[发明专利]基于结构光的面阵CCD液体密度测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种液体密度测量装置及方法，具体地说是一种基于面阵CCD的与结构光的液体密度测量装置及测量方法。

背景技术

在石油、化工、冶金、食品、医药等工业领域均需要对溶液密度进行测量。传统的液体密度光学测量方法中，如阿贝折射仪测量范围相对较小，且不能实现在线与自动测量；而用旋光仪测密度，只适用于旋光性的溶液，也无法实现在线与自动测量，由于要靠人眼来判断三分视场的亮度是否相同，容易产生较大的误差；用线阵CCD测量液体密度，数据采集发生在一维的空间上，由于系统结构受温度，震动等因素影响，容易造成数据无法采集或者产生较大误差。

目前基于CCD的液体密度测量方法主要有：一、基于线阵CCD的光学折射法：该方法的实现原理是让一束平行光斜入射到装有待测溶液的矩形玻璃的一个侧面，并从另一面射出，由CCD接收。出射光与入射光平行但不在同一直线上，即出射光相对于入射光有一侧向位移。由于溶液折射率受密度变化影响，导致这一侧向位移随液体密度的改变而变化。因此，可以根据位移量测出液位。这种方法采用LED作为光源，玻璃和液体不能过厚，否则减弱光信号，且灵敏度不高，入射角的变化增加测量误差。二、基于线阵CCD的棱镜最小偏向角法：该方法的实现原理是将溶液盛入空心三棱镜中，一束激光入射到三棱镜上，从另一面出射的光相对于入射光有一偏向角，记录出射光在满足最小偏向角情况下在CCD上成像的位置。当溶液密度发生变化时，液体折射率改变，进而导致最小偏向角改变，在CCD上的成像出现位移。通过测量最小偏向角与密度之间的关系，用查表方式可以测出液体密度。该方法将最小偏向角与密度之间的关系近似为线性进行拟合，且在测量偏向角时误差较大，易受外界环境影响，灵敏度不高。三、基于线阵CCD的利用梯形棱镜的光学折射法，该方法以激光作为光源，入射光透过液体射入梯形棱镜的一端，在玻璃内部经过多次的反射之后从另一端射出，再透过液体由CCD接收。CCD上像斑便可与液体密度建立对应关系，从像斑就可以测出液体的密度。该方法利用线阵CCD数据采集量小，抗干扰能力相对较低。

面阵CCD像元成二维排列，当光学系统成像在CCD表面(靶面)后，光学信号可以转换成电信号，有着可直接获取二维图像信息，测量图像直观的优点。利用液体折射率随着液体浓度变化的特点，将结构光光源产生的平行光束作为入射光源，面阵CCD作为折射光线接收端获取特征图像，建立液体浓度与特征图像的对应关系，可以简便的测量出液体的浓度。该方法不仅具有光学测量时相对简便，易于使用，受液体流动和温度变化影响极小、可在腐蚀性等恶劣工业环境下工作等优点，同时由于面阵CCD相比线阵CCD能更多得采集有效特征数据，光源位置轻微变化时也可以准确测量，因此该方法还具有精度高，性噪比高，系统稳定性高等优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简便，易于使用，具有具有精度高、性噪比高，受液体流动和温度变化影响极小，可在腐蚀性等恶劣工业环境下工作的基于结构光的面阵CCD液体密度测量装置。本发明的目的还在于提供一种液体密度测量方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的基于结构光的面阵CCD液体密度测量装置包括：

包括箱体定位结构1、结构光光源3、梯形棱镜2、面阵CCD4、电路单元5，其特征是：箱体定位结构1与梯形棱镜2宽度一致，梯形棱镜2置于箱体定位结构1内部下表面，梯形棱镜2的敏感斜面6下端与箱体定位结构1下表面的左边缘重合，梯形棱镜2的测量斜面8上端与箱体定位结构1的中部端面7右侧边缘重合，箱体定位结构1与梯形棱镜2组成密闭结构；梯形棱镜2的敏感斜面6暴漏于待测液体9中，测量斜面8密封于箱体定位结构1内部密闭空间中；结构光光源3安装于箱体定位结构1内，结构光光源3与梯形棱镜2的敏感斜面6相对且垂直于箱体定位结构1底面；电路单元5嵌于箱体定位结构1内部密闭空间中，面阵CCD 4嵌于电路单元5的下表面，面阵CCD4的数据采集面与梯形棱镜2测量斜面8相对且垂直于梯形棱镜2底面。

本发明的基于结构光的面阵CCD液体密度测量方法是：