CN107356307A - 一种液面高度变化放大测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本技术方案提供了一种液面高度变化放大测量装置，其中，浮子浮于液面之上，竖杆下端与浮子连接，竖杆可在竖直方向上沿滑轨滑动，滑轨与支架固定连接，摆动杆与固定装置铰接，摆动杆一端有与摆动杆平行的条形槽，竖杆上端有滑动杆穿过条形槽，滑动杆可沿条形槽滑动，固定装置与支架连接且可在竖直方向上相对于支架滑动，定位装置用于固定固定装置在支架上的位置，激光发射器安装在摆动杆远离条形槽的一端，当摆动杆水平时，摆动杆与固定装置的铰接点至滑动杆的距离小于铰接点至电子屏的距离，激光发射器朝向电子屏，图像采集装置朝向电子屏且与处理器连接。通过杠杆原理将液位的变化放大，从而提高测量精度，进而实现对液位微小变化的检测。

Description

一种液面高度变化放大测量装置及方法

技术领域

本发明涉及液位检测技术领域，具体地说，涉及一种液位高度变化放大测量装置及方法。

背景技术

液位变化检测是指用一定的方法对液位高度发生的变化进行测量。液位变化检测可用于连通管位移检测方法中，如大坝变形检测、桥梁的挠度检测等。

目前液位检测大致可分为非接触式和接触式两种方法。在接触式的液位检测系统中，一是采用浮子式液位计，浮子式液位计属于机械装置，成本低，但目前达不到高精度，不能实现液位微小变化的检测。二是采用压阻式液位变送器对液位进行检测，这种检测系统是依据液面下某处的压强与其到液面的距离成正比关系的原理设计的，但是，目前没有对液位微小变化时压强的微小变化进行准确测量的方法，压阻式液位变送器的测量精度也较低，也不能实现液位微小变化的检测。

因此，如何实现对液位微小变化的检测成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种液位高度变化放大测量装置，通过杠杆原理将液位的变化放大，从而提高测量精度，进而实现对液位微小变化的检测。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种液面高度变化放大测量装置，所述测量装置包括支架、浮子、竖杆、滑轨、摆动杆、固定装置、定位装置、激光发射器、电子屏、图像采集装置及处理器，其中：

所述浮子浮于液面之上；

所述竖杆下端与所述浮子连接，所述竖杆可在竖直方向上沿所述滑轨滑动；

所述滑轨与所述支架固定连接，所述支架位置固定；

所述摆动杆与所述固定装置铰接，所述摆动杆一端有与所述摆动杆平行的条形槽，所述竖杆上端有滑动杆穿过所述条形槽，所述滑动杆可沿所述条形槽滑动；

所述固定装置与所述支架连接，所述固定装置可在竖直方向上相对于所述支架滑动；

所述定位装置用于固定所述固定装置在所述支架上的位置；

所述激光发射器安装在所述摆动杆远离所述条形槽的一端，当所述摆动杆水平时，所述摆动杆与所述固定装置的铰接点至所述滑动杆的距离小于所述铰接点至所述电子屏的距离；

所述激光发射器朝向所述电子屏；

所述图像采集装置朝向所述电子屏；

所述图像采集装置与所述处理器连接。

优选地，所述测量装置还包括连通管，所述连通管包括横管及竖管，所述横管与被测液体连通，所述竖管的管口高于被测液体液面，所述浮子浮于所述竖管内液面上。

优选地，所述定位装置包括锁紧螺母。

优选地，所述测量装置还包括摆动件，所述摆动杆通过所述摆动件与所述固定装置铰接，所述摆动件包括轴承。

优选地，所述定位装置包括伺服电机及齿轮，所述固定装置包括齿条，所述测量装置还包括角度感应器，所述角度感应器安装在所述铰接点处，所述角度感应器与所述处理器连接，所述处理器与所述伺服电机连接，所述齿轮与所述齿条啮合，所述伺服电器用于控制所述固定装置在竖直方向上沿所述滑轨滑动。

优选地，所述伺服电机与所述处理器无线连接，所述角度感应器与所述处理器无线连接。

优选地，所述图像采集装置与所述处理器无线连接。

一种液面高度变化放大测量方法，所述测量方法应用于如权利要求1所述的测量装置，所述测量方法包括：

调整所述固定装置在所述支架上的位置，使所述摆动杆水平；

所述图像采集装置记录所述激光发射器射在所述电子屏上的光斑的位置，记为第一光斑位置信息，所述图像采集装置将所述第一光斑位置信息发送至所述处理器；

当所述激光发射器射在所述电子屏上的光斑的位置发生变化时，所述图像采集装置记录变化后的光斑的位置为第二光斑位置信息，所述图像采集装置将所述第二光斑位置信息发送至所述处理器；

所述处理器基于所述第一光斑位置信息及所述第二光斑位置信息计算液位变化量。

优选地，所述第一光斑位置信息为第一时间光斑所在的第一像素点信息，所述第二光斑位置信息为第二时间光斑所在的第二像素点信息，所述所述处理器基于所述第一光斑位置信息及所述第二光斑位置信息计算液位变化量包括：

所述处理器基于所述第一像素点信息及所述第二像素点信息计算第一像素点与第二像素点间相差的像素点数量N；

所述处理器调用像素点点间距d及放大比例L2/L1，L1为所述摆动杆与所述固定装置的铰接点至滑动杆的距离，L2为所述铰接点至所述电子屏的距离；

所述处理器由公式h=（L1*d*N）/L2计算出液位变化量h。

优选地，所述定位装置包括伺服电机及齿轮，所述固定装置包括齿条，所述测量装置还包括角度感应器，所述角度感应器安装在所述铰接点处，所述角度感应器与所述处理器连接，所述处理器与所述伺服电机连接，所述齿轮与所述齿条啮合，所述伺服电器用于控制所述固定装置在竖直方向上沿所述滑轨滑动，所述液面高度变化放大测量方法还包括：

所述处理器采集时间信息；

当所述时间信息满足第一预设条件时，所述处理器实时接收所述角度感应器发送的角度信息；

所述角度感应器采集所述摆动杆的角度信息，当所述摆动杆不为水平时，所述处理器基于所述角度信息控制所述伺服电机工作使所述摆动杆向水平位置转动；

当所述摆动杆为水平时，所述处理器控制所述伺服电机停止工作。

综上所述，本技术方案提供了一种液面高度变化放大测量装置，其中，浮子浮于液面之上，竖杆下端与浮子连接，竖杆可在竖直方向上沿滑轨滑动，滑轨与支架固定连接，支架位置固定，摆动杆与固定装置铰接，摆动杆一端有与摆动杆平行的条形槽，竖杆上端有滑动杆穿过条形槽，滑动杆可沿条形槽滑动，固定装置与支架连接，固定装置可在竖直方向上相对于支架滑动，定位装置用于固定固定装置在支架上的位置，激光发射器安装在摆动杆远离条形槽的一端，当摆动杆水平时，摆动杆与固定装置的铰接点至滑动杆的距离小于铰接点至电子屏的距离，激光发射器朝向电子屏，图像采集装置朝向电子屏，图像采集装置与处理器连接。通过杠杆原理将液位的变化放大，从而提高测量精度，进而实现对液位微小变化的检测。

附图说明

为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明公开的一种液面高度变化放大测量装置的结构示意图；

图2为本发明公开的竖杆的一种具体实现方式的结构示意图；

图3为本发明公开的一种液面高度变化放大测量装置实现定时初始化测量装置的初始化装置的结构示意图；

图4为本发明公开的一种液面高度变化放大测量方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，为本发明公开的一种液面高度变化放大测量装置的结构示意图，所述测量装置包括支架5、浮子3、竖杆2、滑轨1、摆动杆9、固定装置6、定位装置7、激光发射器10、电子屏13、图像采集装置12及处理器11，其中：

浮子3浮于液面之上；

竖杆2下端与浮子3连接，竖杆2可在竖直方向上沿滑轨1滑动；

滑轨1与支架5固定连接，支架5位置固定；

摆动杆9与固定装置6铰接，摆动杆9一端有与摆动杆9平行的条形槽901，竖杆2上端有滑动杆201穿过条形槽901，滑动杆201可沿条形槽901滑动；

竖杆2的结构可如图2所示。

因摆动杆9与固定装置6铰接，所以摆动杆9可以沿铰接点8旋转，为减小装置自身造成的测量误差，铰接点8两侧的摆动杆9的力矩相等，即摆动杆9不与竖杆2连接的情况下，若摆动杆9不受外力作用，则摆动杆9会处于静止状态，实现铰接点8两侧力矩相等，可由摆动杆9本身的结构特征实现，也可以在摆动杆9上添加配重装置15来实现。

固定装置6与支架5连接，固定装置6可在竖直方向上相对于支架5滑动；

为保证测量不同液面时电子屏13上的光斑的初始位置相同，在每次测量前需要通过调整固定装置6的位置来调整摆动杆9的位置，进而调整电子屏13上光斑的位置。

定位装置7用于固定固定装置6在支架5上的位置；

当固定装置6滑动到目标位置（保证测量不同液面时电子屏13上的光斑的初始位置相同的位置），由定位装置7对固定装置6的位置进行固定。

激光发射器10安装在摆动杆9没有条形槽的另一端，当摆动杆9水平时，摆动杆9与固定装置6的铰接点8至滑动杆201的距离小于铰接点8至电子屏13的距离；

为实现对液面高度变化的放大，因此摆动杆9与固定装置6的铰接点8至滑动杆201的距离小于铰接点8至电子屏13的距离。

激光发射器10朝向电子屏13；

图像采集装置12朝向电子屏13

图像采集装置12与处理器11连接。

综上所述，本技术方案提供了一种液面高度变化放大测量装置，在所述测量装置中，浮子3浮于液面之上，竖杆2下端与浮子3连接，竖杆2可在竖直方向上沿滑轨1滑动，滑轨1与支架5固定连接，摆动杆9与固定装置6铰接，摆动杆9一端有与摆动杆9平行的条形槽901，竖杆2上端有滑动杆201穿过条形槽901，滑动杆201可沿条形槽901方向滑动，固定装置6与支架5连接，固定装置6可在竖直方向上相对于支架5滑动，定位装置7用于固定固定装置6在支架5上的位置，激光发射器10安装在摆动杆9没有条形槽901的一端，当摆动杆9水平时，摆动杆9与固定装置6的铰接点8至滑动杆201的距离小于铰接点8至电子屏13的距离，激光发射器10朝向电子屏13，图像采集装置12朝向电子屏13，图像采集装置12与处理器11连接。通过杠杆原理将液位的变化放大，从而提高测量精度，进而实现对液位微小变化的检测。

在本系统中，图像采集装置12可以为摄像机。

为进一步优化上述技术方案，测量装置还包括连通管，连通管包括横管及竖管4，横管与被测液体连通，竖管4的管口高于被测液体液面，浮子3浮于竖管4内液面上；

使用连通管与被测液体连接可以实现远距离测量，例如测量大坝的液位变化，可以通过连通管将大坝的水引到远离大坝的地方，如检测室内，利用连通器的原理测量液位变化，使得测量装置可放置在一个安全的环境里，降低了环境因素对测量精度的影响，避免了在野外测量造成的测量装置的损坏。

为进一步优化上述技术方案，定位装置7可以为锁紧螺母，采用锁紧螺母固定固定装置6，其优点在于，操作简单，成本低。

为进一步优化上述技术方案，测量装置还包括摆动件，摆动杆9通过摆动件与固定装置6铰接，摆动件包括轴承；

利用轴承作为摆动件，可有效降低摆动杆9转动时的摩擦力，减小测量误差。

如图3所示，为本发明公开的一种液面高度变化放大测量装置实现定时初始化测量装置的初始化装置的结构示意图。

定位装置7为伺服电机701及齿轮702，固定装置6包括齿条601，测量装置还包括角度感应器16，角度感应器16安装在铰接点8处，角度感应器16与处理器11连接，处理器11与伺服电机701连接，齿轮702与齿条601啮合，伺服电器用于控制固定装置6在竖直方向上沿滑轨1滑动。本装置可实现每过一个时间段对测量位置的初始化，进而实现监测每个预设时间段内的液位的变化。

在上述技术方案中，伺服电机701与处理器11可无线连接，角度感应器16与处理器11可无线连接，图像采集装置12与处理器11可无线连接。

采用处理器11与其他装置的无线连接，可以实现多个测量装置公用一个处理器11，节约了测量成本。

如图3所示，为本发明公开的一种液面高度变化放大测量方法的流程图，所述测量方法应用于上述技术方案公开的液面高度变化放大测量装置，所述测量方法包括：

S101、调整固定装置6在支架5上的位置，使摆动杆9水平；

在测量液面变化之前，为便于测量，需要保证摆动杆9水平，因此调整固定装置6在支架5上的位置。

S102、图像采集装置12记录激光发射器10射在电子屏13上的光斑的位置，记为第一光斑位置信息，图像采集装置12将第一光斑位置信息发送至处理器11；

当摆动杆9调平后，开启激光发射器10发出激光可在电子屏13上投射一个光斑，图像采集装置12会检测到这个光斑并生成第一光斑位置信息，然后将其发送至处理器11。

S103、当激光发射器10射在电子屏13上的光斑的位置发生变化时，图像采集装置12记录变化后的光斑的位置为第二光斑位置信息，图像采集装置12将第二光斑位置信息发送至处理器11；

当液位发生变化时，浮子3带动竖杆2相对于滑轨1上下滑动，滑动杆201在条形槽901中滑动，带动摆动杆9摆动，激光发射器10投射到电子屏13上的光斑的位置会发生变化，图像采集装置12根据变化后的光斑的位置生成第二光斑位置信息，并将其发送至处理器11。

S104、处理器11基于第一光斑位置信息及第二光斑位置信息计算液位变化量；

因测量装置的各种硬件信息，如摆动杆9长度，铰接点8位置，电子屏13与激光发射器10的距离等信息都是已知的，因此可基于第一光斑及第二光斑的位置信息计算出液位的变化信息。

值得一提的是，电子屏13的尺寸也是已知的，因此可以根据光斑在电子屏13上移动的位移与电子屏13的尺寸的比例来确定光斑在电子屏13上移动的距离。

在本方法中，图像采集装置12采集光斑的位置信息即为采集电子屏13的图像。

为进一步优化上述技术方案，第一光斑位置信息为第一时间光斑所在的第一像素点信息，第二光斑位置信息为第二时间光斑所在的第二像素点信息，基于第一光斑位置信息及第二光斑位置信息计算液位变化量包括：

处理器11基于第一像素点信息及第二像素点信息计算第一像素点与第二像素点间相差的像素点数量N；

图像采集装置12采集的图像中的电子屏13可被分为若干个像素点，每个像素点可有其对应的像素点信息，根据两个像素点的像素点信息，可以计算出两个像素点间隔了多少个像素点，即第一像素点与第二像素点间相差的像素点数量，第一像素点为第一光斑的位置，第二像素点为第二光斑的位置。

处理器11调用像素点点间距d及放大比例L2/L1，L1为摆动杆9与固定装置6的铰接点8至滑动杆201的距离，L2为铰接点8至电子屏13的距离；

像素点的点间距是固定的，因上述测量装置的信息确定的，因此放大比例也是已知的，放大比例及像素点点间距可预先存储在处理器11中。

处理器11由公式h=（L1*d*N）/L2计算出液位变化量h；

由公式h=（L₁*d*N）/L₂即可计算出液位变化量。其中h为液位变化量，L₁为摆动杆9与固定装置6的铰接点8至滑动杆201的距离，L₂为铰接点8至电子屏13的距离，d为像素点点间距，N为像素点数量。

为进一步优化上述技术方案，上述测量方法还可包括以下步骤：

处理器11采集时间信息；

处理器11可自动获取时间信息，因处理器11获取时间信息为现有技术，因此不再赘述。

当时间信息满足第一预设条件时，处理器11实时接收角度感应器16发送的角度信息；

第一预设条件是对时间的限定条件，例如第一预设条件为时间到达0点0分，那么当获取的时间信息为0点0分时，时间信息就满足第一预设条件，此时，实时接收角度感应器16发送的角度信息。

角度感应器16采集摆动杆9的角度信息，当摆动杆9不为水平时，处理器11基于角度信息控制伺服电机701工作使摆动杆9向水平位置转动；

因为角度感应器16安装在铰接点8处，角度感应器16可以感应摆动杆9的姿态，例如摆动杆9是否水平。假设，测量液位变化的初始状态时，摆动杆9是水平的，那么，当摆动杆9不为水平时，处理器11基于角度信息控制伺服电机701工作，伺服电机701转动可带动齿轮702转动，齿轮702与齿条601啮合，因此伺服电机701带动固定装置6在竖直方向上运动。

当摆动杆9为水平时，处理器11控制伺服电机701停止工作；

假设测量液位变化的初始状态时，摆动杆9是水平的为例，当摆动杆9水平时，控制伺服电机701停止，伺服电机701停止后，固定装置6的位置将不再发生变化。

实现了定时初始化测量装置的功能，可测量每一个预设时间段内的液位变化。本功能可用于对液位变化的长期的统计，总结液位变化的规律。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种液面高度变化放大测量装置，其特征在于，所述测量装置包括支架、浮子、竖杆、滑轨、摆动杆、固定装置、定位装置、激光发射器、电子屏、图像采集装置及处理器，其中：

所述浮子浮于液面之上；

所述竖杆下端与所述浮子连接，所述竖杆可在竖直方向上沿所述滑轨滑动；

所述滑轨与所述支架固定连接，所述支架位置固定；

所述摆动杆与所述固定装置铰接，所述摆动杆一端有与所述摆动杆平行的条形槽，所述竖杆上端有滑动杆穿过所述条形槽，所述滑动杆可沿所述条形槽滑动；

所述固定装置与所述支架连接，所述固定装置可在竖直方向上相对于所述支架滑动；

所述定位装置用于固定所述固定装置在所述支架上的位置；

所述激光发射器安装在所述摆动杆远离所述条形槽的一端，当所述摆动杆水平时，所述摆动杆与所述固定装置的铰接点至所述滑动杆的距离小于所述铰接点至所述电子屏的距离；

所述激光发射器朝向所述电子屏；

所述图像采集装置朝向所述电子屏；

所述图像采集装置与所述处理器连接。

2.如权利要求1所述的液面高度变化放大测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括连通管，所述连通管包括横管及竖管，所述横管与被测液体连通，所述竖管的管口高于被测液体液面，所述浮子浮于所述竖管内液面上。

3.如权利要求1所述的液面高度变化放大测量装置，其特征在于，所述定位装置包括锁紧螺母。

4.如权利要求1所述的液面高度变化放大测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括摆动件，所述摆动杆通过所述摆动件与所述固定装置铰接，所述摆动件包括轴承。

5.如权利要求1所述的液面高度变化放大测量装置，其特征在于，所述定位装置包括伺服电机及齿轮，所述固定装置包括齿条，所述测量装置还包括角度感应器，所述角度感应器安装在所述铰接点处，所述角度感应器与所述处理器连接，所述处理器与所述伺服电机连接，所述齿轮与所述齿条啮合，所述伺服电器用于控制所述固定装置在竖直方向上沿所述滑轨滑动。

6.如权利要求5所述的液面高度变化放大测量装置，其特征在于，所述伺服电机与所述处理器无线连接，所述角度感应器与所述处理器无线连接。

7.如权利要求1-6任一项所述的液面高度变化放大测量装置，其特征在于，所述图像采集装置与所述处理器无线连接。

8.一种液面高度变化放大测量方法，其特征在于，所述测量方法应用于如权利要求1所述的测量装置，所述测量方法包括：

调整所述固定装置在所述支架上的位置，使所述摆动杆水平；

所述图像采集装置记录所述激光发射器射在所述电子屏上的光斑的位置，记为第一光斑位置信息，所述图像采集装置将所述第一光斑位置信息发送至所述处理器；

当所述激光发射器射在所述电子屏上的光斑的位置发生变化时，所述图像采集装置记录变化后的光斑的位置为第二光斑位置信息，所述图像采集装置将所述第二光斑位置信息发送至所述处理器；

所述处理器基于所述第一光斑位置信息及所述第二光斑位置信息计算液位变化量。

9.如权利要求8所述的液面高度变化放大测量方法，其特征在于，所述第一光斑位置信息为第一时间光斑所在的第一像素点信息，所述第二光斑位置信息为第二时间光斑所在的第二像素点信息，所述所述处理器基于所述第一光斑位置信息及所述第二光斑位置信息计算液位变化量包括：

所述处理器基于所述第一像素点信息及所述第二像素点信息计算第一像素点与第二像素点间相差的像素点数量N；

所述处理器调用像素点点间距d及放大比例L2/L1，L1为所述摆动杆与所述固定装置的铰接点至滑动杆的距离，L2为所述铰接点至所述电子屏的距离；

所述处理器由公式h=（L1*d*N）/L2计算出液位变化量h。

10.如权利要求8或9所述的液面高度变化放大测量方法，其特征在于，所述定位装置包括伺服电机及齿轮，所述固定装置包括齿条，所述测量装置还包括角度感应器，所述角度感应器安装在所述铰接点处，所述角度感应器与所述处理器连接，所述处理器与所述伺服电机连接，所述齿轮与所述齿条啮合，所述伺服电器用于控制所述固定装置在竖直方向上沿所述滑轨滑动，所述液面高度变化放大测量方法还包括：

所述处理器采集时间信息；

当所述时间信息满足第一预设条件时，所述处理器实时接收所述角度感应器发送的角度信息；

所述角度感应器采集所述摆动杆的角度信息，当所述摆动杆不为水平时，所述处理器基于所述角度信息控制所述伺服电机工作使所述摆动杆向水平位置转动；

当所述摆动杆为水平时，所述处理器控制所述伺服电机停止工作。