[实用新型]激光高精度液位实时测量仪器

说明书

技术领域

本实用新型公开一种激光高精度液位实时测量仪器；适用于液位高度变化的非接触测量，属于物体物理量测量技术领域。 

背景技术

原有液体液面测量方法一般采用体积法，测量精度低、不能实现在线测量，无法满足用户提出的测量精度要求。本方法实用新型提供一种对液位进行多点、非接触、在线、高精度测量装置解决该问题。 

发明内容

本实用新型公开一种激光高精度液位实时测量仪器，以解决现有技术中测量精度低、不能实现实时测量等问题。 

本实用新型提供的激光高精度液位实时测量仪器，包括激光三角位移传感器；激光三角位移传感器包括激光器、会聚透镜、 接收物镜、CCD；激光器发出的激光束穿过会聚透镜，激光束通过液面折射，激光束经过接收物镜后在CCD上成像；还包括室内外取液试管、联通U形管、信号线；室内取液试管与室外取液试管固定安装在检测工作台上；室内取液试管与室外取液试管用U形管连通连接；激光三角位移传感器安装在室外取液试管上方；激光三角位移传感器由信号线与工控机电连接；激光三角位移传感器发出的光信号对固定在检测工作台台面上的室外取液试管液面进行检测，液位成像在线阵CCD上，测量液面高度；同时，检测数据通过工控机数据采集系统，完成数据采集和处理。 

工作原理如下：利用三角形各边的比例关系，计算推导位移公式如下： 

上式中：

a为激光束光轴和接收光轴的交点到接收透镜前主面的距离；

b为接收透镜后主面到成像面中心点的距离；

为激光束光轴与接收透镜光轴之间的夹角；

为探测器与接收透镜光轴之间的夹角。

将时间域信号转换为空间域信号，对应CCD上的像元值，可以准确的计算出来激光光斑在CCD上移动的距离。 

其中： 

。

N₀为校准时候的像中心在CCD上的像元值； 

N为像点移动后的像元值；

为线阵CCD的像元中心距；

计算在CCD上的位移距离，同时将CCD位移转换为液面高度变化。

本实用新型的积极效果在于：由室外测量室内非接触式实时液位测量；灵敏度高、光谱响应宽、动态范围大、线性好；尤其是精度高、测量范围大和非接触测量的优点，使其在液位测量领域显示出独特的优越性。 

附图说明

图1为本实用新型直射式光路图； 

图2为本实用新型液位测试系统图；

图中：1、激光器；2、汇聚透镜；3、接收物镜；4 、CCD；11、激光三角位移传

感器；12、室外取液试管；13、室内取液试管；14、U形管；15、室内取液漏斗；16、信号线；F1、第一状态液面；F2、第二状态液面。

具体实施方式

结合附图说明本实用新型的一个实施例。本实施例是应用于液位高度测量的一个实施例。 

如图1所示：激光三角位移传感器11包括激光器1、会聚透镜2、 接收物镜3、CCD 4；激光器1发出的激光束穿过会聚透镜2，激光束通过液面折射，激光束经过接收物镜3后在CCD4上成像；液位由第一状态液面 F1  变化为第二状态液面F2；利用三角形各边的比例关系，计算推导位移公式如下： 

上式中：

a为激光束光轴和接收光轴的交点到接收透镜前主面的距离；

b为接收透镜后主面到成像面中心点的距离；

为激光束光轴与接收透镜光轴之间的夹角；

为探测器与接收透镜光轴之间的夹角。

将时间域信号转换为空间域信号，对应CCD上的像元值，可以准确的计算出来激光光斑在CCD上移动的距离。 

其中： 

。

N₀为校准时候的像中心在CCD上的像元值； 

N为像点移动后的像元值；

为线阵CCD的像元中心距；

计算在CCD上的位移距离，同时将CCD位移转换为液面高度变化。