建立后后，便可实时地测量到待测液体的密度。

Claims (1)

1.一种基于点光源的面阵CCD液体密度测量的测量装置，由储液箱、LED点光源、面阵CCD、电路单元构成，其特征在于：圆形透射镜(4)镶嵌在储液箱(5)的顶部构成一个密闭容器，透射镜(4)上方连接有柱台形遮光罩(2)，储液箱(5)内部底面设有面阵CCD(3)，面阵CCD与电路单元(6)连接，安装在储液箱底部；所述的电路单元包括CCD驱动电路、数据采集与处理电路以及数据传输电路；所述的遮光罩上有小孔，储液箱中装有待测溶液，LED点光源(1)发出的光穿过遮光罩(2)上的小孔后再穿过透射镜(4)投射到待测液体表面上。
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