[发明专利]光学定位和测量透明容器中液体液位的系统和方法

说明书

本发明涉及光学非接触式透明容器中的液位定位系统，包含支架模块；总控模块接收照度处理值，判定滑轨运动方向，接收滑块高度值，换算为液位高度值；运动控制模块接受运动控制指令，控制滑轨作出运动；定位模块用于发射、接收光线，测量照度值；计算模块接收照度值，平均值或积分计算，获得照度处理值；高度测量模块测量得到滑块高度值。本发明还涉及定位方法，包含步骤：开启光线发射单元；驱动滑块上移；不间断采集照度值；平均值计算或积分计算，获得照度处理值；判定滑轨运动方向；控制滑轨运动，直至“停止”；测量滑块高度值；换算得到液位高度值。本发明测量精度更高；可以极大逼近液位临界位置。

技术领域

本发明涉及透明液体液位的精密定位与测量技术领域，具体地涉及光学非接触式透明容器中液体液位的定位系统及方法。

背景技术

液位测量是一门广泛应用的技术，简单来说即测量容器中液体的液位高度；技术的难点在于液位的精确定位和测量，这是由于液体在容器内因浸润或不浸润原因会发生沿容器器壁上升或下降，如水的边缘在玻璃瓶中沿器壁上升的现象为浸润，汞柱的边缘在玻璃管中沿器壁下降的现象为不浸润。在透明管中，水和汞柱的液面因此会呈现近似球形的凹液面或凸液面。

现有技术的液体液位的测量方法有很多，按测量原理分就有但不限于以下列举的联通式、浮力式、压力式、反射式、电特性式。例如，传统的浮子式液位定位方法应用的是浮力式测量原理；浮力式的缺陷在于：

由于液体密度受温度影响而变化、或被测介质本身改变，导致浮子在液体中的浸入深度发生对应变化，从而极易引入一定的定位偏差。

现有技术基于反射式原理的雷达式、超声波式、导波雷达式；反射式的缺陷在于受技术本身所限分辨力一般较低，难以满足高精度定位和测量要求。

此外，本领域也有一些新的研究成果，采用了非接触的反射式测量原理。典型如名称为“新型跟踪定位量筒液位精密变化的检测装置及其检测方法”，专利申请号为CN201710433696.0的发明所公开的技术。其主要原理为：垂直于透明玻璃管轴线水平布置两对红外发射接收管，其中一对发射接收轴线通过玻璃管轴线，另一对发射接收轴线通过玻璃管侧，两红外发射接收管轴线相互平行。当红外发射接收管平面自上而下移动依次经过玻璃管上方的空气段、液面段和下方的液体段时，红外发射接收轴线通过玻璃管轴线的光电光值函数曲线为开口向上的二次函数曲线，发射接收轴线通过玻璃管侧的光电光值为一单调下降的函数曲线(应该有一个限定条件：在液面段及其上下相邻较近的区域)，两曲线的下交点为液位定位点。

该技术的缺陷在于：

1.由于采用两对红外发射接收管光电光值交互关系综合进行液位定位，未考虑红外发射轴线之间距离以及玻璃管直径差异对测量结果的影响，从而无法消除轴线间距离和管径带来的测量误差；

2.由于该方法对两对红外发射接收光电光值与液面不同位置之间的关系不够明晰，将凹液面简单看成月牙形，用光线照射月牙形区域发生折射和反射过于笼统。所以，该方法表述的发射接收轴线、曲线交点以及实际液面三者之间的相对高度位置关系是否一致并不明确，从而以该方法所得的测量结果为一个始终包含未知系统误差的经验值；

3.由于该方法找到一个应用两模拟曲线交点作为液位定位的点，推理通过系统校正可修正该点与实际测量点之间的相对高度差，以达到准确液位定位的目的，因此如何找到更好的液位定位方法从而得出理论上相对正确的参考值成了系统校正的关键所在，但该方法并未给出相应的技术方案，从而在关键技术方案未确定的前提下，使得该方法的实用性受到一定影响。

发明内容

本发明针对上述问题，提供光学定位和测量透明容器中液体液位的系统及方法，其目的在于将测量精度相较现有技术提高了若干个数量级，使得测量的精度更高；可极大逼近液位的临界位置。

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

一种光学定位和测量透明容器中液体液位的系统，包含以下模块：