非接触式液位测量系统技术方案

本实用新型专利技术涉及传感器和测量技术领域，特别涉及一种非接触式液位测量系统，包括设置在储液罐上边的探头，探头将采集到的模拟视频信息输出至处理模块，处理模块包括图像采集卡、工控机或计算机，所述的图像采集卡将模拟视频信息转换成数字图像信息，工控机或计算机对数字图像信息进行处理提取出液位边界函数并根据该函数得出液位高度。整个液位中，液位边界的变化最小，通过采集液位的图像信息，将边界液位分布通过方程进行模拟，当探头的位置固定后，直接就能通过液位边界函数得出液位高度，即使液位存在落差，也能准确测得结果；该系统适用范围广，能够实时进行测量，不受周围环境、温度等因素影响。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术涉及传感器和测量
，特别涉及一种非接触式液位测量系统，包括设置在储液罐上边的探头，探头将采集到的模拟视频信息输出至处理模块，处理模块包括图像采集卡、工控机或计算机，所述的图像采集卡将模拟视频信息转换成数字图像信息，工控机或计算机对数字图像信息进行处理提取出液位边界函数并根据该函数得出液位高度。整个液位中，液位边界的变化最小，通过采集液位的图像信息，将边界液位分布通过方程进行模拟，当探头的位置固定后，直接就能通过液位边界函数得出液位高度，即使液位存在落差，也能准确测得结果；该系统适用范围广，能够实时进行测量，不受周围环境、温度等因素影响。【专利说明】非接触式液位测量系统
本技术涉及传感器和测量
，特别涉及一种非接触式液位测量系统。
技术介绍
目前在工业、农业、医疗等行业的储罐液位自动化测量应用相当广泛，其测量原理和方法众多，按照与液体接触与否，分为接触式液位测量和非接触式测量两类。接触式的有浮子式液位计、压力式液位计等，接触式的液位计常因液体本身、环境等因素影响，其精度会逐渐降低，使用寿命也较短，从而使得维护成本较高。非接触式的有超声波式、雷达波式，它们通过测量发射脉冲波与接收反射波之间的时间差来计算液位深度，它们的缺点是不适合液面变化晃动较大的场合，否则反射回波将有可能接收不到，且安装精度一定要准确，否则所带来的测量偏差很大难以消除。此外，如果被测量液体是带腐蚀性或易爆的，其测量过程传感装置必须是防腐防爆的，这也导致了整个测量装置成本增加，制约了众多自动化领域的进程。 为解决这些问题，中国专利《一种液位测量边法及其装置》(申请号:200110023135.6 ;【公开日】期:2005年01月26日)公开了如下的技术边案:图像传感器摄得一个选定测量区域Hl的图片，并将图片输出至计算机进行处理得到液位高度。这个方案存在如下不足:1、无法完成不稳定液面的测量；2、需额外设置测量标杆、有色浮标等物体与液体接触，没有达到真正意义上的非接触式测量；3、由于图像传感器布置方式所限，使得测量的落差较小。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种非接触式液位测量系统，能够准确测量液位信息，且适用于各种极端环境。 为实现以上目的，本技术采用的技术边案为:一种非接触式液位测量系统，包括设置在储液罐上边的探头，探头将采集到的模拟视频信息输出至处理模块，处理模块包括图像采集卡、工控机或计算机，所述的图像采集卡将模拟视频信息转换成数字图像信息，工控机或计算机对数字图像信息进行处理提取出液位边界函数并根据该函数得出液位高度。 与现有技术相比，本技术存在以下技术效果:整个液位中，液位边界的变化最小，通过采集液位的图像信息，将边界液位分布通过方程进行模拟，当探头的位置固定后，直接就能通过液位边界函数得出液位高度，即使液位存在落差，也能准确测得结果；整个系统中，仅探头布置在储液罐中，只需选用不同的探头，或者在探头外部做耐高温、耐腐蚀处理，就能满足各种环境下的液位监测，适用范围广；另外，通过该测量系统能够实时进行测量，不受周围环境、温度等因素影响。 【专利附图】【附图说明】 图1是本技术的原理框图； 图2是本技术处理过程的图像，其中图2a是原始图像，原图为彩色，图2b、2c、2d、2e、2f为步骤A、B、C、D、E处理后的图像，图2f中的对角线是为了说明步骤F1，实际的图像上没有该虚线； 图3是本技术查找最长边界线的示意图。 【具体实施方式】 下面结合图1至图3,对本技术做进一步详细叙述。 参阅图1，一种非接触式液位测量系统，包括设置在储液罐上边的探头10，探头10将采集到的模拟视频信息输出至处理模块20，处理模块20包括图像采集卡21、工控机或计算机22，所述的图像采集卡21将模拟视频信息转换成数字图像信息，工控机或计算机22对数字图像信息进行处理提取出液位边界函数并根据该函数得出液位高度。如果检测环境具有高温高腐蚀性，可采用具有耐高温和耐腐蚀特性的材料保护摄像机，利用水冷或者气冷控制摄像机环境温度；如果检测的环境要求不高，则使用一般的摄像机即可。另外，为了保证图像的质量，可在储液罐内部加装高冷光照明灯，灯光的安装位置也很重要，其目的是让光源均匀的照射在被测目标上，减少后续图像处理的复杂度；对于某些不便使用光源的场合，可使用红外摄像机作为探头10。光源的选择和布置位置、探头的选择都需要根据现场情况来实际进行选择，这里就不再详细叙述。对于数字图像信息的处理，可使用工控机，也可以用计算机来实现，计算机主要通过其上运行的软件对图像进行处理；工控机是工业用计算机，它更适合现场环境不佳的场所。 本技术是通过提取液位边缘函数来判定液位的高低的，当探头10位置固定时，如果探头10位于储液罐的正上方，其获得的液位边缘函数应该是正圆形，且圆的直径跟液位的闻低有着对应的关系；若探头?ο位于储液--的斜上方,其获得的液位边缘函数为椭圆形，椭圆形的长轴、短轴、中心点与液位的高低有着一一对应的关系。我们通过对液位边缘函数进行处理，获得重要参数，就能根据探头10布置的位置计算出液位的高低。 参阅图2，液位边缘函数的获得有多种方式，这里提供一种较为优选的实施方式:所述的数字图像信息为BMP格式的图像，所述的工控机或计算机22每隔一段时间提取一张BMP图像作为原始图像按如下步骤进行处理:(A)原始图像进行灰度化处理得到灰度图像，其中原始图像如图2a所不,灰度图像如图2b所不；(B)灰度图像进行直方图变换提闻灰度图像的对比度，直方图变换后的图像如图2c所示；(C)步骤B处理后的图像按照一定的阈值进行二值化处理，得到黑白图像，黑白图像如图2d所示；(D)黑白图像使用高通滤波器进行滤波，去除噪点，如图2e所示；(E)找出连续边界，记录最长边界线的各点坐标，其中最长的边界线如图2f中所示；(F)取最长边界线的各点坐标进行方程拟合找出最接近的椭圆方程，或者取最长边界线的部分点坐标进行方程拟合找出最接近的抛物线方程；(G)根据椭圆方程参数或抛物线方程参数确定液位高度。 灰度化处理方式多样，作为本技术的优选方案，所述的步骤A中，任何一个像素点原始的三基色值R、G、B与灰度化处理后的灰度值f满足如下的关系式，灰度值f = 0.299R + 0.587G + 0.114B。这里，根据生物学中所描述的人眼对不同颜色的敏感度不同，分别给红R、绿G、蓝B赋上不同的系数，然后算出他们的加权平均数得出灰度值f，这样得到的图像更便于后续的处理。 更进一步地，所述的步骤B中，按如下变换关系对图像中每个像素点的灰度值f进行变换得到新的灰度值g:若O彡f < a,则g = a f ;若a彡f < b,则g = Mf — a) +ga ;若 b < f < 255，则 g = Y (f — b)十 gb ;式中 a、b、α、β、Y、ga、gb 均为常数，它们有各自的作用。式中的a、b作用是确定三个不同灰度级的范围，局部集中修改原图像的灰度值；α、β、Y的作用是确定不同灰度级调整时映射的函数的斜率大小，反映了灰度线性分段变化的范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非接触式液位测量系统，其特征在于：包括设置在储液罐上边的探头（10），探头（10）将采集到的模拟视频信息输出至处理模块（20），处理模块（20）包括图像采集卡（21）、工控机（22），所述的图像采集卡（21）将模拟视频信息转换成数字图像信息，工控机（22）对数字图像信息进行处理提取出液位边界函数并根据该函数得出液位高度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐勇，万力，张启运，魏庆农，
申请(专利权)人：合肥金星机电科技发展有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽;34