CN114166310A - 基于微管道几何光学液位测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水质检测技术领域，特别涉及基于微管道几何光学液位测量装置及测量方法，测量装置包括管体夹持座、光源和光电二极管，管体夹持座中竖向设有管体夹持位，管体夹持座上水平开设有光源发射孔道和光源接收孔道，光源发射孔道和光源接收孔道分别位于管体夹持位的轴线两侧，光源发射孔道与管体夹持位的径线平行设置，光源位于光源发射孔道的入口处，光电二极管位于光源接收孔道的出口处，光电二极管与管体夹持位的径线之间形成夹角α，0<α≤50°。与现有技术相比，本发明利用几何光学液位测量方法，能实现对圆柱微型管道的所有折射率区间溶液的精准测量，且液位定量结果稳定可靠，价格低廉，安装简单方便。
Description
技术领域
本发明涉及水质检测技术领域，特别涉及基于微管道几何光学液位测量装置及测量方法。
背景技术
常见的液位测量主要分为接触式液位测量和非接触式液位测量两大类，主要有：磁致伸缩测量法：主要应用于测量储罐内的油水和油气的两个分界面，通过磁致伸缩仪器发出的电流磁场脉冲时间差来实现液位高度测量；差压式测量法：主要利用液体的压强原理。检测相关压强差，根据压强差判定液位高度，这种液位计常用来检测不规则容器内的液面边界测量；电容式测量法：通过电容型液位传感器来实现，液位的变化影响传感器本身电容器参数变化，从而间接转变为电容量变化，实现液位测量。其中，磁致伸缩法等一类的通过浮子来实现的液位定量方法不适用于微管道，而差压式测量法对于仪器的气密性要求较高，电容式测量法等方法实现的成本较高。
发明内容
针对以上述背景技术的不足，本发明提供基于微管道几何光学液位测量装置及测量方法。
本发明采用的技术方案如下：基于微管道几何光学液位测量装置及测量方法，关键在于：包括管体夹持座、光源和光电二极管，所述管体夹持座中竖向设有管体夹持位，所述管体夹持座上水平开设有光源发射孔道和光源接收孔道，所述光源发射孔道和光源接收孔道分别位于所述管体夹持位的轴线两侧，所述光源发射孔道与所述管体夹持位的径线平行设置，所述光源设置在所述光源发射孔道的入口处，所述光电二极管位于所述光源接收孔道的出口处，所述光电二极管与所述管体夹持位的径线之间形成夹角α，0<α≤50°。
优选的，所述管体夹持座为U型座，该U型座的两伸出部之间形成所述管体夹持位。
优选的，所述光源发射孔道与所述管体夹持位径线的距离为3.0mm。
优选的，所述光源发射孔道的孔径为1.0-2.0mm。
优选的，所述光源接收孔道的孔径与所述光源发射孔道孔径相同，所述光电二极管位于所述光源接收孔道的出口处。
优选的，所述光源接收孔道的孔径大于所述光源发射孔道孔径，所述光电二极管位于所述光源接收孔道的出口处。
优选的，所述管体夹持位与定量管的接触面涂覆有吸光层。
一种采用以上基于微管道几何光学液位测量装置进行液位测量的方法，关键在于包括以下步骤：
S1.将定量管置于管体夹持位，启动光源和光电二极管，测定空管的 PD信号值a；
S2.当PD信号值a大于设定值，定量管底部匀速进液，随着液位上升，经过定量管的光束会折射在与PD布置位置相反的地方，测定此时PD信号值b；
S3.当水位稍高于定量点后，从定量管底部出液，定量管中的水位保持缓速下降，当测定的PD信号值c略大于b时，停止出液，此时，定量管中液体的凹液面与定量点处于同一水平位置，光源熄灭，液位定量过程结束。
优选的，所述定量管的内径10.0mm，外径12.0mm。
测量原理：当光以同一入射角通过不同介质时，根据斯涅耳定律 nisinθi＝njsinθj，不同折射率的介质入射光有不同的折射角(见图4)。对定量管四个面的折射光线进行追迹，将光电二极管(PD)放在管道特定介质(如空气n0)接收面上接收强的光强信号；而管中充满某种折射率为n1 (n1＞n0)溶液，光电二极管将接收不到光强信号，根据二者的信号差值辅助一定的运放电路可以实现对微型管道中不同容量溶液液位的自动精准测量。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供的基于微管道几何光学液位测量装置及测量方法，利用几何光学液位测量方法，能实现对圆柱微型管道的所有折射率区间溶液的精准测量，且液位定量结果稳定可靠，价格低廉，安装简单方便。
附图说明
图1为本发明的实施例1的结构示意图；
图2为本发明的实施例2的结构示意图；
图3为本发明的实施例1的立体结构示意图；
图4为几何光学液位测量原理图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
实施例1
如图1所示，基于微管道几何光学液位测量装置包括管体夹持座1、光源2和光电二极管3，所述管体夹持座1为U型座，该U型座的两伸出部之间形成管体夹持位7，所述管体夹持位7与定量管G的接触面涂覆有吸光层，所述U型座的两伸出部分别水平开设有光源发射孔道4和光源接收孔道5，所述光源发射孔道4与所述管体夹持位7的径线平行设置，所述光源发射孔道4与所述管体夹持位7径线的距离H为3.0mm，所述光源发射孔道4的孔径为1.0mm，所述光源2位于所述光源发射孔道4的入口处，所述光源接收孔道5的孔径与所述光源发射孔道4孔径相同，所述光电二极管3位于所述光源接收孔道5的出口处，所述光电二极管3与所述管体夹持位7的径线的夹角α为30°。
实施例2
如图2所示，基于微管道几何光学液位测量装置包括管体夹持座1、光源2和光电二极管3，所述管体夹持座1为U型座，该U型座的两伸出部之间形成管体夹持位7，所述管体夹持位7与定量管G的接触面涂覆有吸光层，所述U型座的两伸出部分别水平开设有光源发射孔道4和光源接收孔道5，所述光源发射孔道4与所述管体夹持位7的径线平行设置，所述光源发射孔道4与所述管体夹持位7径线的距离H为3.0mm，所述光源发射孔道4的孔径为2.0mm，所述光源2位于所述光源发射孔道4的入口处，所述光源接收孔道5的孔径大于所述光阑孔径，所述光电二极管3位于所述光源接收孔道5的出口处，所述光电二极管3与所述管体夹持位7的径线的夹角α为30°。
实施例3基于微管道几何光学液位测量装置进行液位测量的方法
S1.将内径10.0mm，外径12.0mm的定量管L置于管体夹持位，启动光源和光电二极管，测定空管的PD信号值a；
S2.当PD信号值a>3500，定量管底部匀速进液，随着液位上升，经过定量管的光束会折射在与PD布置位置相反的地方，测定此时PD信号值b；
S3.当水位稍高于定量点后，从定量管底部出液，定量管中的水位保持缓速下降，当测定的PD信号值c略大于b时，停止出液，此时，定量管中液体的凹液面与定量点处于同一水平位置，光源熄灭，液位定量过程结束。
最后需要说明，上述描述仅为本发明的优选实施例，本领域的技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.基于微管道几何光学液位测量装置，其特征在于：包括管体夹持座(1)、光源(2)和光电二极管(3)，所述管体夹持座(1)中竖向设有管体夹持位(7)，所述管体夹持座(1)上水平开设有光源发射孔道(4)和光源接收孔道(5)，所述光源发射孔道(4)和光源接收孔道(5)分别位于所述管体夹持位(7)的轴线两侧，所述光源发射孔道(4)与所述管体夹持位(7)的径线平行设置，所述光源(2)设置在所述光源发射孔道(4)的入口处，所述光电二极管(3)位于所述光源接收孔道(5)的出口处，所述光电二极管(3)与所述管体夹持位(7)的径线之间形成夹角α，0<α≤50°。
2.根据权利要求1所述的基于微管道几何光学液位测量装置，其特征在于：所述管体夹持座(1)为U型座，该U型座的两伸出部之间形成所述管体夹持位(7)。
3.根据权利要求1所述的基于微管道几何光学液位测量装置，其特征在于：所述光源发射孔道(4)与所述管体夹持位(7)径线的距离H为3.0mm。
4.根据权利要求1所述的基于微管道几何光学液位测量装置，其特征在于：所述光源发射孔道(4)的孔径为1.0-2.0mm。
5.根据权利要求1所述的基于微管道几何光学液位测量装置，其特征在于：所述光源接收孔道(5)的孔径与所述光源发射孔道(4)孔径相同，所述光电二极管(3)位于所述光源接收孔道(5)的出口处。
6.根据权利要求5所述的基于微管道几何光学液位测量装置，其特征在于：所述光源接收孔道(5)的孔径大于所述光源发射孔道(4)孔径，所述光电二极管(3)位于所述光源接收孔道(5)的出口处。
7.根据权利要求1或2所述的基于微管道几何光学液位测量装置，其特征在于：所述管体夹持位(7)与定量管的接触面涂覆有吸光层。
8.一种采用权利要求1所述基于微管道几何光学液位测量装置进行液位测量的方法，其特征在于包括以下步骤：
S1.将定量管置于管体夹持位，启动光源和光电二极管，测定空管的PD信号值a；
S2.当PD信号值a大于设定值，定量管底部匀速进液，随着液位上升，经过定量管的光束会折射在与PD布置位置相反的地方，测定此时PD信号值b；
S3.当水位稍高于定量点后，从定量管底部出液，定量管中的水位保持缓速下降，当测定的PD信号值c略大于b时，停止出液，此时，定量管中液体的凹液面与定量点处于同一水平位置，光源熄灭，液位定量过程结束。
9.根据权利要求8所述的液位测量的方法，其特征在于：所述定量管的内径10.0mm，外径12.0mm。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115414978A (zh) * | 2022-11-07 | 2022-12-02 | 成都理工大学 | 无污染耐腐蚀液体化学品定量机构及其定量方法 |
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2021
- 2021-11-01 CN CN202111281918.4A patent/CN114166310A/zh active Pending
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| CN115414978A (zh) * | 2022-11-07 | 2022-12-02 | 成都理工大学 | 无污染耐腐蚀液体化学品定量机构及其定量方法 |
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