CN105222930A - 非接触式压力检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非接触式压力检测装置及其检测方法，包括弹性部件、参照块、入射光源组件以及聚焦摄像组件，入射光源组件包括沿光线入射方向上依次设置于入射光轴上的光源、光线会聚透镜，聚焦摄像组件包括沿光线聚焦方向上依次设置于聚焦光轴上的成像聚焦透镜以及数字图像传感器，入射光轴和聚焦光轴偏折了设定的角度，该检测装置还包括与数字图像传感器连接的智能图像处理装置，智能图像处理装置能获取数字图像传感器的图像信息从而根据反射或散射后光斑在图像传感器上的位置变化计算出参照块的位移量，进而计算出被测物体压力的变化。该检测装置及检测方法不仅能测量高温介质压力，而且分辨率高、稳定性好、测量精度高、使用安全可靠。

Description

非接触式压力检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测装置及检测方法，特别涉及一种非接触式压力检测装置及其检测方法。

背景技术

现有接触式电容压力传感器，其输出存在非线性，寄生电容和分布电容影响灵敏度和测量精度，硅压力传感器对工况的温度有限制。随着工业测量领域的不断扩展，对高温工况的测量、测量精度及测量速度的不断提高,传统的接触式压力传感器已经无法满足工业界的需求，因此要提供一种测量精度高、稳定性好、能测量高温介质压力的非接触式压力传感器己成为当务之亟。

发明内容

本发明的目的在于克服以上缺点，提供一种非接触式压力检测装置及其检测方法，该检测装置及检测方法不仅能测量高温介质压力，而且分辨率高、稳定性好、测量精度高、使用安全可靠。

本发明是这样实现的：

方案(一)：

一种非接触式压力检测装置，其特征在于：包括与被测物体相连接且能根据被测物体压力变化而产生形变的弹性部件、固设于弹性部件上的参照块、用于向参照块发射光线的入射光源组件以及用于获取参照块反射或散射后光线的聚焦摄像组件，所述入射光源组件包括沿光线入射方向上依次设置于入射光轴上的光源、光线会聚透镜，所述聚焦摄像组件包括沿光线聚焦方向上依次设置于聚焦光轴上的成像聚焦透镜以及数字图像传感器，所述入射光轴和聚焦光轴偏折了设定的角度，所述非接触式压力检测装置还包括与数字图像传感器连接的智能图像处理装置，智能图像处理装置能获取数字图像传感器的图像信息从而根据反射或散射后光斑在图像传感器上的位置变化计算出参照块的位移量，进而计算出被测物体压力的变化。

进一步地，该装置还包括基座以及设置于基座体内的光线反射腔，所述光线反射腔靠近参照块的一端与外部相连通，另一端位于基座体内，所述光线反射腔的开口端固设有用于与被测物体相连接的连接件，所述连接件位于光线反射腔内的一端设有开口朝向光线反射腔的引压腔，所述连接件上设有用于连通引压腔和被测物体的引压孔，所述弹性部件封设于引压腔的开口上，所述参照块固设于弹性部件位于光线反射腔一侧的表面上，所述光线反射腔位于基座体内的一端设有与外部相连通的聚光基座安装孔，所述光线反射腔的侧壁设有与外部相连通且轴线与聚光基座安装孔的轴线偏折设定角度的成像基座安装孔；该装置还包括安装于聚光基座安装孔上的聚光基座以及安装于成像基座安装孔上的成像基座，所述光线会聚透镜安装于聚光基座位于光线反射腔内的一端，所述光源安装于聚光基座内，所述成像聚焦透镜安装于成像基座位于光线反射腔内的一端，所述数字图像传感器安装于成像基座内。

优选的，所述光线反射腔包括设置于基座上端的圆柱形空腔以及设置于基座中部且与圆柱形空腔相连通的倒圆锥形空腔，所述圆柱形空腔的上端与外部相连通且下端与倒圆锥形空腔上端相连，所述聚光基座安装孔与倒圆锥形空腔的下端相连通，所述成像基座安装孔设置于倒圆锥形空腔的侧壁上。

优选的，所述光源上设有2-20个引脚一，所述引脚一外侧套有绝缘子一，所述数字图像传感器上设有2-20个引脚二，所述引脚二外侧套有绝缘子二。

优选的，所述光线反射腔为真空腔。

优选的，所述基座、连接件、聚光基座、成像基座和参照块采用金属材料制作。

优选的，所述弹性部件为恒弹性簧片。

优选的，所述光源为LED光源。

方案(二)：

一种非接触式压力检测装置的检测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

①该检测装置不与被测物体连接时，弹性部件未产生形变，打开光源和数字图像传感器，光源发出的光经光线会聚透镜射到参照块表面后，反射或散射光经成像聚焦透镜聚焦成像在数字图像传感器的光敏面上，智能图像处理装置即可获取数字图像传感器采集到的光斑图像信息，弹性部件未产生形变时的光斑为元点光斑；

②将检测装置的连接件与被测物体进行连接，弹性部件根据被测物体压力变化而产生形变，智能图像处理装置将数字图像传感器采集到的图像信息与步骤①的元点光斑图像信息进行对比并计算出位移量，然后智能图像处理装置将位移量转化成4-20mA的电流信号，再根据电流的大小计算压力的大小。

较之现有技术而言，本发明具有以下优点：

(1)本发明提供的非接触式压力检测装置及其检测方法，不仅能测量高温介质压力，而且分辨率高、稳定性好、测量精度高、使用安全可靠；

(2)本发明提供的非接触式压力检测装置，所述光线反射腔为真空腔，光传播没有能量损失，反射效果好；

(3)本发明提供的非接触式压力检测装置，光源采用LED光源，使用寿命长；

(4)本发明提供的非接触式压力检测装置，结构简单，制造成本低，易于推广应用。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明非接触式压力检测装置的结构示意图；

图2是图1的W向视图；

图3是本发明非接触式压力检测装置的光路图。

图中符号说明：1、弹性部件，2、参照块，3、入射光轴，4、聚焦光轴，5、光源，5-1、引脚一，5-2、绝缘子一，6、光线会聚透镜，7、成像聚焦透镜，8、数字图像传感器，8-1、引脚一，8-2、绝缘子二，9、基座，10、光线反射腔，10-1、圆柱形空腔，10-2、倒圆锥形空腔，11、连接件，12、引压腔，13、引压孔，14、聚光基座，15、成像基座。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明内容进行详细说明：

实施方式(一)：

如图1－3所示为本发明提供的一种非接触式压力检测装置，包括与被测物体相连接且能根据被测物体压力变化而产生形变的弹性部件1、固设于弹性部件1上的参照块2、用于向参照块2发射光线的入射光源组件以及用于获取参照块2反射或散射后光线的聚焦摄像组件，所述入射光源组件包括沿光线入射方向上依次设置于入射光轴3上的光源5、光线会聚透镜6，所述聚焦摄像组件包括沿光线聚焦方向上依次设置于聚焦光轴4上的成像聚焦透镜7以及数字图像传感器8，所述入射光轴3和聚焦光轴4偏折了设定的角度，所述非接触式压力检测装置还包括与数字图像传感器8连接的智能图像处理装置，智能图像处理装置能获取数字图像传感器8的图像信息从而根据反射或散射后光斑在图像传感器8上的位置变化计算出参照块2的位移量，进而计算出被测物体压力的变化。

如图1所示，进一步地，该装置还包括基座9以及设置于基座9体内的光线反射腔10，所述光线反射腔10靠近参照块2的一端与外部相连通，另一端位于基座9体内，所述光线反射腔10的开口端固设有用于与被测物体相连接的连接件11，所述连接件11位于光线反射腔10内的一端设有开口朝向光线反射腔10的引压腔12，所述连接件11上设有用于连通引压腔12和被测物体的引压孔13，所述弹性部件1封设于引压腔12的开口上，所述参照块2固设于弹性部件1位于光线反射腔10一侧的表面上，所述光线反射腔10位于基座9体内的一端设有与外部相连通的聚光基座安装孔，所述光线反射腔10的侧壁设有与外部相连通且轴线与聚光基座安装孔的轴线偏折设定角度的成像基座安装孔；该装置还包括安装于聚光基座安装孔上的聚光基座14以及安装于成像基座安装孔上的成像基座15，所述光线会聚透镜6安装于聚光基座14位于光线反射腔10内的一端，所述光源5安装于聚光基座14内，所述成像聚焦透镜7安装于成像基座15位于光线反射腔10内的一端，所述数字图像传感器8安装于成像基座15内。

如图1所示，优选的，所述光线反射腔10包括设置于基座9上端的圆柱形空腔10-1以及设置于基座9中部且与圆柱形空腔10-1相连通的倒圆锥形空腔10-2，所述圆柱形空腔10-1的上端与外部相连通且下端与倒圆锥形空腔10-2上端相连，所述聚光基座安装孔与倒圆锥形空腔10-2的下端相连通，所述成像基座安装孔设置于倒圆锥形空腔10-2的侧壁上。

如图1、图2所示，优选的，所述光源5上设有2-20个引脚一5-1，所述引脚一5-1外侧套有绝缘子一5-2，所述数字图像传感器8上设有2-20个引脚二8-1，所述引脚二8-1外侧套有绝缘子二8-2。

优选的，所述光线反射腔10为真空腔。

优选的，所述基座9、连接件11、聚光基座14、成像基座15和参照块2采用金属材料制作。

优选的，所述弹性部件1为恒弹性簧片。

优选的，所述光源为LED光源。

实施方式(二)：

一种非接触式压力检测装置的检测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

①该检测装置不与被测物体连接时，弹性部件1未产生形变，打开光源5和数字图像传感器8，光源5发出的光经光线会聚透镜6射到参照块2表面后，反射或散射光经成像聚焦透镜7聚焦成像在数字图像传感器8的光敏面上，智能图像处理装置即可获取数字图像传感器8采集到的光斑图像信息，弹性部件1未产生形变时的光斑为元点光斑；

②将检测装置的连接件11与被测物体进行连接，弹性部件1根据被测物体压力变化而产生形变，智能图像处理装置将数字图像传感器8采集到的图像信息与步骤①的元点光斑图像信息进行对比并计算出位移量，然后智能图像处理装置将位移量转化成4-20mA的电流信号，再根据电流的大小计算压力的大小。

上述具体实施方式只是对本发明的技术方案进行详细解释，本发明并不只仅仅局限于上述实施例，凡是依据本发明原理的任何改进或替换，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种非接触式压力检测装置，其特征在于：包括与被测物体相连接且能根据被测物体压力变化而产生形变的弹性部件(1)、固设于弹性部件(1)上的参照块(2)、用于向参照块(2)发射光线的入射光源组件以及用于获取参照块(2)反射或散射后光线的聚焦摄像组件，所述入射光源组件包括沿光线入射方向上依次设置于入射光轴(3)上的光源(5)、光线会聚透镜(6)，所述聚焦摄像组件包括沿光线聚焦方向上依次设置于聚焦光轴(4)上的成像聚焦透镜(7)以及数字图像传感器(8)，所述入射光轴(3)和聚焦光轴(4)偏折了设定的角度，所述非接触式压力检测装置还包括与数字图像传感器(8)连接的智能图像处理装置，智能图像处理装置能获取数字图像传感器(8)的图像信息从而根据反射或散射后光斑在图像传感器(8)上的位置变化计算出参照块(2)的位移量，进而计算出被测物体压力的变化。

2.根据权利要求1所述的非接触式压力检测装置，其特征在于：该装置还包括基座(9)以及设置于基座(9)体内的光线反射腔(10)，所述光线反射腔(10)靠近参照块(2)的一端与外部相连通，另一端位于基座(9)体内，所述光线反射腔(10)的开口端固设有用于与被测物体相连接的连接件(11)，所述连接件(11)位于光线反射腔(10)内的一端设有开口朝向光线反射腔(10)的引压腔(12)，所述连接件(11)上设有用于连通引压腔(12)和被测物体的引压孔(13)，所述弹性部件(1)封设于引压腔(12)的开口上，所述参照块(2)固设于弹性部件(1)位于光线反射腔(10)一侧的表面上，所述光线反射腔(10)位于基座(9)体内的一端设有与外部相连通的聚光基座安装孔，所述光线反射腔(10)的侧壁设有与外部相连通且轴线与聚光基座安装孔的轴线偏折设定角度的成像基座安装孔；该装置还包括安装于聚光基座安装孔上的聚光基座(14)以及安装于成像基座安装孔上的成像基座(15)，所述光线会聚透镜(6)安装于聚光基座(14)位于光线反射腔(10)内的一端，所述光源(5)安装于聚光基座(14)内，所述成像聚焦透镜(7)安装于成像基座(15)位于光线反射腔(10)内的一端，所述数字图像传感器(8)安装于成像基座(15)内。

3.根据权利要求2所述的非接触式压力检测装置，其特征在于：所述光线反射腔(10)包括设置于基座(9)上端的圆柱形空腔(10-1)以及设置于基座(9)中部且与圆柱形空腔(10-1)相连通的倒圆锥形空腔(10-2)，所述圆柱形空腔(10-1)的上端与外部相连通且下端与倒圆锥形空腔(10-2)上端相连，所述聚光基座安装孔与倒圆锥形空腔(10-2)的下端相连通，所述成像基座安装孔设置于倒圆锥形空腔(10-2)的侧壁上。

4.根据权利要求2所述的非接触式压力检测装置，其特征在于：所述光源(5)上设有2-20个引脚一(5-1)，所述引脚一(5-1)外侧套有绝缘子一(5-2)，所述数字图像传感器(8)上设有2-20个引脚二(8-1)，所述引脚二(8-1)外侧套有绝缘子二(8-2)。

5.根据权利要求2所述的非接触式压力检测装置，其特征在于：所述光线反射腔(10)为真空腔。

6.根据权利要求2所述的非接触式压力检测装置，其特征在于：所述基座(9)、连接件(11)、聚光基座(14)、成像基座(15)和参照块(2)采用金属材料制作。

7.根据权利要求1所述的非接触式压力检测装置，其特征在于：所述弹性部件(1)为恒弹性簧片。

8.根据权利要求1所述的非接触式压力检测装置，其特征在于：所述光源(5)为LED光源。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的非接触式压力检测装置的检测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

①该检测装置不与被测物体连接时，弹性部件(1)未产生形变，打开光源(5)和数字图像传感器(8)，光源(5)发出的光经光线会聚透镜(6)射到参照块(2)表面后，反射或散射光经成像聚焦透镜(7)聚焦成像在数字图像传感器(8)的光敏面上，智能图像处理装置即可获取数字图像传感器(8)采集到的光斑图像信息，弹性部件(1)未产生形变时的光斑为元点光斑；

②将检测装置的连接件(11)与被测物体进行连接，弹性部件(1)根据被测物体压力变化而产生形变，智能图像处理装置将数字图像传感器(8)采集到的图像信息与步骤①的元点光斑图像信息进行对比并计算出位移量，然后智能图像处理装置将位移量转化成4-20mA的电流信号，再根据电流的大小计算压力的大小。