CN110441199B - 一种激光测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种激光测量装置，包括：激光器、准直光学元件、液体收容装置及图像采集模组；所述液体收容装置用于容置待测液体，所述准直光学元件和所述图像采集模组位于所述液体收容装置的同一侧，且所述液体收容装置位于所述准直光学元件的中心轴线和所述图像采集模组的中心轴线的相交处；所述激光器，设置于所述准直光学元件的一侧，用于发射激光光束；所述准直光学元件，用于将所述激光光束准直，经过准直后的所述激光光束出射至所述液体收容装置；所述图像采集模组，用于采集所述激光光束照射至所述液体收容装置后形成的散射光线的光斑图像。

Description

一种激光测量装置
技术领域
本发明涉及仪器仪表技术领域，尤其涉及一种激光测量装置。
背景技术
光在传播中，波前受到与波长尺度相当的隙孔或颗粒的限制，以受限波前处各元波为源的发射在空间干涉而产生衍射和散射，衍射和散射的光能的空间(角度)分布与光波波长和隙孔或颗粒的尺度有关。用激光做光源，光为波长一定的单色光，衍射和散射的光能的空间(角度)分布就只与粒径有关。对颗粒群的衍射，各颗粒级的多少决定着对应各特定角处获得的光能量的大小，各特定角光能量在总光能量中的比例，应反映着各颗粒级的分布程度。
现有的激光粒度仪一般采用面发射激光器与扩束镜结合，通过扩束镜对面发射激光器发出的光束进行扩束以实现气体的颗粒度测量，但是面发射激光器是指光从垂直于半导体衬底表面的方向射出的固体激光器，其光能量密度限制了测量结果的准确度；其次，该种激光粒度仪测量液体颗粒度时，其测量精确度将受到所选取的测量杯的材质、放置位置等的影响，从而影响了该激光粒度仪的应用范围。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种光能量密度更高、具有更高测量准确度和更强的应用性能的激光测量装置。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种激光测量装置，包括：激光器、准直光学元件、液体收容装置及图像采集模组；所述液体收容装置用于容置待测液体，所述准直光学元件和所述图像采集模组位于所述液体收容装置的同一侧，且所述液体收容装置位于所述准直光学元件的中心轴线和所述图像采集模组的中心轴线的相交处；所述激光器，设置于所述准直光学元件的一侧，用于发射激光光束；所述准直光学元件，用于将所述激光光束准直，经过准直后的所述激光光束出射至所述液体收容装置；所述图像采集模组，用于采集所述激光光束照射至所述液体收容装置后形成的散射光线的光斑图像。
其中，所述激光器为点光源激光器，所述准直光学元件包括准直透镜。
其中，所述准直光学元件还包括快轴准直透镜；所述快轴准直透镜设置于所述激光器与所述准直透镜之间。
其中，所述激光测量装置还包括线激光生成器；所述线激光生成器设置于所述准直透镜与所述液体收容装置之间，用于形成一字线激光。
其中，所述激光器包括至少两个点光源激光器，所述准直光学元件包括与所述点光源激光器的数量相同的准直透镜，所述准直透镜分别与所述点光源激光器对应设置；所述至少两个点光源激光器发射出的所述激光光束经过所述至少两个准直透镜后形成线激光。
其中，所述激光器包括至少两个点光源激光器，所述准直光学元件包括与所述点光源激光器的数量相同的准直透镜和快轴准直透镜，所述激光测量装置还包括与所述点光源激光器的数量相同的线激光生成器；每一点光源激光器与对应的一快轴准直透镜、一准直透镜和一线激光生成器依次排列，所述每一点光源激光器发出的激光光束依次经过对应的所述快轴准直透镜、所述准直透镜和所述线激光生成器后形成一字线激光，所述至少两个点光源激光器的排列方向与所述线激光生成器形成的一字线激光的方向不同，所述至少两个点光源激光器发出的所述激光光束分别经过对应的所述快轴准直透镜、所述准直透镜和所述线激光生成器后形成面激光。
其中，所述激光测量装置包括至少三个点光源激光器，所述点光源激光器呈阵列式分布，所述准直光学元件包括与所述点光源激光器的数量相同的准直透镜，所述准直透镜与所述点光源激光器分别对应设置；所述至少三个点光源激光器发射出的所述激光光束经过对应的所述准直透镜后形成面激光。
其中，所述图像采集模组包括CCD图像传感器或CMOS图像传感器。
其中，所述图像采集模组还包括成像镜头；所述成像镜头，设置于所述液体收容装置与所述CCD图像传感器或CMOS图像传感器之间，用于聚集所述激光光束照射至所述液体收容装置形成的散射光线。
一种激光测量装置，包括：激光器、准直光学元件、液体收容装置及图像采集模组；所述液体收容装置用于容置待测液体，所述准直光学元件和所述图像采集模组位于所述液体收容装置的同一侧；所述激光器，设置于所述准直光学元件的一侧，用于发射激光光束；所述准直光学元件，用于将所述激光光束准直，经过准直后的所述激光光束出射至所述液体收容装置；所述图像采集模组，用于采集所述激光光束照射至所述液体收容装置后形成的散射光线的光斑图像；其中，所述液体收容装置位于入射至所述液体收容装置的激光光束和所述图像采集模组的中心轴线的相交处。
其中，所述激光器包括至少两个点光源激光器，所述准直光学元件包括快轴准直透镜和慢轴准直透镜，所述激光测量装置还包括反射镜，所述快轴准直透镜、慢轴准直透镜和所述反射镜的数量分别与所述点光源激光器的数量对应；每一点光源激光器与对应的一快轴准直透镜、一慢轴准直透镜和一反射镜依次排列，所述每一点光源激光器发出的激光光束依次经过对应的所述快轴准直透镜、所述慢轴准直透镜后形成线性激光出射至对应的所述反射镜，所述反射镜用于将所述激光光束反射后拼接形成面激光，并出射至所述液体收容装置。
本发明实施例提供激光测量装置，包括激光器、准直光学元件、液体收容装置及图像采集模组；所述激光器，设置于所述准直光学元件的一侧，用于发射激光光束；所述准直光学元件，用于将所述激光光束准直，经过准直后的所述激光光束出射至所述液体收容装置；所述图像采集模组，用于采集所述激光光束照射至所述液体收容装置后形成的散射光线的光斑图像；通过设置液体收容装置，实现了对待测液体的容置，可以避免测量过程中所选取的测量杯的不同材质或者不同位置对测量结果的影响；通过将准直光学元件和所述图像采集模组置于所述液体收容装置的同一侧，且所述液体收容装置位于所述准直光学元件的中心轴线和所述图像采集模组的中心轴线的相交处，或者将液体收容装置置于入射至所述液体收容装置的激光光束和所述图像采集模组的中心轴线的相交处，实现了对所述激光光束照射至所述液体收容装置后形成的散射光线的采集，避免了透射光线对于散射光线采集的影响；通过激光器、准直光学元件、液体收容装置及图像采集模组，实现待测液体的测量，造价低廉且光能量密度较高。
附图说明
图1为本发明一可选实施例中激光测量装置的组成结构示意图；
图2为本发明一可选实施例中激光测量装置的组成结构示意图；
图3为本发明一可选实施例中激光测量装置的组成结构示意图；
图4为本发明一可选实施例中激光测量装置的组成结构示意图；
图5为本发明一可选实施例中激光测量装置的组成结构示意图；
图6为本发明一可选实施例中激光测量装置的组成结构示意图；
图7为本发明一可选实施例中激光测量装置的组成结构示意图；
图8为本发明一可选实施例中激光测量装置的组成结构示意图；
图9为本发明一可选实施例中成像镜头的结构示意图；
图10为本发明一可选实施例中激光测量装置的组成结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、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地详细描述，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一实施例提供了一种激光测量装置，请参阅图1，所述激光测量装置包括：激光器101、准直光学元件102、液体收容装置103及图像采集模组104；所述液体收容装置103用于容置待测液体，所述准直光学元件102和所述图像采集模组104位于所述液体收容装置103的同一侧，且所述液体收容装置103位于所述准直光学元件102的中心轴线和所述图像采集模组104的中心轴线的相交处；所述激光器101，设置于所述准直光学元件102的一侧，用于发射激光光束；所述准直光学元件102，用于将所述激光光束准直，经过准直后的所述激光光束出射至所述液体收容装置103；所述图像采集模组104，用于采集所述激光光束照射至所述液体收容装置103后形成的散射光线的光斑图像。
本发明实施例中，激光测量装置用于测量待测液体，包括激光器101、准直光学元件102、液体收容装置103及图像采集模组104；所述激光器101，设置于所述准直光学元件102的一侧，用于发射激光光束；所述准直光学元件102，用于将所述激光光束准直，经过准直后的所述激光光束出射至所述液体收容装置103；所述图像采集模组104，用于采集所述激光光束照射至所述液体收容装置103后形成的散射光线的光斑图像；通过设置液体收容装置103，实现了对待测液体的容置，可以避免测量过程中所选取的测量杯的不同材质或者不同位置对测量结果的影响；通过将准直光学元件102和所述图像采集模组104置位于所述液体收容装置103的同一侧，且所述液体收容装置103位于所述准直光学元件102的中心轴线和所述图像采集模组104的中心轴线的相交处，实现了对所述激光光束照射至所述液体收容装置103后形成的散射光线的采集，避免了透射光线对于散射光线采集的影响；通过激光器101、准直光学元件102、液体收容装置103及图像采集模组104，实现待测液体的测量，造价低廉且光能量密度较高。
这里，请参阅图2，所述激光器101为点光源激光器，所述准直光学元件102包括准直透镜201。具体的，所述激光器101为点光源激光器，所述点光源激光器可以是半导体激光器，所述点光源激光器的光斑为1000μm×200μm的方形或者椭圆形；通过采用准直透镜201，实现了将激光器101发射的激光光束转换为平行光。可选的，该激光测量装置还包括外壳(图未示)，所述激光器101、准直光学元件102、液体收容装置103及图像采集模组104均收容于该外壳内，使得该激光测量装置形成为一个整体。
这里，请参阅图3，所述准直光学元件102还包括快轴准直透镜301；所述快轴准直透镜301设置于所述激光器101与所述准直透镜201之间。具体的，在激光器101与准直透镜201之间设置快轴准直透镜301，通过快轴准直透镜301压缩快轴光束发散角，将激光器101发射的激光光束的发散角压缩到1mrad以内，减小了激光光束的发散角。
这里，请参阅图4，所述激光测量装置还包括线激光生成器401；所述线激光生成器401设置于所述准直透镜201与所述液体收容装置103之间，用于形成一字线激光。具体的，所述线激光生成器可以选用波浪镜或者鲍威尔棱镜。通过采用线激光生成器，得到一字线激光，增大了测量面积，提高了激光的利用率。
这里，请参阅图5，在另一可选的实施例中，所述激光器101包括至少两个点光源激光器，所述准直光学元件102包括与所述点光源激光器的数量相同的准直透镜201，所述准直透镜201分别与所述点光源激光器对应设置；所述至少两个点光源激光器发射出的所述激光光束经过所述至少两个准直透镜201后形成线激光。通过采用至少两个点光源激光器以及与所述点光源激光器的数量相同的准直透镜201的方式，至少两个点光源激光器发射的激光光束的光斑形成一条断续的直线，增大了测量面积，保证了光能量密度。
这里，请参阅图6，在又一可选的实施例中，所述激光器101包括至少两个点光源激光器，所述准直光学元件102包括与所述点光源激光器的数量相同的准直透镜201和快轴准直透镜301，所述激光测量装置还包括与所述点光源激光器的数量相同的线激光生成器线激光生成器401；每一点光源激光器与对应的一快轴准直透镜301、一准直透镜201和一线激光生成器401依次排列，所述每一点光源激光器发出的激光光束依次经过对应的所述快轴准直透镜301、所述准直透镜201和所述线激光生成器401后形成一字线激光，所述至少两个点光源激光器的排列方向与所述线激光生成器401形成的一字线激光的方向不同，所述至少两个点光源激光器发出的所述激光光束分别经过对应的所述快轴准直透镜301、所述准直透镜201和所述线激光生成器401后形成面激光。具体的，通过采用至少两个点光源激光器，以及与所述点光源激光器的数量相同的准直透镜201、快轴准直透镜301和线激光生成器401，每一点光源激光器发出的激光光束依次经过对应的所述快轴准直透镜301、所述准直透镜201和所述线激光生成器401后形成一字线激光，进而形成至少两条一字线激光，所述至少两条一字线激光确定一个平面，增大了测量面积，提高了激光的利用率。
这里，请参阅图7，在另一可选的实施例中，所述激光测量装置包括至少三个点光源激光器，所述点光源激光器呈阵列式分布，所述准直光学元件102包括与所述点光源激光器的数量相同的准直透镜201，所述准直透镜201与所述点光源激光器分别对应设置；所述至少三个点光源激光器发射出的所述激光光束经过对应的所述准直透镜201后形成面激光。通过采用呈阵列式分布的至少三个点光源激光器，以及与所述点光源激光器的数量相同的准直透镜201，至少三个电光源激光器发射的激光光束的光斑形成一个多点组成的平面，增大了测量面积，保证了光能量密度。
这里，请参阅图8，所述图像采集模组104包括CCD图像传感器或CMOS图像传感器。所述图像采集模组104包括图像传感器801，所述图像传感器801为CCD图像传感器或CMOS图像传感器。由于CCD图像传感器灵敏度高、可靠性好、光谱响应宽且结构紧凑，通过采用CCD图像传感器，提高了激光测量装置的成像质量和灵敏度；由于CMOS图像传感器结构简单、集成度高且成本低，通过采用CMOS观光元器件，降低了激光测量装置的造价。
这里，所述图像采集模组104还可以包括成像镜头802；所述成像镜头802，设置于所述液体收容装置103与所述CCD图像传感器或CMOS图像传感器之间，用于聚集所述激光光束照射至所述液体收容装置103形成的散射光线。
在一个可选的实施例中，所述成像镜头802可以是单个凸透镜，用于聚集所述激光光束照射至所述液体收容装置103形成的散射光线，采用单个凸透镜，可以实现聚集散射光的作用，简化了结构，降低了成本。
在另一个可选的实施例中，所述成像镜头802为包含至少两个透镜的透镜组。具体的，请参阅图9，所述成像镜头802从物侧至像侧依次包括第一透镜901、第二透镜902和第三透镜903；其中，第一透镜901具有正光焦度，其物侧面为凸面，像侧面为平面；第二透镜902具有负光焦度，其物侧面和像侧面均为凹面；第三透镜903具有正光焦度，其物侧面和像侧面均为凸面。第一透镜901和第二透镜902、第二透镜902和第三透镜903之间的距离不超过5mm，第一透镜901、第二透镜902和第三透镜903的组合焦距为6～35mm。由第一透镜901、第二透镜902和第三透镜903组成的成像镜头，视角宽且成像质量好。
本发明另一实施例提供了一种激光测量装置，请再次参阅图1，包括：激光器101、准直光学元件102、液体收容装置103及图像采集模组104；所述液体收容装置103用于容置待测液体，所述准直光学元件102和所述图像采集模组104位于所述液体收容装置103的同一侧；所述激光器101，设置于所述准直光学元件102的一侧，用于发射激光光束；所述准直光学元件102，用于将所述激光光束准直，经过准直后的所述激光光束出射至所述液体收容装置103；所述图像采集模组104，用于采集所述激光光束照射至所述液体收容装置103后形成的散射光线的光斑图像；其中，所述液体收容装置103位于入射至所述液体收容装置103的激光光束和所述图像采集模组104的中心轴线的相交处。
这里，请参阅图10，在再一可选的实施例中，所述激光器101包括至少两个点光源激光器，所述准直光学元件102包括快轴准直透镜301和慢轴准直透镜1001，所述激光测量装置还包括反射镜1002，所述快轴准直透镜301、慢轴准直透镜1001和所述反射镜1002的数量分别与所述点光源激光器的数量对应；每一点光源激光器与对应的一快轴准直透镜301、一慢轴准直透镜1001和一反射镜1002依次排列，所述每一点光源激光器发出的激光光束依次经过对应的所述快轴准直透镜301、所述慢轴准直透镜1001后形成线性激光出射至对应的所述反射镜1002，所述反射镜1002用于将所述激光光束反射后拼接形成面激光，并出射至所述液体收容装置103。具体的，通过采用至少两个点光源激光器，以及与所述电光源激光器数量相同的快轴准直透镜301、慢轴准直透镜1001和反射镜1002，每一点光源激光器与对应的一快轴准直透镜301、一慢轴准直透镜1001和一反射镜1002依次排列，所述每一点光源激光器发出的激光光束依次经过对应的所述快轴准直透镜301、所述慢轴准直透镜1001后形成线性激光出射至对应的所述反射镜1002，通过所述反射镜1002对入射至液体收容装置103的激光光束的方向和间距进行调整，所述反射镜1002用于将所述激光光束反射后拼接形成无缝隙的面激光，并出射至所述液体收容装置103，增大了测量面积，保证了光能量密度。在一个可选的实施例中，在所述反射镜1002和所述液体收容装置103之间设置光阑，用于限制面激光的形状。
本发明实施例提供了一种激光测量装置，包括激光器101、准直光学元件102、液体收容装置103及图像采集模组104；所述激光器101，设置于所述准直光学元件102的一侧，用于发射激光光束；所述准直光学元件102，用于将所述激光光束准直，经过准直后的所述激光光束出射至所述液体收容装置103；所述图像采集模组104，用于采集所述激光光束照射至所述液体收容装置103后形成的散射光线的光斑图像；通过设置液体收容装置103，实现了对待测液体的容置，可以避免测量过程中所选取的测量杯的不同材质或者不同位置对测量结果的影响；通过将所述液体收容装置103设置于入射至所述液体收容装置103的激光光束和所述图像采集模组104的中心轴线的相交处，实现了对所述激光光束照射至所述液体收容装置103后形成的散射光线的采集，避免了透射光线对于散射光线采集的影响；通过激光器101、准直光学元件102、液体收容装置103及图像采集模组104，实现了待测液体的测量，造价低廉且光能量密度较高。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种激光测量装置，其特征在于，包括：激光器、准直光学元件、液体收容装置及图像采集模组；所述液体收容装置用于容置待测液体，所述准直光学元件和所述图像采集模组位于所述液体收容装置的同一侧，且所述液体收容装置位于所述准直光学元件的中心轴线和所述图像采集模组的中心轴线的相交处；
所述激光器为点光源激光器，设置于所述准直光学元件的一侧，用于发射激光光束；
所述准直光学元件包括依次设置的快轴准直透镜及准直透镜，用于将所述激光光束准直，经过准直后的所述激光光束出射至所述液体收容装置；所述激光测量装置还包括线激光生成器；
所述点光源激光器与对应的一快轴准直透镜、一准直透镜和一线激光生成器依次排列；
所述激光器包括至少两个点光源激光器，所述激光测量装置还包括与所述点光源激光器的数量相同的快轴准直透镜、准直透镜和线激光生成器；
每一所述点光源激光器与对应的所述快轴准直透镜、所述准直透镜和所述线激光生成器后形成一字线激光，所述至少两个点光源激光器的排列方向与所述线激光生成器形成的一字线激光的方向不同，所述至少两个点光源激光器发出的所述激光光束分别经过对应的所述快轴准直透镜、所述准直透镜和所述线激光生成器后形成面激光；
所述图像采集模组，用于采集所述激光光束照射至所述液体收容装置后形成的散射光线的光斑图像；
所述图像采集模组包括CCD图像传感器或CMOS图像传感器，所述图像采集模组还包括成像镜头；所述成像镜头，设置于所述液体收容装置与所述CCD图像传感器或CMOS图像传感器之间，用于聚集所述激光光束照射至所述液体收容装置形成的散射光线；
所述成像镜头从物侧面至像侧面依次包括第一透镜、第二透镜和第三透镜；其中，所述第一透镜具有正光焦度，所述第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为平面；所述第二透镜具有负光焦度，所述第二透镜的物侧面和像侧面均为凹面；所述第三透镜具有正光焦度，所述第三透镜的物侧面和像侧面均为凸面。
2.根据权利要求1所述的激光测量装置，其特征在于
所述快轴准直透镜设置于所述激光器与所述准直透镜之间。
3.根据权利要求2所述的激光测量装置，其特征在于，
所述线激光生成器设置于所述准直透镜与所述液体收容装置之间，用于形成一字线激光。
4.根据权利要求1所述的激光测量装置，其特征在于，所述激光测量装置包括至少三个点光源激光器，所述点光源激光器呈阵列式分布，所述准直光学元件包括与所述点光源激光器的数量相同的准直透镜，所述准直透镜与所述点光源激光器分别对应设置；
所述至少三个点光源激光器发射出的所述激光光束经过对应的所述准直透镜后形成面激光。
5.一种激光测量装置，其特征在于，包括：激光器、准直光学元件、液体收容装置及图像采集模组；所述液体收容装置用于容置待测液体，所述准直光学元件和所述图像采集模组位于所述液体收容装置的同一侧；
所述激光器为点光源激光器，设置于所述准直光学元件的一侧，用于发射激光光束；
所述准直光学元件包括快轴准直透镜和慢轴准直透镜，用于将所述激光光束准直，经过准直后的所述激光光束出射至所述液体收容装置；
所述激光测量装置还包括反射镜；
所述激光器包括至少两个点光源激光器，所述快轴准直透镜、慢轴准直透镜和所述反射镜的数量分别与所述点光源激光器的数量对应；
每一点光源激光器与对应的一快轴准直透镜、一慢轴准直透镜和一反射镜依次排列，所述每一点光源激光器发出的激光光束依次经过对应的所述快轴准直透镜、所述慢轴准直透镜后形成线性激光出射至对应的所述反射镜，所述反射镜用于将所述激光光束反射后拼接形成面激光，并出射至所述液体收容装置；
所述图像采集模组，用于采集所述激光光束照射至所述液体收容装置后形成的散射光线的光斑图像；其中，所述液体收容装置位于入射至所述液体收容装置的激光光束和所述图像采集模组的中心轴线的相交处。
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