CN118533257A - 一种自动液面定位检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动液面定位检测装置，装置用于检测容器内的液面位置；包括，检测模块，检测模块包括光源和检测器，光源和检测器之间形成检测区域，容器上设有能够使光线通过的通光结构；在检测时，光源发出的检测光线能够通过通光结构到达检测器，检测器能够接收检测光线以检测容器内的液面位置；液体输送模块，在容器位于检测区域时，液体输送模块能够输送液体到容器内；控制模块，控制模块用于控制光源和液体输送模块的启闭，还用于接收检测器检测的信息。本发明的自动液面定位检测装置通过在容器设置通光通道配合光源以及检测器实现自动化且高精度的检测容器内的液面位置，属于化工实验仪器领域。

Description

一种自动液面定位检测装置

技术领域

本发明涉及化工实验仪器领域，具体涉及一种自动液面定位检测装置

背景技术

传统的液面定位，如容量瓶定容，是通过实验员手动加液滴定来实现定容：将液体用移液器加入容量瓶，离刻度2～3cm时改用胶头滴管，眼睛平视，滴定直至凹液面最低位到达刻度线。人工滴定需要通过肉眼平视检查凹液面是否与容量瓶刻度线相切，这种方法受实验员本身的素质影响比较大，容易出现多滴少滴，定容准确性不高、重复性较差；一旦出现定容过量，就会造成试剂浪费，对一些昂贵的试剂来说，损失较大。

其他的自动化定位法，如超声波自动定位法，是通过超声波来测量液面和发射端或者其他位置的相对高度来实现自动定位的，该方法的弊端在于，第一，对容器要求比较高，要求容器刻度有完全一致的水平高度，支撑容器的底部材料不能存在变形；第二，因为表面张力的影响，液面并非平面，且随着液体的加入液面会有上下波动，对检测造成干扰，定位误差比较大，对准确度要求比较高的检测来说，达不到精度要求。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种自动液面定位检测装置，实现自动化且高精度的检测容器内的液面位置，解决了现有容器的液面定位的定位误差比较大的问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自动液面定位检测装置，装置用于检测容器内的液面位置；包括，检测模块，检测模块包括光源和检测器，光源和检测器之间形成检测区域，容器上设有能够使光线通过的通光结构；在检测时，光源发出的检测光线能够通过通光结构到达检测器，检测器能够接收检测光线以检测容器内的液面位置；液体输送模块，在容器位于检测区域时，液体输送模块能够输送液体到容器内；控制模块，控制模块用于控制光源和液体输送模块的启闭，还用于接收检测器检测的信息。

作为一种优选，通光结构包括至少一个套在容器外表面的遮光件，容器为透光材料制备；遮光件为一个时，遮光件的边沿与容器的交接区域为通光通道；遮光件大于等于两个时，相邻的两个遮光件之间的区域形成通光通道。

作为一种优选，通光结构包括遮光件，遮光件上设有至少一个通光通道以使光源发出的检测光线通过容器预设的高度位置或刻度线位置到达检测器。

作为一种优选，液体输送模块包括储罐、蠕动泵和加液头，蠕动泵通过管道伸入储罐内抽取储罐内的液体，蠕动泵通过管道和加液头连接，加液头能够输送液体到容器内，蠕动泵与控制模块连接以控制液体流量。

作为一种优选，一种自动液面定位检测装置还包括容器输送模块，容器输送模块用于输送容器到检测区域并停止输送，检测结束后继续输送容器。

作为一种优选，容器输送模块包括传送带、安装架和驱动电机，驱动电机和传送带均设置在安装架上，驱动电机与传送带连接以驱动传送带输送容器。

作为一种优选，容器输送模块还包括水平调节部件，水平调节部件与安装架连接以调节安装架的水平度。

作为一种优选，一种自动液面定位检测装置还包括支撑架，光源能够在支撑架的一侧沿竖直方向活动，检测器能够在支撑架的另一侧沿竖直方向活动。

作为一种优选，检测器包括光敏感应元器件和电路，光敏感应元器件和电路连接形成检测器；光敏元器件包括但不限于光电池，光电二极管和光敏电阻。

作为一种优选，容器上设有定量刻度线，通光通道在高度方向上距离定量刻度线的距离为-30～30mm。

发明原理：检测时，当容器的凹液面上沿不断升高至通光通道时，光源照射的检测光线发生折射和反射，检测光线强度迅速减弱，被检测器接收检测，检测器反馈给控制模块信号，凹液面高度已至容器定量刻度线附近，当凹液面底部超过通光通道时，光线再次穿过通光通道被检测器接收检测，检测器反馈给控制模块信号，凹液面高度已至容器定量刻度线。

通光通道的功能在于为光源发射的检测光线提供定量刻度线定位作用，确保光源发射的检测光线只能通过通光通道被检测器接收。

总的说来，本发明具有如下优点：

本发明的自动液面定位检测装置，在向透明容器中加注液体时，通过容器上的通光结构配合光源以及检测器精准判断液面最低点(包括最高点)或液面与容器壁接触部分是否达到预定的容器液面高度(即刻度线)。本发明解决了现有自动化定位装置需要控制容器的刻度线、光源与检测器在同一水平高度区间内，然后再进行液面高度自动检测问题，避免因每次作业需手动调整光源、容器的刻度线和检测器至同一水平高度上而不能连续自动作业，也避免了因为水平折射导致光信号达不到阈值而出现的误判，实现精确、高效的实现液面的连续自动化定位检测，降低对实验员的技能要求，提升实验室的自动化水平。

附图说明

图1为一种自动液面定位检测装置的示意图。

图2为一种自动液面定位检测装置的另一示意图。

图3为容器的示意图。

图4为一种自动液面定位检测装置在两个遮光件上设置通光结构的示意图。

图5为一种自动液面定位检测装置在一个遮光件上设置通光结构的示意图。

其中，1为水平调节部件，2为安装架，3为竖板，4为光源，5为容器，6为检测器，7为加液头，8为光电开关，9为横板，10为通光通道，11为遮光件，12为传送带，13为检测光线，14为储罐，15为蠕动泵，16为控制模块，17为定量刻度线。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

如图1-5所示，本实施例提供的一种自动液面定位检测装置，装置用于检测容器5内的液面位置；包括，检测模块，检测模块包括光源4和检测器6，光源4和检测器6之间形成检测区域，容器5上设有能够使光线通过的通光结构；在检测时，光源4发出的检测光线13能够通过通光结构到达检测器6，检测器6能够接收检测光线13以检测容器5内的液面位置；液体输送模块，在容器5位于检测区域时，液体输送模块能够输送液体到容器5内；控制模块16，控制模块16用于控制光源4和液体输送模块的启闭，还用于接收检测器6检测的信息。本实施例的检测器6为现有的光检测器6，其能根据光线的变化检测容器5内液面的位置；光源4则是根据光检测器6能检测到的光选择即可，如激光发射器；容器5则是可以透光的容器5；液体输送模块采用现有的供水结构即可，如直接通过水泵输送液体；控制模块16采用现有的PLC即可。在本实施例中，可以设置光电开关8，通过光电开关8感应检测区域是否存在容器5。为了方便观察容器5内的液体量，可以在容器5上设置相应的刻度线对应容器5所需要装的液体量。

使用过程：根据容器5所需要装的液体量调整好光源4以及检测器6相对于通光结构的位置，而通光结构则是设置在容器所需要装的液体量对应的位置，先将容器5放置到检测区域，光电开关8感应检测区域存在容器5，点亮光源4，然后液体输送模块启动对容器5进行输送液体，容器5内的液面逐渐升高，当液面到达通光结构位置时，检测器6发送信号反馈给控制模块16，控制模块16控制液体输送模块的停止输送，将容量瓶从检测区域取出，可以观察到容量瓶存放的液体与所需要装的液体量一致，此处可以通过刻度线观察到(如现有的烧杯的外表面是具有刻度线的)，从而完成了一个容器5的自动化输送定量的液体的过程。在上述过程中，若是容器5不具备通光结构，则光源4照射容器5时，因为等待定位的容器5部位是圆柱形，其容器5壁为曲面，由于不能确保光线是从曲面垂直位置向圆心射入，光线会在穿透容器5壁时发生折射导致光斑位置偏移未被捕获信号，因此本申请在容器5上设置通光结构，从而可以使得检测光线13通过通光结构到达检测器6，从而可以精准检测到容器5内的液面位置。

如图1-4所示，在一些实施例中，通光结构包括至少一个套在容器5外表面的遮光件11，容器5为透光材料制备；遮光件11为一个时，遮光件11的上边沿或下边沿与容器5的交接区域为通光通道10；在该实施例的检测光线穿过通光通道10在检测器6上形成固定大小的光斑，如选择检测光线在遮光件11上边沿通过，则光斑在遮光件11上边沿与检测器光敏部分上边沿之间形成，如选择光线在遮光件11下边沿通过，则光斑在遮光件11下边沿与检测器光敏部分下边沿之间形成。

遮光件大于等于两个时，相邻的两个遮光件11之间的区域形成通光通道10；检测光线穿过通光通道在检测器6上形成固定大小的光斑。容器5具体可以采用透光玻璃、透光塑料制备形成；当遮光件11的数量为两个时，两个遮光件11均套在容器5的外表面上，这两个遮光件11之间的区域形成通光的缝隙或者通光的孔，通过该通光结构，然后如上述的使用过程，从而使得检测光线13通过通光结构到达检测器6，从而可以精准检测到容器5内的液面位置。通光结构包括至少一个套在容器外表面的遮光件，容器为透光材料制备；遮光件为一个时，遮光件的边沿与容器的交接处为通光通道；遮光件大于等于两个时，相邻的两个遮光件之间的区域形成通光通道。

作为一种优选，通光结构包括遮光件，遮光件上设有至少一个通光通道以使光源发出的检测光线通过容器预设的高度位置或刻度线位置到达检测器。当遮光件11的数量为多个时，例如三个遮光件11，则三个遮光件11之间就会形成两个通光的缝隙或者通光的孔；此时的使用过程为：根据容器5所需要装的液体量调整好光源4以及检测器6相对于通光结构的位置，先将容器5放置到检测区域，光电开关8感应检测区域存在容器5，点亮光源4，然后液体输送模块启动对容器5进行输送液体，容器5内的液面逐渐升高，当液面到达第一个通光结构位置时，检测器6发送信号反馈给控制模块16，控制模块16控制液体输送模块转速降低；容器5内的液面缓慢上升至第二个通光结构位置时，检测器6发送信号反馈给控制模块16，控制模块16控制液体输送模块的停止输送，将容量瓶从检测区域取出。以上过程完成了一个容量瓶的全部自动定容过程。以此类推，当多个通光结构设置之后，可以通过控制模块16控制液体输送模块输送的流量大小，从而对于容器5内需要精度定位比较高的定位时，可以通过该结构轻松实现。

如图5所示，在一些实施例中，通光结构包括遮光件11，遮光件11上设有至少一个通光通道10以使光源4发出的检测光线13通过容器到达检测器6。考虑到上述实施例需要用到多个遮光件11，在一些实施例中，可以仅设置一个遮光件11，然后在遮光件11上对称的切割出两道缝隙或两个孔，使得光源4照射的检测光线13在对称分布的两道缝隙或两个孔穿过然后被检测器6检测到，从而无需在容器5上设置多个遮光件11。遮光件11可以是用油漆涂层、胶布、橡胶圈等。

如图4-5所示，在一些实施例中，液体输送模块包括储罐14、蠕动泵15和加液头7，蠕动泵15通过管道伸入储罐14内抽取储罐14内的液体，蠕动泵15通过管道和加液头7连接，加液头7能够输送液体到容器5内，蠕动泵15与控制模块16连接以控制液体流量。通过这样设置液体输送部件，实现对容器5自动输送液体。

如图1-2所示，在一些实施例中，一种自动液面定位检测装置还包括容器5输送模块，容器5输送模块用于输送容器5到检测区域并停止输送，检测结束后继续输送容器5。考虑到需要进行大批量容器5内液体定位的情况，因此若是通过手动放置容器5到检测区域的情况会存在耗费大量的人力物力，因此通过设置一个容器5输送模块对容器5进行自动输送到检测区域，待确定容器5内输入固定容量的液体后继续输送。

如图1-2所示，在一些实施例中，容器5输送模块包括传送带12、安装架2和驱动电机，驱动电机和传送带12均设置在安装架2上，驱动电机与传送带12连接以驱动传送带12输送容器5。考虑到输送的物品是容器5，因此通光设置传送带12式的结构进行传输，方便放置空的容量瓶进行传输。

如图1-2所示，在一些实施例中，容器5输送模块还包括水平调节部件1，水平调节部件1与安装架2连接以调节安装架2的水平度。考虑到检测时需要保证容器5水平，因此通光设置水平调节部件1对安装架2进行调节，避免安装在安装架2上的传送带12出现倾斜导致在传送带12上输送的容器5出现倾斜的情况，进一步保证了检测装置对于容器5内液体位置检测的准确度。水平调节部件1可以是现有的水平调节结构，在本实施例则是采用水平调节脚，水平调节脚的顶部设置螺纹，而在安装架2上设置内螺纹配合水平调节脚的螺纹，通光旋转水平调节脚实现调节。

如图1-2所示，在一些实施例中，一种自动液面定位检测装置还包括支撑架，光源4能够在支撑架的一侧沿竖直方向活动，检测器6能够在支撑架的另一侧沿竖直方向活动。支撑架为两块竖板3加一块横板9的结构，两块竖板3竖直设置在传送带12的两侧，横板9的两端分别与两块竖板3的顶端固定连接，通光在两块竖板3设置现有的直线电机结构或电动推杆实现带动光源4和检测器6在竖直方向活动。

如图1-2所示，在一些实施例中，检测器6包括光敏感应元器件和电路，光敏感应元器件和电路连接形成检测器6；光敏元器件包括但不限于光电池，光电二极管和光敏电阻。

如图4-5所示，在一些实施例中，容器5上设有定量刻度线17，通光通道10在高度方向上距离定量刻度线17的距离为-30～30mm。定量刻度线17即容器5所需要装的液体量占据容器5内的液面高度位置，通光通道10距离定量刻度线17的距离为30mm时，作用效果是：凹液面最高点超过通光通道下沿时，光发生多次折射和反射，光强度开始迅速减弱，此信号可以作为测定液面最高点位置的信号，也可作为提升液体高度测量准确度为目的的输液速度降低信号，凹液面最低点继续升高达到通光通道下沿时，最高点在通光通道上沿下方区域内，光强度达到最低值，当凹液面最高点超过通光通道上沿时，光强开始增加，当凹液面最低点超过光通道上沿时，达到最大值并恢复或超过到凹液面最高点在通光通道下方时的光强度，之后光强度不再随液面升高而变化，此时液面高度与通光通道上沿高度一致。通光通道10在高度方向上距离定量刻度线17的距离超过30mm时，光源形成的光斑面积增大，上述光强度信号的波动幅度降低，不易被检测到，通过通光通道的光线散射角度增大，斜射光会导致在检测器形成的光斑增大超过检测器光敏感应区域的光斑增大超过检测器光敏感应区域，检测器不易检测到光强波动信号。

通光通道10距离定量刻度线17的距离为-30mm时，作用效果是：当凹液面最高点超过通光通道下沿时，光发生多次折射和反射，光强度迅速减弱，凹液面最低点继续升高至通光通道下沿上方时，光强度达到最低值，此时液面高度位置与通光通道下沿高度一致，当凹液面最高点超过通光通道上沿时，光强开始增加，当凹液面最低点超过光通道上沿时，达到最大值并恢复或超过到凹液面最高点在通光通道下方时的光强度，之后光强度不再随液面升高而变化，此时液面高度与通光通道上沿高度一致。通光通道10在高度方向上距离定量刻度线17的距离低于-30mm时，光源形成的光斑面积增大，上述光强度信号的波动幅度降低，不易被检测到，通过通光通道的光线散射角度增大，斜射光会导致在检测器形成的光斑增大超过检测器光敏感应区域，检测器不易检测到光强波动信号。

通光通道10位于定量刻度线17的上边沿(距离定量刻度线17的上边沿0mm)时，作用效果是：当凹液面最高点超过检测器6光敏部件下沿高度时，光发生多次折射和反射，光强度迅速减弱，凹液面最低点继续升高至检测器6光敏部件下沿高度上方时，光强度达到最低值，当凹液面最高点超过定量刻度线17上沿时，光强开始增加，当凹液面最低点超过定量刻度线17上沿时，达到最大值并恢复或超过凹液面最高点在检测器6光敏部件下沿下方时的光强度，之后光强度不再随液面升高而变化，此时液面高度与通光通道上沿高度一致。光强信号在这个过程中形成了清晰的下降和上升信号，下降信号可作为预判信号，上升信号可作为最终判断信号，实践中凹液面最低点实际高度与刻度线17完全一致，此检测过程与容积计量器具读数规则完全一致，检测精度最佳。

通光通道10的宽度为0.5mm-5mm，通光通道10的宽度为0.5mm时，作用效果是：当凹液面最高点超过通光通道下沿时，光发生多次折射和反射，光强度迅速减弱至无光通过，加液速度改为滴加，每次滴加需等待液面平静后再滴加，数滴以后，当凹液面最低点超过通光通道下沿时，光强迅速增加，当凹液面最低点超过光通道上沿时，达到最大值并恢复或超过到凹液面最高点在通光通道下方时的光强度，之后光强度不再随液面升高而变化，此时液面高度与通光通道上沿高度一致。此时检测过程易受到来自液面上下波动的影响检测器出现误判，需要每次滴加以后等待1s后再进行检测。更小的宽度将带来制造成本的上升，也可能会产生光干涉等现象干扰检测。

通光通道10的宽度为5mm时，作用效果是：当凹液面最高点超过通光通道下沿时，光发生多次折射和反射，光强度迅速减弱至无光或弱光通过，加液速度改为滴加，每次滴加需等待液面平静后再滴加，数十滴后，当凹液面最低点超过通光通道下沿时，光强迅速增加，当凹液面最低点超过光通道上沿时，达到最大值并恢复或超过到凹液面最高点在通光通道下方时的光强度，之后光强度不再随液面升高而变化，此时液面高度与通光通道上沿高度一致。此检测过程不易受到来自液面上下波动的影响，检测精度高。如宽度继续增加，收到通过通光通道光源散射角度增加的影响，实际液面高度与通道上沿高度的误差范围也同时增加。

上述实施例中，通光通道10、光源4和检测器6在检测时三者的水平高度需要在同一水平高度区域，使得光源4发出的检测光线13只能通过通光通道10检测器6上形成点状或者线状光斑，然后被检测器6检测到。这个区域的范围受遮光材料大小影响，例如：当遮光材料高度小于光源和检测高度时，光线会不通过通光通道到达检测器，失去检测效果。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动液面定位检测装置，装置用于检测容器内的液面位置；其特征在于，包括，

检测模块，检测模块包括光源和检测器，光源和检测器之间形成检测区域，容器上设有能够使光线通过的通光结构；在检测时，光源发出的检测光线能够通过通光结构到达检测器，检测器能够接收检测光线以检测容器内的液面位置；液体输送模块，在容器位于检测区域时，液体输送模块能够输送液体到容器内；控制模块，控制模块用于控制光源和液体输送模块的启闭，还用于接收检测器检测的信息。

2.按照权利要求1所述的一种自动液面定位检测装置，其特征在于：通光结构包括至少一个套在容器外表面的遮光件，容器为透光材料制备；遮光件为一个时，遮光件的边沿与容器的交接区域为通光通道；遮光件大于等于两个时，相邻的两个遮光件之间的区域形成通光通道。

3.按照权利要求1所述的一种自动液面定位检测装置，其特征在于：通光结构包括遮光件，遮光件上设有至少一个通光通道以使光源发出的检测光线通过容器预设的高度位置或刻度线位置到达检测器。

4.按照权利要求1所述的一种自动液面定位检测装置，其特征在于：液体输送模块包括储罐、蠕动泵和加液头，蠕动泵通过管道伸入储罐内抽取储罐内的液体，蠕动泵通过管道和加液头连接，加液头能够输送液体到容器内，蠕动泵与控制模块连接以控制液体流量。

5.按照权利要求1所述的一种自动液面定位检测装置，其特征在于：还包括容器输送模块，容器输送模块用于输送容器到检测区域并停止输送，检测结束后继续输送容器。

6.按照权利要求5所述的一种自动液面定位检测装置，其特征在于：容器输送模块包括传送带、安装架和驱动电机，驱动电机和传送带均设置在安装架上，驱动电机与传送带连接以驱动传送带输送容器。

7.按照权利要求5所述的一种自动液面定位检测装置，其特征在于：容器输送模块还包括水平调节部件，水平调节部件与安装架连接以调节安装架的水平度。

8.按照权利要求1所述的一种自动液面定位检测装置，其特征在于：还包括支撑架，光源能够在支撑架的一侧沿竖直方向活动，检测器能够在支撑架的另一侧沿竖直方向活动。

9.按照权利要求1所述的一种自动液面定位检测装置，其特征在于：检测器包括光敏感应元器件和电路，光敏感应元器件和电路连接形成检测器；光敏元器件包括但不限于光电池，光电二极管和光敏电阻。

10.按照权利要求2或3所述的一种自动液面定位检测装置，其特征在于：容器上设有定量刻度线，通光通道在高度方向上距离定量刻度线的距离为-30～30mm。