本發(fā)明涉及自動(dòng)化領(lǐng)域，尤其涉及一種非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)。(本申請(qǐng)為申請(qǐng)?zhí)枺?01410451333.6的分案申請(qǐng))

背景技術(shù)：

液體工質(zhì)在容器內(nèi)的高度及高度隨時(shí)間的變化是很多工作中必須監(jiān)測(cè)/檢測(cè)的重要技術(shù)參量。液位測(cè)量的方法和技術(shù)已經(jīng)有很多，大體可以分為接觸式和非接觸式兩大類。非接觸式測(cè)量方法由于與液體工質(zhì)不直接接觸，其優(yōu)勢(shì)是不言而喻的。光波、超聲波甚至放射性同位素等都是非接觸式液位測(cè)量常用的手段。但是在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中需要由不透光的非接觸液位測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量，這需要相應(yīng)的精密儀器進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，這正是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，特別創(chuàng)新地提出了一種非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于，包括光發(fā)射腔體6和ccd接收腔體14，所述光發(fā)射腔體6具有光發(fā)射腔體出射準(zhǔn)直狹縫8，所述ccd接收腔體14具有ccd接收腔體入射準(zhǔn)直狹縫16，當(dāng)非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)工作時(shí)，光發(fā)射腔體6內(nèi)發(fā)光體發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)光發(fā)射腔體出射準(zhǔn)直狹縫8，經(jīng)過(guò)ccd接收腔體入射準(zhǔn)直狹縫16這條光路進(jìn)入ccd接收腔體14被ccd接收，樣品管處于所述光路上且光線以平行于樣品管母線的方向通過(guò)所述樣品管。

上述技術(shù)方案的有益效果為：通過(guò)光發(fā)射腔體6和ccd接收腔體14能夠夾持樣品管，結(jié)構(gòu)緊湊小巧，便攜性強(qiáng)，自動(dòng)化程度高，安裝和拆卸容易，具有廣泛的適用性，室內(nèi)或者戶外均可以使用；非接觸測(cè)量方式，適合高壓、易燃易爆、高毒性和純度要求高的工作場(chǎng)合的液位檢測(cè)。

所述的非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)，優(yōu)選的，包括：樣品管夾持臂、夾持端頭、合頁(yè)3、光發(fā)射腔體6、ccd接收腔體14、ccd接收腔體后蓋板15、光發(fā)射腔體出射準(zhǔn)直狹縫8、ccd接收腔體入射準(zhǔn)直狹縫16；

合頁(yè)3側(cè)壁垂直固定樣品管夾持臂一端，所述樣品管夾持臂另一端設(shè)置夾持端頭，所述夾持端頭緊固夾持樣品管1，所述合頁(yè)3右扇葉21安裝光發(fā)射腔體6，所述合頁(yè)3左扇葉20安裝ccd接收腔體14，所述ccd接收腔體14后端由ccd接收腔體后蓋板封蓋，防止產(chǎn)生漏光；所述光發(fā)射腔體6夾持樣品管一側(cè)面板中部為凹槽形狀，沿凹槽形狀部位開設(shè)光發(fā)射腔體出射準(zhǔn)直狹縫8，所述ccd接收腔體14夾持樣品管一側(cè)面板中部也為凹槽形狀，沿凹槽形狀部位開設(shè)ccd接收腔體入射準(zhǔn)直狹縫16。

上述技術(shù)方案的有益效果為：通過(guò)光發(fā)射腔體出射準(zhǔn)直狹縫8、ccd接收腔體入射準(zhǔn)直狹縫16對(duì)樣品管液位進(jìn)行檢測(cè)，保證了檢測(cè)的準(zhǔn)確性的同時(shí)，防止光線散射，偏射。

所述的非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述樣品管夾持臂包括：樣品管上夾持臂2、樣品管下夾持臂9、上夾持臂鎖緊螺絲4、下夾持臂鎖緊螺絲10、上套管28、下套管29；

所述夾持端頭包括：樣品管上部鎖緊螺絲5、樣品管下部鎖緊螺絲11、上夾持端頭12和下夾持端頭13；

所述樣品管上夾持臂2外部過(guò)盈套接入上套管28一端，所述上套管28側(cè)壁開設(shè)螺紋孔，上夾持臂鎖緊螺絲4擰入螺紋孔，所述上夾持臂鎖緊螺絲4外螺紋與螺紋孔內(nèi)螺紋相配合，鎖緊上套管28與樣品管上夾持臂2，所述上套管28另一端固定上夾持端頭12，在上夾持端頭12側(cè)壁開設(shè)螺紋孔，樣品管上部鎖緊螺絲5擰入螺紋孔，所述樣品管上部鎖緊螺絲5外螺紋與螺紋孔內(nèi)螺紋相配合，鎖緊上夾持端頭12與樣品管1；

所述樣品管下夾持臂9外部過(guò)盈套接入下套管29一端，所述下套管29側(cè)壁開設(shè)螺紋孔，下夾持臂鎖緊螺絲10擰入螺紋孔，所述下夾持臂鎖緊螺絲10外螺紋與螺紋孔內(nèi)螺紋相配合，鎖緊下套管29與樣品管下夾持臂9，所述下套管29另一端固定下夾持端頭13，在下夾持端頭13側(cè)壁開設(shè)螺紋孔，樣品管下部鎖緊螺絲11擰入螺紋孔，所述樣品管下部鎖緊螺絲11外螺紋與螺紋孔內(nèi)螺紋相配合，鎖緊下夾持端頭13與樣品管1。

上述技術(shù)方案的有益效果為：上述裝置用于鎖緊樣品管，同時(shí)保證樣品管上下垂直于底面，保證測(cè)量準(zhǔn)確。

所述的非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)，優(yōu)選的，還包括：防光線遮蔽擋片7；

所述光發(fā)射腔體6在安裝合頁(yè)的另一端側(cè)板的邊緣處安裝防光線遮蔽擋片7，或者在所述ccd接收腔體14在安裝合頁(yè)的另一端側(cè)板的邊緣處安裝防光線遮蔽擋片7，所述防光線遮蔽擋片7沿側(cè)板邊緣處探出邊緣，將所述光發(fā)射腔體6和ccd接收腔體14對(duì)合狀態(tài)的縫隙遮住。

上述技術(shù)方案的有益效果為：通過(guò)防光線遮蔽擋片7的遮擋作用，將光發(fā)射腔體和ccd接收腔體14之間的縫隙遮擋，使外界的光線無(wú)法射入，從而保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。

所述的非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述合頁(yè)3包括：校準(zhǔn)孔23、第一校準(zhǔn)螺釘26、第二校準(zhǔn)螺釘27；

所述合頁(yè)3左扇葉20和合頁(yè)3右扇葉21分別開設(shè)n個(gè)校準(zhǔn)孔23，由第一校準(zhǔn)螺釘26和第二校準(zhǔn)螺釘27穿入所述校準(zhǔn)孔23擰入側(cè)板，根據(jù)樣品管1的直徑調(diào)整第一校準(zhǔn)螺釘26、第二校準(zhǔn)螺釘27，使所述光發(fā)射腔體6和ccd接收腔體14順利接收光反饋數(shù)據(jù)，所述n≥2。

上述技術(shù)方案的有益效果為：在光發(fā)射腔體和ccd接收腔體所安裝合頁(yè)的一側(cè)都設(shè)置校準(zhǔn)孔和校準(zhǔn)螺釘，從而能夠根據(jù)樣品管直徑的大小，輕松調(diào)整光發(fā)射腔體和ccd接收腔體之間夾持的縫隙寬度。

所述的非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述光發(fā)射腔體6包括：光發(fā)射電路板17，

所述ccd接收腔體14包括：線陣ccd18和ccd接收電路板19；

所述光發(fā)射電路板17安裝于所述光發(fā)射腔體6內(nèi)部，由光發(fā)射電路板17發(fā)射光信息穿過(guò)光發(fā)射腔體出射準(zhǔn)直狹縫8，所述ccd接收腔體14的線陣ccd18排列在ccd接收腔體入射準(zhǔn)直狹縫16處，接收光信息數(shù)據(jù)，線陣ccd連接ccd接收電路板19；

所述ccd接收電路板19包括：前端驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊afe、fpga、數(shù)據(jù)傳輸接口、控制模塊；

所述前端驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊afe連接線陣ccd，接收線陣ccd傳輸?shù)墓庑畔?shù)據(jù)，完成模擬ccd圖像信號(hào)的雙采樣及ad轉(zhuǎn)換；所述前端驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊afe另一端連接fpga，所述fpga連接數(shù)據(jù)傳輸接口和控制模塊。

上述技術(shù)方案的有益效果為：通過(guò)上述電路的設(shè)計(jì)，從而通過(guò)電子光學(xué)的方式精確測(cè)量樣品管液位，從而降低了人工測(cè)量的誤差，保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。

所述的非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述凹槽形狀包括：梯形或半圓形。

上述技術(shù)方案的有益效果為：設(shè)置為梯形的凹槽保證光發(fā)射腔體和ccd接收腔體更好的夾持樣品管，設(shè)置為半圓形是為了保證凹槽和樣品管樣品管緊密貼合，增加摩擦系數(shù)保證光發(fā)射腔體和ccd接收腔體夾持的樣品管不易脫落。

本發(fā)明還公開一種非接觸式液位測(cè)量方法，其關(guān)鍵在于，包括如下步驟：

步驟1，對(duì)非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)的線陣ccd和ccd接收電路板進(jìn)行初始化，開始測(cè)量樣品管液位；

步驟2，打開光發(fā)射電路板，通過(guò)光發(fā)射腔體的光發(fā)射腔體出射準(zhǔn)直狹縫對(duì)樣品管液位進(jìn)行照射，穿過(guò)樣品管的光信息照射到ccd接收腔體入射準(zhǔn)直狹縫處的線陣ccd，由線陣ccd對(duì)光信息強(qiáng)度進(jìn)行判斷；

步驟3，根據(jù)光信息強(qiáng)度判斷樣品管液位高度，對(duì)液位進(jìn)行m次測(cè)量，獲得樣品管液位絕對(duì)高度值，所述m≥3。

上述技術(shù)方案的有益效果為：通過(guò)上述方法準(zhǔn)確測(cè)量液位高度，數(shù)據(jù)處理快速，幀率可調(diào)，數(shù)據(jù)輸出內(nèi)容可選擇配置。

所述的非接觸式液位測(cè)量方法，優(yōu)選的，所述步驟2包括：

步驟2-1，在由線陣ccd對(duì)光信息強(qiáng)度進(jìn)行判斷時(shí)，配置線陣ccd的開始寄存器中的開始位置為高位；

步驟2-2，對(duì)線陣ccd所采集的光信息強(qiáng)度進(jìn)行中斷程序判斷，將前段驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行中斷觸發(fā)，模擬光信息信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字光信息信號(hào)，傳輸?shù)絝pga進(jìn)行高度運(yùn)算。

上述技術(shù)方案的有益效果為：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，保證fpga進(jìn)行準(zhǔn)確的高度運(yùn)算。

所述的非接觸式液位測(cè)量方法，優(yōu)選的，所述步驟3包括：

步驟3-1，采集的液位高度值在fpga中進(jìn)行液位高度運(yùn)算；

步驟3-2，將采集的光信息幀數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的像元進(jìn)行加和平均；

步驟3-3，對(duì)相鄰像元灰度值做差，并存儲(chǔ)該差值到數(shù)組中；

步驟3-4，找到灰度差值最大的位置，得到最初的樣品管液位所處的位置；

步驟3-5，重復(fù)步驟3-2至步驟3-4，求取m組數(shù)據(jù)，進(jìn)行求平均，得到樣品管液位絕對(duì)高度值。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

1結(jié)構(gòu)緊湊小巧，便攜性強(qiáng)，自動(dòng)化程度高，安裝和拆卸容易，具有廣泛的適用性，室內(nèi)或者戶外均可以使用；

2非接觸測(cè)量方式，適合高壓、易燃易爆、高毒性和純度要求高的工作場(chǎng)合的液位檢測(cè)；

3低功耗，可以采用多種方式供電，電池、光伏、市電均可；

4數(shù)據(jù)處理快速，幀率可調(diào)，數(shù)據(jù)輸出內(nèi)容可選擇配置；

5具有無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸能力，可以現(xiàn)場(chǎng)采集檢測(cè)數(shù)據(jù)，也可以通過(guò)無(wú)線發(fā)射系統(tǒng)遠(yuǎn)程傳輸；

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是本發(fā)明非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)整體示意圖；

圖2是本發(fā)明非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)一側(cè)示意圖；

圖3是本發(fā)明非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)切面剖視示意圖；

圖4是本發(fā)明非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)俯視示意圖；

圖5是本發(fā)明非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)切面示意圖；

圖6是本發(fā)明非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)電路示意圖；

圖7是本發(fā)明非接觸式液位測(cè)量方法流程圖；

圖8是本發(fā)明非接觸式液位測(cè)量方法靜態(tài)檢測(cè)流程圖；

圖9是本發(fā)明非接觸式液位測(cè)量方法動(dòng)態(tài)檢測(cè)流程圖；

圖10是本發(fā)明非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)示意圖；

圖11是本發(fā)明非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)的電路示意圖；

圖12是本發(fā)明非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)的電路示意圖；

圖13是本發(fā)明非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)的電路示意圖；

圖14是本發(fā)明非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)的電路示意圖；

圖15是本發(fā)明非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)的電路示意圖；

圖16是本發(fā)明非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)的電路示意圖；

圖17是本發(fā)明非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)的電路示意圖；

圖18是本發(fā)明非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)的電路示意圖；

圖19是本發(fā)明非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)的電路示意圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)的具體含義。

如圖1-5所示，本發(fā)明提供了一種非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于，包括光發(fā)射腔體6和ccd接收腔體14，所述光發(fā)射腔體6具有光發(fā)射腔體出射準(zhǔn)直狹縫8，所述ccd接收腔體14具有ccd接收腔體入射準(zhǔn)直狹縫16，當(dāng)非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)工作時(shí)，光發(fā)射腔體6內(nèi)發(fā)光體發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)光發(fā)射腔體出射準(zhǔn)直狹縫8，經(jīng)過(guò)ccd接收腔體入射準(zhǔn)直狹縫16這條光路進(jìn)入ccd接收腔體14被ccd接收，樣品管處于所述光路上且光線以平行于樣品管母線的方向通過(guò)所述樣品管。

上述技術(shù)方案的有益效果為：通過(guò)光發(fā)射腔體6和ccd接收腔體14能夠夾持樣品管，結(jié)構(gòu)緊湊小巧，便攜性強(qiáng)，自動(dòng)化程度高，安裝和拆卸容易，具有廣泛的適用性，室內(nèi)或者戶外均可以使用；非接觸測(cè)量方式，適合高壓、易燃易爆、高毒性和純度要求高的工作場(chǎng)合的液位檢測(cè)。

所述的非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)，優(yōu)選的，包括：樣品管夾持臂、夾持端頭、合頁(yè)3、光發(fā)射腔體6、ccd接收腔體14、ccd接收腔體后蓋板15、光發(fā)射腔體出射準(zhǔn)直狹縫8、ccd接收腔體入射準(zhǔn)直狹縫16；

合頁(yè)3側(cè)壁垂直固定樣品管夾持臂一端，所述樣品管夾持臂另一端設(shè)置夾持端頭，所述夾持端頭緊固夾持樣品管1，所述合頁(yè)3右扇葉21安裝光發(fā)射腔體6，所述合頁(yè)3左扇葉20安裝ccd接收腔體14，所述ccd接收腔體14后端由ccd接收腔體后蓋板封蓋，防止產(chǎn)生漏光；所述光發(fā)射腔體6夾持樣品管一側(cè)面板中部為凹槽形狀，沿凹槽形狀部位開設(shè)光發(fā)射腔體出射準(zhǔn)直狹縫8，所述ccd接收腔體14夾持樣品管一側(cè)面板中部也為凹槽形狀，沿凹槽形狀部位開設(shè)ccd接收腔體入射準(zhǔn)直狹縫16。

上述技術(shù)方案的有益效果為：通過(guò)光發(fā)射腔體出射準(zhǔn)直狹縫8、ccd接收腔體入射準(zhǔn)直狹縫16對(duì)樣品管液位進(jìn)行檢測(cè)，保證了檢測(cè)的準(zhǔn)確性的同時(shí)，防止光線散射，偏射。

所述的非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述樣品管夾持臂包括：樣品管上夾持臂2、樣品管下夾持臂9、上夾持臂鎖緊螺絲4、下夾持臂鎖緊螺絲10、上套管28、下套管29；

所述夾持端頭包括：樣品管上部鎖緊螺絲5、樣品管下部鎖緊螺絲11、上夾持端頭12和下夾持端頭13；

所述樣品管上夾持臂2外部過(guò)盈套接入上套管28一端，所述上套管28側(cè)壁開設(shè)螺紋孔，上夾持臂鎖緊螺絲4擰入螺紋孔，所述上夾持臂鎖緊螺絲4外螺紋與螺紋孔內(nèi)螺紋相配合，鎖緊上套管28與樣品管上夾持臂2，所述上套管28另一端固定上夾持端頭12，在上夾持端頭12側(cè)壁開設(shè)螺紋孔，樣品管上部鎖緊螺絲5擰入螺紋孔，所述樣品管上部鎖緊螺絲5外螺紋與螺紋孔內(nèi)螺紋相配合，鎖緊上夾持端頭12與樣品管1；

所述樣品管下夾持臂9外部過(guò)盈套接入下套管29一端，所述下套管29側(cè)壁開設(shè)螺紋孔，下夾持臂鎖緊螺絲10擰入螺紋孔，所述下夾持臂鎖緊螺絲10外螺紋與螺紋孔內(nèi)螺紋相配合，鎖緊下套管29與樣品管下夾持臂9，所述下套管29另一端固定下夾持端頭13，在下夾持端頭13側(cè)壁開設(shè)螺紋孔，樣品管下部鎖緊螺絲11擰入螺紋孔，所述樣品管下部鎖緊螺絲11外螺紋與螺紋孔內(nèi)螺紋相配合，鎖緊下夾持端頭13與樣品管1。

上述技術(shù)方案的有益效果為：上述裝置用于鎖緊樣品管，同時(shí)保證樣品管上下垂直于底面，保證測(cè)量準(zhǔn)確。

所述的非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)，優(yōu)選的，還包括：防光線遮蔽擋片7；

所述光發(fā)射腔體6在安裝合頁(yè)的另一端側(cè)板的邊緣處安裝防光線遮蔽擋片7，或者在所述ccd接收腔體14在安裝合頁(yè)的另一端側(cè)板的邊緣處安裝防光線遮蔽擋片7，所述防光線遮蔽擋片7沿側(cè)板邊緣處探出邊緣，將所述光發(fā)射腔體6和ccd接收腔體14對(duì)合狀態(tài)的縫隙遮住。

上述技術(shù)方案的有益效果為：通過(guò)防光線遮蔽擋片7的遮擋作用，將光發(fā)射腔體和ccd接收腔體14之間的縫隙遮擋，使外界的光線無(wú)法射入，從而保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。

所述的非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述合頁(yè)3包括：校準(zhǔn)孔23、第一校準(zhǔn)螺釘26、第二校準(zhǔn)螺釘27；

所述合頁(yè)3左扇葉20和合頁(yè)3右扇葉21分別開設(shè)n個(gè)校準(zhǔn)孔23，由第一校準(zhǔn)螺釘26和第二校準(zhǔn)螺釘27穿入所述校準(zhǔn)孔23擰入側(cè)板，根據(jù)樣品管1的直徑調(diào)整第一校準(zhǔn)螺釘26、第二校準(zhǔn)螺釘27，使所述光發(fā)射腔體6和ccd接收腔體14順利接收光反饋數(shù)據(jù)，所述n≥2。

上述技術(shù)方案的有益效果為：在光發(fā)射腔體和ccd接收腔體所安裝合頁(yè)的一側(cè)都設(shè)置校準(zhǔn)孔和校準(zhǔn)螺釘，從而能夠根據(jù)樣品管直徑的大小，輕松調(diào)整光發(fā)射腔體和ccd接收腔體之間夾持的縫隙寬度。

所述的非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述光發(fā)射腔體6包括：光發(fā)射電路板17，

所述ccd接收腔體14包括：線陣ccd18和ccd接收電路板19；

所述光發(fā)射電路板17安裝于所述光發(fā)射腔體6內(nèi)部，由光發(fā)射電路板17發(fā)射光信息穿過(guò)光發(fā)射腔體出射準(zhǔn)直狹縫8，所述ccd接收腔體14的線陣ccd18排列在ccd接收腔體入射準(zhǔn)直狹縫16處，接收光信息數(shù)據(jù)，線陣ccd連接ccd接收電路板19；

所述ccd接收電路板19包括：前端驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊afe、fpga、數(shù)據(jù)傳輸接口、控制模塊；

所述前端驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊afe連接線陣ccd，接收線陣ccd傳輸?shù)墓庑畔?shù)據(jù)，完成模擬ccd圖像信號(hào)的雙采樣及ad轉(zhuǎn)換；所述前端驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊afe另一端連接fpga，所述fpga連接數(shù)據(jù)傳輸接口和控制模塊。

上述技術(shù)方案的有益效果為：通過(guò)上述電路的設(shè)計(jì)，從而通過(guò)電子光學(xué)的方式精確測(cè)量樣品管液位，從而降低了人工測(cè)量的誤差，保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。

所述的非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述凹槽形狀包括：梯形或半圓形。

上述技術(shù)方案的有益效果為：設(shè)置為梯形的凹槽保證光發(fā)射腔體和ccd接收腔體更好的夾持樣品管，設(shè)置為半圓形是為了保證凹槽和樣品管樣品管緊密貼合，增加摩擦系數(shù)保證光發(fā)射腔體和ccd接收腔體夾持的樣品管不易脫落。

本發(fā)明還公開一種非接觸式液位測(cè)量方法，其關(guān)鍵在于，包括如下步驟：

步驟1，對(duì)非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)的線陣ccd和ccd接收電路板進(jìn)行初始化，開始測(cè)量樣品管液位；

步驟2，打開光發(fā)射電路板，通過(guò)光發(fā)射腔體的光發(fā)射腔體出射準(zhǔn)直狹縫對(duì)樣品管液位進(jìn)行照射，穿過(guò)樣品管的光信息照射到ccd接收腔體入射準(zhǔn)直狹縫處的線陣ccd，由線陣ccd對(duì)光信息強(qiáng)度進(jìn)行判斷；

步驟3，根據(jù)光信息強(qiáng)度判斷樣品管液位高度，對(duì)液位進(jìn)行m次測(cè)量，獲得樣品管液位絕對(duì)高度值，所述m≥3。

上述技術(shù)方案的有益效果為：通過(guò)上述方法準(zhǔn)確測(cè)量液位高度，數(shù)據(jù)處理快速，幀率可調(diào)，數(shù)據(jù)輸出內(nèi)容可選擇配置。

所述的非接觸式液位測(cè)量方法，優(yōu)選的，所述步驟2包括：

步驟2-1，在由線陣ccd對(duì)光信息強(qiáng)度進(jìn)行判斷時(shí)，配置線陣ccd的開始寄存器中的開始位置為高位；

步驟2-2，對(duì)線陣ccd所采集的光信息強(qiáng)度進(jìn)行中斷程序判斷，將前段驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行中斷觸發(fā)，模擬光信息信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字光信息信號(hào)，傳輸?shù)絝pga進(jìn)行高度運(yùn)算。

上述技術(shù)方案的有益效果為：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，保證fpga進(jìn)行準(zhǔn)確的高度運(yùn)算。

所述的非接觸式液位測(cè)量方法，優(yōu)選的，所述步驟3包括：

步驟3-1，采集的液位高度值在fpga中進(jìn)行液位高度運(yùn)算；

步驟3-2，將采集的光信息幀數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的像元進(jìn)行加和平均；

步驟3-3，對(duì)相鄰像元灰度值做差，并存儲(chǔ)該差值到數(shù)組中；

步驟3-4，找到灰度差值最大的位置，得到最初的樣品管液位所處的位置；

步驟3-5，重復(fù)步驟3-2至步驟3-4，求取m組數(shù)據(jù)，進(jìn)行求平均，得到樣品管液位絕對(duì)高度值。

如圖6所示，液位測(cè)量頭為a：ccd接收頭；b：液位測(cè)量主控制板；c:數(shù)據(jù)處理中心，其中數(shù)據(jù)處理中心為遠(yuǎn)端服務(wù)器或者便攜式設(shè)備等，數(shù)據(jù)處理中心完成位移數(shù)據(jù)的讀取、存儲(chǔ)、處理。數(shù)據(jù)讀取的方式，可選擇無(wú)線或有線等多種方式；

主控板結(jié)構(gòu)說(shuō)明：

測(cè)量控制主板，由前端驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊afe、sopc運(yùn)算處理單元fpga、數(shù)據(jù)傳輸接口、閥門控制4個(gè)部分組成。

其中afe，完成模擬ccd圖像信號(hào)的相關(guān)雙采樣及ad轉(zhuǎn)換；

如圖11所示為ccd測(cè)量頭工作的基本電路，線陣ccdtcd1703與ccd驅(qū)動(dòng)信號(hào)緩沖器和ccd電信號(hào)輸出電路相連，其中第一電容c1和第二電容c2并聯(lián)，所述第二電容一端連接電源12v另一端接地，所述第一電容c1一端連接線陣ccd的od端另一端連接ss端。

如圖12、13所示，為ccd電信號(hào)輸出電路，完成ccd串行電荷到電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換，其與線陣ccd和afe相連，其中第一電阻r1一端連接電源，另一端連接ccd電信號(hào)輸出電路os1輸出端，所述第一電阻r1另一端還連接第一晶體管q1發(fā)射極，所述第一晶體管q1基極連接第三電阻r3一端，所述r3另一端連接ccd電信號(hào)輸出電路os1輸入端，所述第一晶體管q1集電極連接第五電阻r5一端，所述第五電阻r5另一端接地；所述第二電阻r2一端連接電源，另一端連接ccd電信號(hào)輸出電路os2輸出端，所述第二電阻r4另一端還連接第二晶體管q2發(fā)射極，所述第二晶體管q2基極連接第四電阻r4一端，所述r4另一端連接ccd電信號(hào)輸出電路os2輸入端，所述第二晶體管q2集電極連接第六電阻r6一端，所述第六電阻r6另一端接地。

如圖14、15所示，為ccd驅(qū)動(dòng)信號(hào)緩沖器74hc245，用于完成驅(qū)動(dòng)信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換，其與線陣ccd和ccd電信號(hào)輸出電路相連，其中ccd驅(qū)動(dòng)信號(hào)緩沖器包括第一ccd驅(qū)動(dòng)信號(hào)緩沖器ic2和第二ccd驅(qū)動(dòng)信號(hào)緩沖器ic3，其中第一ccd驅(qū)動(dòng)信號(hào)緩沖器vcc端連接第三電容c3一端和第四電容c4一端，所述c3和c4的另一端接地，第二ccd驅(qū)動(dòng)信號(hào)緩沖器vcc端連接第五電容c5一端和第六電容c6一端，所述c5和c6的另一端接地。

如圖17所示，為前端驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊afead9943，用于完成ccd輸出信號(hào)的雙采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換，其中前端驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊afe與ccd電信號(hào)輸出電路和主控芯片fpgacon44相連，其中，ccd電信號(hào)輸出電路os1和os2輸出端連接前端驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊afe的第十三電容c13一端，所述c13另一端連接前端驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊afe的ccd輸入端，所述第十一電容c11和第十二電容c12并聯(lián)之后，一端接地，c11另一端連接前端驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊afe的refb端，c12另一端連接前端驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊afe的reft端，第十六電容c16和第十七電容c17并聯(lián)之后，一端分別接地和前端驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊afe的avss端，另一端分別連接前端驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊afe的avdd端和3.3v電源端，第十八電容c18一端分別連接3.3v電源端和前端驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊afe的drv端，另一端接地，第十九電容c19一端分別連接3.3v電源端和前端驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊afe的drd端，另一端接地。

如圖16所示，為承載fpga的主板dip34*2：

fpga，內(nèi)嵌①noisii內(nèi)核和多種用戶邏輯，包括②ccd驅(qū)動(dòng)時(shí)序產(chǎn)生邏輯、③afe中相關(guān)雙采樣時(shí)序及輸出時(shí)序產(chǎn)生邏輯、④圖像幀數(shù)據(jù)同步時(shí)序產(chǎn)生邏輯、⑤并行圖像數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)邏輯、⑥液位信息或圖像輸出模塊、⑦閥門開關(guān)控制。邏輯②-⑤封裝在前端驅(qū)動(dòng)采集模塊內(nèi)(如下圖6)，本模塊為自行開發(fā)的邏輯ip。

如圖18所示，為fpga的核心板，內(nèi)部包括ccd驅(qū)動(dòng)信號(hào)模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，其通過(guò)主板和線陣ccd與ccd驅(qū)動(dòng)信號(hào)緩沖器、afe模塊等相連。

如圖19所示，為通信接口max3232cse，其與fpga和上位機(jī)相連，其中rs232db9連接通信接口，第十五電容c15一端連接通信接口c1+端，所述第十五電容c15另一端連接c1-端，第十四電容一端連接3.3v電源，另一端連接通信接口v+端，第二十六電容c26一端連接通信接口c2+端，第二十六電容c26另一端連接c2-端，第二十七電容c27一端接地，c27另一端連接通信接口v-端，第二十三電容c23一端接地，另一端連接通信接口vcc端，第十四電阻r14一端連接通信接口tin1端，另一端連接發(fā)光二極管txd負(fù)極，所述發(fā)光二極管txd正極連接電源3.3v，第十五電阻r15一端連接rout1端，另一端連接發(fā)光二極管rxd負(fù)極，所述發(fā)光二極管rxd正極連接電源3.3v。

如圖7所示，步驟1，對(duì)非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行初始化，

初始化任務(wù)：

1.afe配置

2.初始化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)組或地址

3.ccd驅(qū)動(dòng)模塊寄存器初始化

4.軟件系統(tǒng)其它初始化；

步驟2，開始進(jìn)行液位測(cè)量，配置ccdstart寄存器中的start位為高，

步驟3，按照預(yù)定算法計(jì)算當(dāng)前液位分界面位置；

提取邊界像元編號(hào)，計(jì)算絕對(duì)液位高度；輸出液位高度信息。

靜態(tài)測(cè)量流程：

測(cè)量啟動(dòng)后，靜態(tài)液位測(cè)量會(huì)經(jīng)歷3個(gè)階段，如圖8，分別是①前端液位模擬信息采集轉(zhuǎn)換，②fpga中液位數(shù)據(jù)搬移存儲(chǔ)，③fpga中算法運(yùn)行得到液位高度信息。在fpga中乒乓ram的協(xié)助下，①和②可以部分并行執(zhí)行。①②過(guò)程完成后，執(zhí)行③過(guò)程處理。

以上圖8單次測(cè)量為例，具體說(shuō)明靜態(tài)液位測(cè)量工作流程。樣品管中液位信息被前端傳感器測(cè)量頭探測(cè)后，會(huì)以高速串行方式輸出模擬視頻信號(hào)，輸出速率大小決定于前端傳感器測(cè)量頭的工作頻率，假設(shè)工作頻率為1mhz，那么每1us就會(huì)輸出一個(gè)視頻信號(hào)。本液位測(cè)量裝置配備的傳感器是tcd1703c，包含7500個(gè)有效視頻信號(hào)單元，平均分成兩個(gè)視頻接口并行輸出，因此全部信號(hào)輸出需要3.75ms。每個(gè)視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬前端器件被轉(zhuǎn)換成10bit數(shù)字信號(hào)，到此完成測(cè)量的第一階段處理。第二階段開始，將其中一個(gè)視頻接口的3750個(gè)數(shù)字視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到fpga的內(nèi)嵌乒乓ram中，乒乓ram深度512，當(dāng)乒乓ram中的一個(gè)ram存儲(chǔ)滿后，fpga中前端驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊會(huì)觸發(fā)中斷輸出到nios核，nois核接收到中斷后讀取存儲(chǔ)已滿ram中的視頻數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)，接下來(lái)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到另一個(gè)ram中，重復(fù)此過(guò)程，直到完成3750個(gè)數(shù)據(jù)的搬移存儲(chǔ)。第三階段重點(diǎn)是運(yùn)行液位算法運(yùn)算得到液位高度信息。

動(dòng)態(tài)測(cè)量流程：

動(dòng)態(tài)測(cè)量流程與靜態(tài)測(cè)量流程類似，不同的是，如果連續(xù)重復(fù)靜態(tài)測(cè)量，就可得到液位的變化信息，對(duì)于樣品管中液位變化信息的管理和應(yīng)用可以獲得工業(yè)過(guò)程狀態(tài)信息。動(dòng)態(tài)液位測(cè)量包含4個(gè)階段：①前端液位模擬信息采集轉(zhuǎn)換，②fpga中液位數(shù)據(jù)搬移存儲(chǔ)，③fpga中算法運(yùn)行得到液位高度信息，④液位控制。如圖9。

如圖10所示，為非接觸式液位測(cè)量系統(tǒng)所檢測(cè)的波形圖，根據(jù)光線的強(qiáng)度確定液位的高度。

本發(fā)明的有益效果：

1結(jié)構(gòu)緊湊小巧，便攜性強(qiáng)，自動(dòng)化程度高，安裝和拆卸容易，具有廣泛的適用性，室內(nèi)或者戶外均可以使用；

2非接觸測(cè)量方式，適合高壓、易燃易爆、高毒性和純度要求高的工作場(chǎng)合的液位檢測(cè)；

3低功耗，可以采用多種方式供電，電池、光伏、市電均可；

4數(shù)據(jù)處理快速，幀率可調(diào)，數(shù)據(jù)輸出內(nèi)容可選擇配置；

5具有無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸能力，可以現(xiàn)場(chǎng)采集檢測(cè)數(shù)據(jù)，也可以通過(guò)無(wú)線發(fā)射系統(tǒng)遠(yuǎn)程傳輸。

在本說(shuō)明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。