高精度非接触式透明液体液位测量装置及测量方法制造方法及图纸

一种高精度非接触式液体液位测量装置，包括：平行光发生单元；样品容器放置单元，设置在平行光发生单元发出的平行光的光路上；线阵CCD信号接收单元，设置在样品容器放置单元的光路后方，用于接收通过样品容器后的平行光，包括用来接收平行光信号的线阵CCD；以及信号处理单元，和线阵CCD连接用于接收线阵CCD的信号并进行处理运算后得到透明液体的液位高度，其中，样品容器放置单元包括至少一个与样品容器平行设置的窄缝，该窄缝用于过滤呈平面的平行光而得到一条呈线状的平行光。该装置满足了液位测量过程中，既需要对液位的实时变化进行检测，又需要精度高，抗干扰力强，同时测量原理简单的技术需求。

High precision non-contact transparent liquid level measuring device and measuring method

A non-contact liquid level measuring device, including: high precision parallel light generating unit; sample container unit, set the light path in parallel light emitted by the unit; linear CCD signal receiving unit is arranged in the sample container unit for receiving light path back through the parallel light sample container including, for receiving parallel light signal line array CCD; and a signal processing unit and linear CCD connection for receiving the CCD array signal processing and computes the height of liquid level, transparent liquid, sample container unit includes at least one sample container arranged in parallel slit, the slit used for filtering is parallel to the plane of the light and get a linear parallel light. The utility model can meet the technical requirements of the liquid level measurement, such as the real-time change of the liquid level detection, high precision, strong anti-interference ability, and simple measurement principle.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于测量仪器领域，特别是涉及一种透明容器中液体液位的测量装置，属于光电领域。
技术介绍
近年来，随着医药科学的进步和医疗事业的发展，试剂定容成为医药研究、药品生产中的重要环节，试剂容量的精确定容将对药品的定性、药品的定效产生重要的影响。在试剂定容过程中，一般不允许直接接触试剂，以免造成对试剂的污染，因此，设计一种非接触的试剂容量确定装置显得十分必要，而容量确定的核心就是液位高度的准确获取。目前，用于液位测量的方法主要有接触式和非接触式两种。接触式方法又主要分为两种：一是采用浮子的液位计。浮子式液位计属于机械式测量仪器，精度低，体积大，易出故障；二是采用压阻式原理检测液位，这种检测方法依据液面下某处的压强与其液面距离成比例的关系设计，测量范围有限、精度不高。非接触式液位检测，其测量方法主要有超声波、红外线、线激光等方式。这些方式的优越性在于它们的测量精度较高、测量方式非接触。但针对液体，特别是透明液体的液位检测，目前可用的方法原理还非常有限，可进行检测的传感器多为光强式传感器。上述方法存在这上述的各种缺陷，而一直没有一种合适的非接触方法来高精度地实现容器中液体的液位检测。
技术实现思路
随着电子技术和计算机技术的发展，线阵CCD技术越来越成熟，像素越来越小、测量精度越来越高，得到的信号质量足以满足实验室环境的需要。因此，本专利技术为解决上述问题，提出了一种高精度非接触式液体液位测量装置，装置中液位信号的测量传感器采用线阵CCD传感器完成，可以满足实验室高精度、低成本测量的需要。一种高精度非接触式透明液体液位测量装置，用于测量盛放于样品容器中的透明液体的液位高度，其特征在于，包括：平行光发生单元，用于产生平行光；样品容器放置单元，设置在平行光发生单元发出的平行光的光路上，用于放置样品容器让平行光通过样品容器；线阵CCD信号接收单元，设置在样品容器放置单元的光路后方，用于接收通过样品容器后的平行光，包括用来接收平行光信号的线阵CCD；以及信号处理单元，和线阵CCD连接用于接收线阵CCD的信号并进行处理运算后得到透明液体的液位高度，其中，样品容器放置单元包括至少一个与样品容器平行设置的窄缝，该窄缝用于过滤呈平面的平行光而得到一条呈线状的平行光。本专利技术提供的高精度非接触式透明液体液位测量装置，还可以具有这样的特征：其中，平行光发生单元包括依次通过光路连接的光源、用于反射光源发出的光的平面反射镜以及将平面反射镜的光转换为平行光后照射样品容器放置单元的准直透镜组。本专利技术提供的高精度非接触式透明液体液位测量装置，还可以具有这样的特征：其中，光源为激光二极管。本专利技术提供的高精度非接触式透明液体液位测量装置，还可以具有这样的特征：其中，窄缝中等距平行设置有多条遮光隔线，相邻两条遮光隔线之间的距离为隔线间距，遮光隔线用于标定线阵CCD的像素点间距离与隔线间距之间的比值。本专利技术提供的高精度非接触式透明液体液位测量装置，还可以具有这样的特征：其中，信号处理单元包括FPGA主控芯片和模数转换器，主控芯片和线阵CCD和模数转换器分别连接。本专利技术还提供一种使用上述的高精度非接触式透明液体液位测量装置进行高度测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，线阵CCD信号接收单元接收通过样品容器的液体部分的折射光，记录该折射光在线阵CCD上的投射光线长度；步骤二，预先标定折射光的投射光线长度和线阵CCD的像素点之间的比例；步骤三，由步骤二标定得到的投射光线长度和线阵CCD的像素点之间的比例，计算出样品容器中液体的高度。本专利技术还提供另外一种使用上述的高精度非接触式透明液体液位测量装置进行高度测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，线阵CCD信号接收单元接收通过样品容器的液体部分和空气部分的折射光，记录该两部分折射光在线阵CCD上的投射光线强度；步骤二，采集线阵CCD上不同高度点x与对应改点的投射光线强度y的(x，y)并制作x-y曲线图；步骤三，处理该曲线图，找出图中投射光线强度随线阵CCD上不同高度点变化最陡峭的高度点，该高度点对应的高度即为样品容器中液体的高度。专利技术作用与效果根据本专利技术所提供的高精度非接触式透明液体液位测量装置，针对液位测量过程中，既需要对液位的实时变化进行检测，又需要精度高，抗干扰力强，同时测量原理简单的技术需求，首先通过线阵CCD接收经过液体折射的平行线光源信号，并把该光信号转换成电信号，然后通过模式数转换器ADC将连续的电信号数字化后输入计算机中，再经过数据处理软件处理后得到液位信息。附图说明图1为本专利技术的高精度非接触式透明液体液位测量装置结构以及光路示意图；图2为窄缝的局部放大示意图；图3为本专利技术实施例中的信号处理单元的信号处理硬件及硬件连接关系的示意图；图4为样品容器中液面的空气部分和液体部分在光透射后的光强伪色彩模拟图；以及图5为样品容器中液面的空气部分和液体部分在光透射时的折射率-液位的曲线示意图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本专利技术的高精度非接触式液体液位测量装置的结构、工作原理、使用步骤、使用效果作具体阐述。实施例图1为本专利技术的高精度非接触式透明液体液位测量装置结构以及光路示意图。如图1所示，本实施例的高精度非接触式透明液体液位测量装置100包括平行光发生单元1、样品容器放置单元、线阵CCD信号接收单元5以及信号处理单元6。信号处理单元6用于同计算机连接，经过计算机的软件处理后即可得到对应的液位数据。平行光发生单元1用于发出平行光，包括依次通过光路连接的光源12、用于放射光源发出的光的平面反射镜11以及将平面反射镜11的光转换为平行光后照射样品容器放置单元的准直透镜组13。本实施例中，光源12为激光二极管。准直透镜组13由一个半凹透镜和一个凸透镜组成。这平行光路组成整个光源系统，器件选型选常规准直镜组即可样品容器放置单元，设置在平行光发生单元1发出的平行光的光路上，用于放置样品容器3，平行光通过样品容器3。它包括两个与样品容器3平行设置的相同结构和尺寸的窄缝2和4，该窄缝2和4用于过滤呈平面的平行光而得到一条呈线状的平行光，同时安装窄缝2、4使平行光束变窄，防止光束超过样品容器3的宽度。图2为窄缝的局部放大示意图。为了具体说明本实施例中窄缝2、4的细微结构，对图1中的窄缝2的局部A位置处进行放大，如图2所示，窄缝2、4中等距平行设置有多条遮光隔线21，相邻两条遮光隔线21之间的距离为隔线间距D，遮光隔线用于标定线阵CCD的像素点间距离L与隔线间距D之间的比值，该比值用于标定和计算线阵CCD的像素点与实际高度之间的定标。线阵CCD信号接收单元，设置在样品容器放置单元1的光路后方，用于接收通过样品容器后的平行光，包括用来接收平行光信号的线阵CCD 5。信号处理单元6，和线阵CCD5连接用于接收线阵CCD的信号并进行处理运算后得到透明液体的液位高度。它包括FPGA主控芯片和模数转换器，主控芯片和线阵CCD和模数转换器分别连接。图3为本专利技术实施例中的信号处理单元的信号处理硬件及硬件连接关系的示意图。下面结合图3介绍信号处理单元6的信号处理过程。数据处理过程：(1)系统上电后，主控芯片FPGA进行软件复位，随后通信模块进入状态机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度非接触式液体液位测量装置，用于测量盛放于样品容器中的所述透明液体的液位高度，其特征在于，包括：平行光发生单元，用于产生平行光；样品容器放置单元，设置在所述平行光发生单元发出的所述平行光的光路上，用于放置所述样品容器让所述平行光通过所述样品容器；线阵CCD信号接收单元，设置在所述样品容器放置单元的光路后方，用于接收通过所述样品容器后的所述平行光，包括用来接收所述平行光信号的线阵CCD；以及信号处理单元，和所述线阵CCD连接用于接收所述线阵CCD的信号并进行处理运算后得到所述透明液体的液位高度，其中，所述样品容器放置单元包括至少一个与所述样品容器平行设置的窄缝，该窄缝用于过滤呈平面的所述平行光而得到一条呈线状的平行光。

【技术特征摘要】
1.一种高精度非接触式液体液位测量装置，用于测量盛放于样品容器中的所述透明液体的液位高度，其特征在于，包括：平行光发生单元，用于产生平行光；样品容器放置单元，设置在所述平行光发生单元发出的所述平行光的光路上，用于放置所述样品容器让所述平行光通过所述样品容器；线阵CCD信号接收单元，设置在所述样品容器放置单元的光路后方，用于接收通过所述样品容器后的所述平行光，包括用来接收所述平行光信号的线阵CCD；以及信号处理单元，和所述线阵CCD连接用于接收所述线阵CCD的信号并进行处理运算后得到所述透明液体的液位高度，其中，所述样品容器放置单元包括至少一个与所述样品容器平行设置的窄缝，该窄缝用于过滤呈平面的所述平行光而得到一条呈线状的平行光。2.根据权利要求1所述的高精度非接触式透明液体液位测量装置，其特征在于：其中，所述平行光发生单元包括依次通过光路连接的光源、用于反射所述光源发出的光的平面反射镜以及将所述平面反射镜的光转换为平行光后照射所述样品容器放置单元的准直透镜组。3.根据权利要求2所述的高精度非接触式透明液体液位测量装置，其特征在于：其中，所述光源为激光二极管。4.根据权利要求2所述的高精度非接触式透明液体液位测量装置，其特征在于：其中，所述窄缝中等距平行设置有多条遮光隔线，相邻两条所述遮光隔线之间的距离为隔线间距，所述遮光隔线用于标定所述线阵C...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨海马，宋佳，陆昊婷，边丽，王国君，李筠，刘瑾，陈鑫元，郭艳华，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31