CN111579021A - 电容液位式体积密度仪、测试方法、摄像方法及存储介质 - Google Patents

电容液位式体积密度仪、测试方法、摄像方法及存储介质 Download PDF

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CN111579021A CN202010315534.9A CN202010315534A CN111579021A CN 111579021 A CN111579021 A CN 111579021A CN 202010315534 A CN202010315534 A CN 202010315534A CN 111579021 A CN111579021 A CN 111579021A
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于文
刘凤仪
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Abstract

本发明涉及电容液位式体积密度仪、测试方法、摄像方法及存储介质，包括：步骤501、读取未进行检测的所述电容液位式体积密度仪的总电容，根据C1计算此时的液位高度H；步骤502、将待检测物沿投入口投入所述电容液位式体积密度仪；步骤503、读取此时的所述电容液位式体积密度仪的此时x＝2，根据C2计算此时的液位高度H′；步骤504、计算检测物投入后与投入前的液位高度差ΔH，ΔH＝H′‑H。本发明通过检测计量容器投入人体器官后液位的变化ΔH，并拍摄器官的立体像，能够辅助测量和计算投入人体器官质量‑体积‑密度，同时辅助检测弥漫性病变和较大范围局限性病变的器官组织，为解剖学、人类学、病理学和法医病理学尸体检验提供简便、可靠和成本低廉的检验仪器。

Description

电容液位式体积密度仪、测试方法、摄像方法及存储介质
技术领域
本发明涉及检验仪器领域，尤其涉及电容液位式体积密度仪、测试方法、摄像方法及存储介质。
背景技术
常规系统尸体病理解剖中,人体器官测量主要为器官质量和直尺测量器官大小的长×宽×厚数据,虽然可一定程度地反映体质发育、弥漫性病变和营养状况等，但对于器官密度值的测量以及利用密度值评价脏器的发育和病变时，对于不规则的器官三维形态的体积测量,缺乏规范化和科学化的缺点就明显地暴露了出来。
目前，对人体器官体积的检测，有人探索用X-ray、B超、CT等间接影象学方法，测量最大径线长度或三维成像技术叠层整合来测量体积，同时用超声速度、CT信号等的变化间接反映器官密度。由于各内脏器官三维形态极不规则，难以测准其体积，故无法获得准确的器官组织密度。
作为一种探索的非侵入性新型解剖技术，采用电子计算机X-ray断层扫描(electronic computer X-ray tomography technique，CT)；磁共振扫描技术(Magneticresonance imaging scan technology，MRI)；B超(type-B ultrasonic)；数字剪影(Digital silhouette)；电子发射断层扫描(Electron emission tomography)等手段，对尸体进行全身扫描，然后利用计算机软件程序进行分析，查找体内创伤，寻找到真正死因。但是，探索的尸检技术所需设备昂贵，条件苛刻，且目前情况该种设备尚且不能满足生者的需求，什么时候能够应用到死者还是一个未知数。
所以，截止到现在，人类学和医学尚无准确的人体器官组织体积和密度数据，亦无专门检测尸体器官组织体积-密度的现代化科学仪器设备。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的不足之一，提供电容液位式体积密度仪、测试方法、摄像方法及存储介质，能够为解剖学、人类学、病理学和法医病理学尸体检验提供简便、可靠和成本低廉的检验仪器。
为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：
电容液位式体积密度仪，包括：
外体，为金属材质构件，上端开设有投入口，下端设置有托盘；
内体，为圆形体，环绕所述外体设置，为玻璃材质构件，外电极直径为D1；
计量容器，垂直固定于所述外体的上端面，为圆形体，直径为D，包括同轴设置的柱状电容传感器探头内芯以及外敷绝缘层，所述电容传感器探头内芯的直径为d，总长度为H0，所述绝缘层的介电常数为ε3，所述电容传感器探头内芯用于读取所述电容液位式体积密度仪的总电容Cx；
导电介质，为液体，盛放于所述内体中，介电常数为ε1；
摄像组件，包括呈等边三角形设置的摄像架，所述摄像架通过支撑柱水平的固定于所述托盘上，所述摄像架的三个顶点处设置有A、B、C三个摄像点，所述摄像点设置有能够进行左右不同位置拍摄同一场景的摄像装置；
摄像窗口，设置有6个，开设于所述外体的侧壁，用于配合所述摄像组件进行拍摄；
液位变化量测算模块，用于根据待测物投入后的总电容以及待测物投入前的总电容计算待测物投入后所述导电介质的液位高度差ΔH；
显示模块，用于显示所述液位变化量测算模块计算得到的液位高度差ΔH。
进一步，所述计量容器与所述外体之间通过法兰盘固定。
进一步，还包括环境监测模块，用于监测现场的环境温度、气压以及湿度，并在显示模块予以显示。
进一步，所述摄像装置包括固定盒，所述固定盒与所述支撑柱固定连接，所述固定盒内水平固定设置有丝杆，所述丝杆侧壁套设有丝套，所述丝杆由直流伺服电机控制水平移动，所述丝套侧壁与所述控制盒之间设置有摄像机卡具，所述摄像机卡具跟随所述丝杆移动。
本发明还提出电容液位式体积密度仪的测试方法，应用于上述电容液位式体积密度仪，包括以下：
步骤501、读取未进行检测的所述电容液位式体积密度仪的总电容Cx，根据总电容计算此时的液位高度H；
步骤502、将待检测物沿投入口投入所述电容液位式体积密度仪；
步骤503、读取此时的所述电容液位式体积密度仪的总电容Cx，根据总电容计算此时的液位高度H′；
步骤504、计算检测物投入后与投入前的液位高度差ΔH，ΔH＝H′-H。
进一步，上述步骤501以及步骤503中根据总电容Cx计算液位高度的方法具体由以下公式得出：
Figure BDA0002459314440000031
其中
C1为电容液位式体积密度仪内空气中绝缘层的等效电容，C2为电容液位式体积密度仪内空气中的电容传感器探头内芯的等效电容，C3为电容液位式体积密度仪内导电介质中绝缘层的等效电容，C4为电容液位式体积密度仪内导电介质中的电容传感器探头内芯的等效电容；
C0为寄生电容以及与液位无关的杂散电容，令液位为0，可以求得
Figure BDA0002459314440000032
其中ε0′为绝缘层与计量容器中的气体的等效电容、L为液位测量范围、D0为内体的内径、d为电容传感器探头内芯的直径；
ε2为电容液位式体积密度仪中的空气的介电常数；
H1为电容传感器探头内芯浸入导电介质中的长度，H2为电容传感器探头内芯在空气中的长度，且有H1+H2＝H0(3)；
由上述(1)、(2)、(3)式可以得到
Figure BDA0002459314440000033
本发明还提出电容液位式体积密度仪的摄像方法，应用于上述电容液位式体积密度仪，包括以下：
在A、B、C三个摄像点中的任意一个摄像点进行单独拍摄，所述单独拍摄的方法为从丝杆移动的一端依靠直流伺服电机驱动的步进控制拍摄至少2张图片；
在A、B、C三个摄像点同步拍摄三张照片，所述同步拍摄的方法为在A、B、C三个摄像的设置的三台相机同时分别拍摄一张照片，之后在A、B、C三个摄像点进行单独拍摄。
本发明还提出一种计算机可读存储的介质，所述计算机可读存储的介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求6中所述方法的步骤。
本发明的有益效果为：
本发明应用液位测量技术和“基于平面照相技术的立体像照相法”，通过检测计量容器投入人体器官后液位的变化ΔH，并拍摄器官的立体像，能够辅助测量和计算投入人体器官质量-体积-密度，同时辅助检测弥漫性病变和较大范围局限性病变的器官组织，为解剖学、人类学、病理学和法医病理学尸体检验提供简便、可靠和成本低廉的检验仪器。
附图说明
图1所示为电容液位式体积密度仪整体结构示意图；
图2所示为电容液位式体积密度仪整体结构的俯视图；
图3所示为三个拍摄点的结构示意图；
图4所示为摄像装置的结构示意图；
图5所示为电容液位式体积密度仪测试方法在工作时依据的原理图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。附图中各处使用的相同的附图标记指示相同或相似的部分。
结合图1、图2、图3以及图4，本发明提供电容液位式体积密度仪、测试方法、摄像方法及存储介质。
为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：
电容液位式体积密度仪，包括：
外体100，为金属材质构件，上端开设有投入口110，下端设置有托盘120；
内体200，为圆形体，环绕所述外体100设置，为玻璃材质构件，外电极直径为D1；
计量容器300，垂直固定于所述外体的上端面，为圆形体，直径为D，包括同轴设置的柱状电容传感器探头内芯310以及外敷绝缘层320，所述电容传感器探头内芯310的直径为d，总长度为H0，所述绝缘层320的介电常数为ε3，所述电容传感器探头内芯310用于读取所述电容液位式体积密度仪的总电容Cx；
导电介质400，为液体，盛放于所述内体中，介电常数为ε1；
摄像组件500，包括呈等边三角形设置的摄像架510，所述摄像架510通过支撑柱511水平的固定于所述托盘120上，所述摄像架510的三个顶点处设置有A、B、C三个摄像点，所述摄像点设置有能够进行左右不同位置拍摄同一场景的摄像装置520；
摄像窗口600，设置有6个，开设于所述外体的侧壁，用于配合所述摄像组件500进行拍摄；
液位监测模块，用于读取所述导电介质的液位高度；
液位变化量测算模块，用于根据待测物投入后的总电容以及待测物投入前的总电容计算待测物投入后所述导电介质的液位高度差ΔH；
显示模块，用于显示所述液位变化量测算模块计算得到的液位高度差ΔH。
作为本发明的优选实施方式，所述计量容器300与所述外体100之间通过法兰盘700固定。
作为本发明的优选实施方式，还包括环境监测模块，用于监测现场的环境温度、气压以及湿度，并在显示模块予以显示。
作为本发明的优选实施方式，所述摄像装置520包括固定盒521，所述固定盒521与所述支撑柱511固定连接，所述固定盒521内水平固定设置有丝杆522，所述丝杆522侧壁套设有丝套523，所述丝杆522由直流伺服电机524控制水平移动，所述丝套523侧壁与所述控制盒521之间设置有摄像机卡具525，所述摄像机卡具525跟随所述丝杆522移动。在使用时将摄像机放置于摄像机卡具525中进行固定。
在液位信号Cx获得时，会进行前处理，前处理系统参见图5所示。另外本发明的电容液位式体积密度仪还能够连接数据线进行数据的传输。
参照图5，本发明还提出电容液位式体积密度仪的测试方法，应用于上述电容液位式体积密度仪，包括以下：
步骤501、读取未进行检测的所述电容液位式体积密度仪的总电容Cx，根据总电容计算此时的液位高度H；
步骤502、将待检测物沿投入口投入所述电容液位式体积密度仪；
步骤503、读取此时的所述电容液位式体积密度仪的总电容Cx，根据总电容计算此时的液位高度H′；
步骤504、计算检测物投入后与投入前的液位高度差ΔH，ΔH＝H′-H。
作为本发明的优选实施方式，上述步骤501以及步骤503中根据总电容Cx计算液位高度的方法具体由以下公式得出：
Figure BDA0002459314440000061
其中
C1为电容液位式体积密度仪内空气中绝缘层的等效电容，C2为电容液位式体积密度仪内空气中的电容传感器探头内芯的等效电容，C3为电容液位式体积密度仪内导电介质中绝缘层的等效电容，C4为电容液位式体积密度仪内导电介质中的电容传感器探头内芯的等效电容；
C0为寄生电容以及与液位无关的杂散电容，令液位为0，可以求得
Figure BDA0002459314440000062
其中ε0′为绝缘层与计量容器中的气体的等效电容、L为液位测量范围、D0为内体的内径、d为电容传感器探头内芯的直径；
ε2为电容液位式体积密度仪中的空气的介电常数；
H2为电容传感器探头内芯浸入导电介质中的长度，H1为电容传感器探头内芯在空气中的长度，且有H1+H2＝H0 (3)；
由上述(1)、(2)、(3)式可以得到
Figure BDA0002459314440000063
本装置是依据电容式液位传感器液体介电常数恒定时，极间电容正比于液位的原理进行设计的。图5是电容法测量液位的示意图及等效电路。
利用电容传感器内芯与计量容器罐壁之间两电极的被覆盖面积随被测导电液体液位的变化而变化，从而引起电容量变化的关系进行液位测量。H液位→S电导率→C电容，即H＝f(C)的函数关系。
因为对于确定的介质，ε1、ε2、ε3、D、D1、d、H0为定值，由于计量容器中的液体是导电液体，据公式，测量传感器“探头”与计量容器壁间形成的电容量Cx随被测介质浸没“探头”的液位H1呈线性变化，而在图5中虽然求出的与Cx相关联的值为H2并非真正的液位，但是我们需要求解的为液位差，所以在投放检测物前后的H2的差值ΔH相当于液位差，因为探头与底壁的距离假设为M是固定的。
在工作时，计量容器投入人体器官后液位的变化ΔH，就是不规则人体器官后的体积。体积乘以比重就是投入计量容器中的器官重量，可以通过
W器官重量＝(πr2×ΔH)×ω
求解得出。
本发明还提出电容液位式体积密度仪的摄像方法，应用于上述电容液位式体积密度仪，包括以下：
在A、B、C三个摄像点中的任意一个摄像点进行单独拍摄，所述单独拍摄的方法为从丝杆移动的一端依靠直流伺服电机驱动的步进控制拍摄至少2张图片；
在A、B、C三个摄像点同步拍摄三张照片，所述同步拍摄的方法为在A、B、C三个摄像的设置的三台相机同时分别拍摄一张照片，之后在A、B、C三个摄像点进行单独拍摄。
参见图2，“装置的外形(整体)”，三台相机以3600→1200均分的形式分布，对准计量容器内人体器官同步拍摄三张照片，再使用单台相机移位的方法拍摄三张照片。
最好使用同型号的三台相机，同步器可以制作“三头的快门线”来触发，也可通过“无线引闪器”触发同步。
具体的，人体器官形体图像摄影的原理是模仿人双眼的成像原理。
三个摄像点以360°→120°均分的形式，三角形的顶点设置“摄像点”，在每个点的左右两个不同的位置拍摄同一场景的两张照片，所以，三个“摄像点”被测人体器官形体图像的获得过程中要拍出6幅图像。
相机可以采用单反、微单相机，本装置摄影的方法主要包括两种方法：
a、单机移动拍摄；
b、三机同步拍摄。
在本实施方式的优选实施例中，要求相机快门速度较高，像素保证在12M以上，这样能够方便拍到清晰的照片。
相机的移位量为：
相机到被计量容器内人体器官的距离为P，则相机左右平移距离O为P的1/50～1/20，平移角度以120°为最佳。
拍摄的图片数最少为两张，也可从一端点依靠直流伺服电机驱动的“步进”拍摄多张图片，以供DSP平台做以图像“归一化”分析处理，“步进”距离分的越细，图像越真实。
本发明还提出一种计算机可读存储的介质，所述计算机可读存储的介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求6中所述方法的步骤。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储的介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
尽管本发明的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本发明的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本发明进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本发明的非实质性改动仍可代表本发明的等效改动。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (8)

1.电容液位式体积密度仪，其特征在于，包括：
外体，为金属材质构件，上端开设有投入口，下端设置有托盘；
内体，为圆形体，环绕所述外体设置，为玻璃材质构件，外电极直径为D1；
计量容器，垂直固定于所述外体的上端面，为圆形体，直径为D，包括同轴设置的柱状电容传感器探头内芯以及外敷绝缘层，所述电容传感器探头内芯的直径为d，总长度为H0，所述绝缘层的介电常数为ε3，所述电容传感器探头内芯用于读取所述电容液位式体积密度仪的总电容Cx；
导电介质，为液体，盛放于所述内体中，介电常数为ε1；
摄像组件，包括呈等边三角形设置的摄像架，所述摄像架通过支撑柱水平的固定于所述托盘上，所述摄像架的三个顶点处设置有A、B、C三个摄像点，所述摄像点设置有能够进行左右不同位置拍摄同一场景的摄像装置；
摄像窗口，设置有6个，开设于所述外体的侧壁，用于配合所述摄像组件进行拍摄；
液位变化量测算模块，用于根据待测物投入后的总电容以及待测物投入前的总电容计算待测物投入后所述导电介质的液位高度差ΔH；
显示模块，用于显示所述液位变化量测算模块计算得到的液位高度差ΔH。
2.根据权利要求1所述的电容液位式体积密度仪，其特征在于，所述计量容器与所述外体之间通过法兰盘固定。
3.根据权利要求1所述的电容液位式体积密度仪，其特征在于，还包括环境监测模块，用于监测现场的环境温度、气压以及湿度，并在显示模块予以显示。
4.根据权利要求1所述的电容液位式体积密度仪，其特征在于，所述摄像装置包括固定盒，所述固定盒与所述支撑柱固定连接，所述固定盒内水平固定设置有丝杆，所述丝杆侧壁套设有丝套，所述丝杆由直流伺服电机控制水平移动，所述丝套侧壁与所述控制盒之间设置有摄像机卡具，所述摄像机卡具跟随所述丝杆移动。
5.电容液位式体积密度仪的测试方法，其特征在于，应用于上述电容液位式体积密度仪，包括以下：
步骤501、读取未进行检测的所述电容液位式体积密度仪的总电容Cx，根据总电容计算此时的液位高度H；
步骤502、将待检测物沿投入口投入所述电容液位式体积密度仪；
步骤503、读取此时的所述电容液位式体积密度仪的总电容Cx，根据总电容计算此时的液位高度H′；
步骤504、计算检测物投入后与投入前的液位高度差ΔH，ΔH＝H′-H。
6.根据权利要求5所述的电容液位式体积密度仪的测试方法，其特征在于，上述步骤501以及步骤503中根据总电容Cx计算液位高度的方法具体由以下公式得出：
Figure FDA0002459314430000021
其中
C1为电容液位式体积密度仪内空气中绝缘层的等效电容，C2为电容液位式体积密度仪内空气中的电容传感器探头内芯的等效电容，C3为电容液位式体积密度仪内导电介质中绝缘层的等效电容，C4为电容液位式体积密度仪内导电介质中的电容传感器探头内芯的等效电容；
C0为寄生电容以及与液位无关的杂散电容，令液位为0，可以求得
Figure FDA0002459314430000022
其中ε0′为绝缘层与计量容器中的气体的等效电容、L为液位测量范围、D0为内体的内径、d为电容传感器探头内芯的直径；
ε2为电容液位式体积密度仪中的空气的介电常数；
H1为电容传感器探头内芯浸入导电介质中的长度，H2为电容传感器探头内芯在空气中的长度，且有H1+H2＝H0 (3)；
由上述(1)、(2)、(3)式可以得到
Figure FDA0002459314430000023
7.电容液位式体积密度仪的摄像方法，其特征在于，应用于上述电容液位式体积密度仪，包括以下：
在A、B、C三个摄像点中的任意一个摄像点进行单独拍摄，所述单独拍摄的方法为从丝杆移动的一端依靠直流伺服电机驱动的步进控制拍摄至少2张图片；
在A、B、C三个摄像点同步拍摄三张照片，所述同步拍摄的方法为在A、B、C三个摄像的设置的三台相机同时分别拍摄一张照片，之后在A、B、C三个摄像点进行单独拍摄。
8.一种计算机可读存储的介质，所述计算机可读存储的介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求6中所述方法的步骤。
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