CN108414048B - 标准金属量器液位计量装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种标准金属量器液位计量装置及系统，涉及计量技术领域。该标准金属量器液位计量装置包括图像采集模块、高度测量模块、处理模块及传动组件；传动组件可以包括滑杆、滑动设置在该滑杆上的滑块、电动机、及传动连接件。处理模块与电动机、高度测量模块及图像采集模块连接，该处理模块用于确定液面与定位横杆的距离；并在该距离小于或等于预设值时输出使电动机停止运动的指令至电动机，以使定位横杆对液面进行定位。该计量装置及系统结构简单、易于实现，可自动实现对液位图像的采集，利用定位横杆准确实现对液面的定位，进而有助于减小测量误差，提高对液位计量的精度以及提高对液体体积的计算精度。
Description
技术领域
本发明涉及电子计量技术领域，具体而言，涉及一种标准金属量器液位计量装置及系统。
背景技术
标准金属量器是用于测量液体体积的标准计量器具，可作为容量量值传递的计量器具。它广泛应用于流量计量检定、校准装置中，是流量计在制造、科研中进行测试的重要设备之一。
在传统的技术中，标准金属量器的读数通常由人为读取液位刻度，从而获取其具体容积，然而人为读取的效率慢，且容易看错刻度线，而导致读数不准确。尽管现有技术出现了可配合液位传感器实现液位读取，而液位传感器通常为接触式测量，也就是在安装液位传感器时，会改变标准量器的原有的结构，从而导致测量误差较大。因此，如何提供一种可解决上述问题的方案，已成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种标准金属量器液位计量装置及系统，能够准确对液面进行定位并读取液位数据，有助于提高读取精度，进而解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明较佳实施例所提供的技术方案如下所示：
本发明较佳实施例提供一种标准金属量器液位计量装置，所述标准金属量器液位计量装置包括：
用于采集液位图像的图像采集模块；
用于带动所述图像采集模块移动的传动组件，所述传动组件包括滑杆、滑动设置在所述滑杆上的滑块、电动机、及传动连接件，所述传动连接件的一端与所述电动机的转轴传动连接，另一端与所述滑杆远离所述电动机的一端传动连接；所述滑块设置有定位横杆，所述图像采集模块设置在所述定位横杆远离所述滑块的一端，所述传动连接件与所述滑块固定连接以带动滑块移动；
设置在所述滑块上用于获得所述滑块的高度值的高度测量模块；
与所述电动机、所述高度测量模块及所述图像采集模块连接的处理模块，所述处理模块基于所述液位图像中液面与所述定位横杆的位置，确定所述液面与所述定位横杆的距离；并在所述距离小于或等于预设值时输出使所述电动机停止运动的指令至所述电动机，以使所述定位横杆对所述液面进行定位。
可选地，上述处理模块还基于所述定位横杆在预设液位时所述高度测量模块得到的第一高度值，及所述定位横杆在对所述液面定位时所述高度测量模块得到的第二高度值的差值作为所述液面的相对高度值并输出。
可选地，上述处理模块还基于所述相对高度值输出液体体积。
可选地，上述标准金属量器液位计量装置还包括与所述处理模块连接的用于显示计量数据的显示模块，所述计量数据包括所述第一高度值、所述第二高度值、所述相对高度值、基于所述相对高度值得到的液体体积中的至少一种数据。
可选地，上述电动机为步进电机，所述相对高度值由所述高度测量模块基于所述步进电机的相对步数得到，所述相对步数为所述定位横杆在所述预设液位时与所述定位横杆在对所述液面定位时的步数差。
可选地，上述标准金属量器液位计量装置还包括与所述处理模块连接的输入模块及外设接口模块。
可选地，上述标准金属量器液位计量装置还包括用于固定所述电动机的底座；
所述滑杆的一端固定设置在所述底座上，另一端远离所述底座并与所述传动连接件传动连接。
可选地，上述传动连接件为皮带、链条中的一种。
可选地，上述标准金属量器液位计量装置还包括与所述图像采集模块及所述电动机电连接以实现供电的电源模块。
本发明还一种标准金属量器液位计量系统，所述标准金属量器液位计量系统包括用户终端及上述的标准金属量器液位计量装置，所述标准金属量器液位计量装置包括通信模块，所述通信模块与所述用户终端通信连接，以将计量数据发送至所述用户终端，所述计量数据包括液面的相对高度值、基于所述相对高度值得到的液体体积中的至少一种。
相对于现有技术而言，本发明提供的标准金属量器液位计量装置及系统至少具有以下有益效果：本发明提供的标准金属量器液位计量装置包括图像采集模块、高度测量模块、处理模块及传动组件。其中，图像采集模块用于采集液位图像；传动组件用于带动图像采集模块移动，该传动组件可以包括滑杆、滑动设置在该滑杆上的滑块、电动机、及传动连接件；传动连接件的一端与电动机的转轴传动连接，另一端与滑杆远离电动机的一端传动连接；滑块设置有定位横杆，图像采集模块设置在定位横杆远离滑块的一端，传动连接件与滑块固定连接以带动滑块移动；高度测量模块设置在滑块上用于获得滑块的高度值；处理模块与电动机、高度测量模块及图像采集模块连接，该处理模块基于液位图像中液面与定位横杆的位置，确定液面与定位横杆的距离；并在该距离小于或等于预设值时输出使电动机停止运动的指令至电动机，以使定位横杆对液面进行定位。该计量装置及系统结构简单、易于实现，可自动实现对液位图像的采集，利用定位横杆准确实现对液面的定位，进而有助于减小测量误差，提高对液位计量的精度以及提高对液体体积的计算精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明较佳实施例提供的标准金属量器液位计量装置的侧视状结构示意图。
图2为本发明较佳实施例提供的标准金属量器液位计量装置的后视状结构示意图。
图3为本发明较佳实施例提供的标准金属量器液位计量装置的电路方框示意图。
图4为本发明较佳实施例提供的标准金属量器液位计量装置与容器相配合的正视状结构示意图。
图5为本发明较佳实施例提供的标准金属量器液位计量系统的方框示意图。
图标：10-标准金属量器液位计量系统；100-标准金属量器液位计量装置；110-图像采集模块；120-传动组件；121-滑杆；122-滑块；123-电动机；124-传动连接件；125-定位横杆；126-高度测量模块；130-底座；140-处理模块；150-显示模块；160-通信模块；200-用户终端；300-容器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电性连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请结合参照图1、图2和图3，其中，图1为本发明较佳实施例提供的标准金属量器液位计量装置100的侧视状结构示意图，图2为本发明较佳实施例提供的标准金属量器液位计量装置100的后视状结构示意图，图3为本发明较佳实施例提供的标准金属量器液位计量装置100的电路方框示意图。本发明提供一种标准金属量器液位计量装置100，可以自动对具有透明部位的容器300(如图5所示)中容置的液体的液面进行定位测量，通过测量液面高度，进而确定容器300内液体的体积。
可理解地，标准金属量器液位计量装置100适用于对测量精度要求较高的场景(比如，流量计量检定、校准，该流量可以为水流量或其他化学试液的流量)，尤其是测量颈液位。该标准金属量器液位计量装置100通过对透明部位的凹液面或凸液面进行定位以得到凹液面或凸液面对应的高度，然后基于预设液位的高度便可得到液面基于预设液位的相对高度。而将预设液位对应的体积与相对高度对应的体积相加，便可得到容器300中液体的体积，也就是实现对容器300液体体积的精确测量。其中，预设液位对应的体积可以为预先经过测量的体积；透明部位可为口径不变的直筒管状结构，以便于利用管状结构的口径计算该管状结构的空心部位的横截面积，然后利用横截面积和相对高度得到与相对高度对应的体积。
需要说明的是，预设液位可理解为对应有具体容积的基准液位，可根据实际情况进行设置。
在本实施例中，容器300可以由透明材料(比如透明玻璃、透明塑料等)制成。例如，整个容器300由透明玻璃制成，或者容器300的瓶颈部位设置有透明玻璃制成的连通管，以便于通过标准金属量器液位计量装置100读取数据。例如，容器300可以是，但不限于标准金属量器、量筒、玻璃试管等容器300。
在本实施例中，标准金属量器液位计量装置100可以包括图像采集模块110、传动组件120、高度测量模块126及处理模块140。其中，传动组件120用于带动所述图像采集模块110移动，以便于对液面进行定位。该传动组件120可以包括滑杆121、滑动设置在滑杆121上的滑块122、电动机123、及传动连接件124。
在本实施例中，图像采集模块110可以为摄像头、高清相机等，用于采集容器300透明部位的液位图像。
在本实施例中，所述传动连接件124的一端与所述电动机123的转轴传动连接，另一端与所述滑杆121远离所述电动机123的一端传动连接；所述滑块122设置有定位横杆125，所述图像采集模块110设置在所述定位横杆125远离所述滑块122的一端，所述传动连接件124与所述滑块122固定连接，以通过传动连接件124带动滑块122移动。
在本实施例中，高度测量模块126设置在所述滑块122上用于获得所述滑块122的高度值。例如，滑杆121上可以设置光栅码，该高度测量模块126为用于读取光栅码的读头，滑块122在不同位置便可获取不同的光栅码，从而得到不同的高度值。也就是，高度测量模块126与滑杆121可组成具有光栅尺的功能，从而实现对滑块122相对高度值的测量。
在其他实施方式中，高度测量模块126也可以通过不同于上述方式测量滑块122的相对高度值。比如，若电动机123为步进电机，高度测量模块126可以用于读取步进电机的转动步数，然后基于相对步数确定滑块122的移动距离或滑块122的高度值。其中，相对步数为所述定位横杆125在所述预设液位时与所述定位横杆125在对所述液面定位时的步数差。
在本实施例中，处理模块140与电动机123、高度测量模块126及图像采集模块110连接。该处理模块140基于液位图像中液面与定位横杆125的位置，确定液面与定位横杆125的距离；并在该距离小于或等于预设值时输出使所述电动机123停止运动的指令至电动机123。电动机123在接收到该指令时，便停止运动，从而实现定位横杆125对液面进行定位。其中，预设值可根据实际情况进行设定，比如，预设值为小于或等于0.02毫米的一个数值，这里不作具体限定。
请参照图4，为本发明较佳实施例提供的标准金属量器液位计量装置100与容器300相配合的正视状结构示意图。可理解地，定位横杆125远离滑杆121的一端(为了便于描述，可称该端为末端)用于对液面进行定位。为了便于对液面进行定位，该末端的下表面为水平面，该末端的上表面为倾斜面，使得该末端呈扁平的楔形结构。在进行液面计量时，定位横杆125的末端位于容器300和图像采集模块110之间，利用楔形结构的下表面对凹液面或凸液面进行对齐。也就是基于采集的液面图像，确定凹液面最低位置(或凸液面最高位置)与末端的下表面之间的距离值小于或等于预设值时，便确定定位横杆125与液面处于对齐状态，此时的读数便可用作为计算液面相对高度的数据。
当然，在其他实施方式中，末端的上表面也可以为水平面，然后利用上表面确定定位横杆125与液面是否对齐，其确定方式与上述方式相同，这里不再赘述。
在本实施例中，标准金属量器液位计量装置100还可以包括显示模块150。该显示模块150与所述处理模块140连接，用于显示计量数据。所述计量数据包括所述第一高度值、所述第二高度值、所述相对高度值、基于所述相对高度值得到的液体体积中的至少一种数据。
在本实施例中，处理模块140还基于所述定位横杆125在预设液位时所述高度测量模块126得到的第一高度值，及所述定位横杆125在对所述液面定位时所述高度测量模块126得到的第二高度值的差值作为所述液面的相对高度值并输出。其输出可理解为有显示模块150对相对高度值进行显示，或者通过网络将相对高度值输出至如图5所示的用户终端200。
其中，处理模块140可以是，但不限于中央处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、单片机(比如STM系列芯片)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
用户终端200可以是，但不限于智能手机、个人电脑(personal computer，PC)、平板电脑、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)、移动上网设备(mobileInternet device，MID)等。
在本实施例中，处理模块140还基于所述相对高度值输出液体体积。可理解地，容器300在预设液位对应的容积为一固定值，而预设液位之上容纳的液体体积也就是需要计算的体积，通过将这两个体积相加便可得到容器300已装液体的体积。为了便于对体积进行计算，上述管道结构的所有部位的内径相同，或者内径呈线性变换，以便于可基于相对高度计算预设液位之上的容积。也就是需要计算的体积可基于得到的相对高度与底面积计算得到，该底面积即为上述管状结构的空心部位的横截面积。
在本实施例中，标准金属量器液位计量装置100还包括与所述处理模块140连接的输入模块及外设接口模块。输入模块可以为数字键盘、旋钮等，可以用于输入与预设液位对应的容积、或上述的口径、或横截面积等；外设接口模块可以为USB数据接口或其他接口，可以用于输出计量数据(比如，将计量数据输出至用户终端200)，该计量数据可以包括液面的相对高度值、基于所述相对高度值得到的液体体积中的至少一种。
在本实施例中，标准金属量器液位计量装置100还可以包括用于固定所述电动机123的底座130；所述滑杆121的一端固定设置在所述底座130上，另一端远离所述底座130并与所述传动连接件124传动连接。
可选地，传动连接件124可以为皮带、链条中的一种。
可选地，标准金属量器液位计量装置100还包括电源模块。该电源模块与所述图像采集模块110、所述电动机123、高度测量模块126等电连接，以实现持续供电。
基于上述设计，标准金属量器液位计量装置100可自动并准确对液面进行定位，然后根据定位情况确定液面的相对高度值，从而有利于提高对高度值的精度以及对容器300容纳液体体积测量的精度，有利于系统的自动化，便于进行推广。另外，该标准金属量器液位计量装置100结构简单、易于实现，有助于降低制造成本。
请参照图5，为本发明较佳实施例提供的标准金属量器液位计量系统10的方框示意图。本发明较佳实施例还提供一种标准金属量器液位计量系统10，所述标准金属量器液位计量系统10包括用户终端200及上述实施例所述的标准金属量器液位计量装置100，所述标准金属量器液位计量装置100包括通信模块160，所述通信模块160与所述用户终端200通信连接，以将计量数据发送至所述用户终端200，所述计量数据包括液面的相对高度值、基于所述相对高度值得到的液体体积中的至少一种。
可理解地，用户终端200可以与至少一个标准金属量器液位计量装置100通过网络建立通信连接，以进行数据交互。该网络可以是有线网络或无线网络，这里不作具体限定。例如，标准金属量器液位计量装置100可以通过数字信号接口(比如USB接口)将液面的相对高度值传输至用户终端200，然后由用户终端200计算相应的液体体积。基于该设计，多个标准金属量器液位计量装置100可分别对多个容器300测量液面的相对高度值和/或所装液体的体积，有助于提高测量的效率，另外还有利于数据的集中收集与管理。
综上所述，本发明提供一种标准金属量器液位计量装置及系统。该标准金属量器液位计量装置可以包括图像采集模块、高度测量模块、处理模块及传动组件。其中，图像采集模块用于采集液位图像；传动组件用于带动图像采集模块移动，该传动组件可以包括滑杆、滑动设置在该滑杆上的滑块、电动机、及传动连接件；传动连接件的一端与电动机的转轴传动连接，另一端与滑杆远离电动机的一端传动连接；滑块设置有定位横杆，图像采集模块设置在定位横杆远离滑块的一端，传动连接件与滑块固定连接以带动滑块移动；高度测量模块设置在滑块上用于获得滑块的高度值；处理模块与电动机、高度测量模块及图像采集模块连接，该处理模块基于液位图像中液面与定位横杆的位置，确定液面与定位横杆的距离；并在该距离小于或等于预设值时输出使电动机停止运动的指令至电动机，以使定位横杆对液面进行定位。该计量装置及系统结构简单、易于实现，可自动实现对液位图像的采集，利用定位横杆准确实现对液面的定位，进而有助于减小测量误差，提高对液位计量的精度以及提高对液体体积的计算精度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种标准金属量器液位计量装置，其特征在于，所述标准金属量器液位计量装置包括：
用于采集液位图像的图像采集模块；
用于带动所述图像采集模块移动的传动组件，所述传动组件包括滑杆、滑动设置在所述滑杆上的滑块、电动机、及传动连接件，所述传动连接件的一端与所述电动机的转轴传动连接，另一端与所述滑杆远离所述电动机的一端传动连接；所述滑块设置有定位横杆，所述图像采集模块设置在所述定位横杆远离所述滑块的一端，所述传动连接件与所述滑块固定连接以带动滑块移动；所述定位横杆远离所述滑杆的一端的上表面和/或下表面为水平面，所述水平面用于对凹液面或凸液面对齐；
设置在所述滑块上用于获得所述滑块的高度值的高度测量模块；
与所述电动机、所述高度测量模块及所述图像采集模块连接的处理模块，所述处理模块基于所述液位图像中液面与所述定位横杆的位置，确定所述液面与所述定位横杆的距离；并在所述距离小于或等于预设值时输出使所述电动机停止运动的指令至所述电动机，以使所述定位横杆对所述液面进行定位；所述处理模块还基于所述定位横杆在预设液位时所述高度测量模块得到的第一高度值，及所述定位横杆在对所述液面定位时所述高度测量模块得到的第二高度值的差值作为所述液面的相对高度值并输出；
其中，所述预设液位为对应容积的基准液位；所述处理模块还基于所述相对高度值输出液体体积；
其中，所述预设液位对应的体积与所述相对高度值对应的体积相加得到所述液体体积。
2.根据权利要求1所述的标准金属量器液位计量装置，其特征在于，所述标准金属量器液位计量装置还包括与所述处理模块连接的用于显示计量数据的显示模块，所述计量数据包括所述第一高度值、所述第二高度值、所述相对高度值、基于所述相对高度值得到的液体体积中的至少一种数据。
3.根据权利要求1所述的标准金属量器液位计量装置，其特征在于，所述电动机为步进电机，所述相对高度值由所述高度测量模块基于所述步进电机的相对步数得到，所述相对步数为所述定位横杆在所述预设液位时与所述定位横杆在对所述液面定位时的步数差。
4.根据权利要求1所述的标准金属量器液位计量装置，其特征在于，所述标准金属量器液位计量装置还包括与所述处理模块连接的输入模块及外设接口模块。
5.根据权利要求1所述的标准金属量器液位计量装置，其特征在于，所述标准金属量器液位计量装置还包括用于固定所述电动机的底座；
所述滑杆的一端固定设置在所述底座上，另一端远离所述底座并与所述传动连接件传动连接。
6.根据权利要求1所述的标准金属量器液位计量装置，其特征在于，所述传动连接件为皮带、链条中的一种。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的标准金属量器液位计量装置，其特征在于，所述标准金属量器液位计量装置还包括与所述图像采集模块及所述电动机电连接以实现供电的电源模块。
8.一种标准金属量器液位计量系统，其特征在于，所述标准金属量器液位计量系统包括用户终端及如权利要求1-6中任意一项所述的标准金属量器液位计量装置，所述标准金属量器液位计量装置包括通信模块，所述通信模块与所述用户终端通信连接，以将计量数据发送至所述用户终端，所述计量数据包括液面的相对高度值、基于所述相对高度值得到的液体体积中的至少一种。
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