CN102419198A - 一种液位高精度实时激光三角测量方法及测量装置 - Google Patents

一种液位高精度实时激光三角测量方法及测量装置 Download PDF

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刘薇娜
张树仁
杨立峰
马俊英
李俊烨
吴海红
许文博
刘荣荣
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Abstract

本发明公开了种液位高精度实时激光三角测量方法及测量装置，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；还包括室内取液漏斗、室内取液试管、室外取液试管、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。优点是：可实现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；精度高、测量范围大。

Description

一种液位高精度实时激光三角测量方法及测量装置
技术领域
本发明属于液面测量技术领域，进一步讲是提供了一种液位高精度实时激光三角测量方法及测量装置，特别适用于液体物质液位高度变化的非接触测量。
背景技术
原有液体物质液面的测量方法采用体积法，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。本方法发明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
本发明公开一种液位高精度实时激光三角测量方法，以解决现有技术中测量精度低、不能实现实时测量等问题。
本发明还提供了实现上述方法的测量装置，用于液位高精度实时检测。
本发明公开的液位高精度实时激光三角测量方法，采用以下技术解决方案：
由激光器、汇聚透镜、接收物镜、CCD组成激光三角位移传感器；激光三角位移传感器安装在室外取液试管上方；将室内取液试管与室外取液试管用U形管连接；激光三角位移传感器由信号线与工控机电连接；激光器发出的激光束穿过汇聚透镜，激光束通过液面折射，激光束经过接收物镜后在CCD4上成像；液位由第一状态液面变化为第二状态液面；激光三角位移传感器发出的光信号对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***，完成数据采集和处理；
利用三角形各边的比例关系，计算推导位移公式如下：
Figure 2011102586150100002DEST_PATH_IMAGE002
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；
Figure 2011102586150100002DEST_PATH_IMAGE004
为激光束光轴与接收透镜光轴之间的夹角；
Figure 2011102586150100002DEST_PATH_IMAGE006
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
Figure 2011102586150100002DEST_PATH_IMAGE008
。
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；
Figure 2011102586150100002DEST_PATH_IMAGE012
为线阵CCD的像元中心距；
计算在CCD上的位移距离，同时将CCD位移转换即得液面高度变化。
实现上述测量方法的实时测量装置，其特征在于：
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；还包括室内取液漏斗、室内取液试管、室外取液试管、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***，完成数据采集和处理。
本发明的积极效果在于：可实现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为本发明直射式光路图；
图2为本发明液位测试***原理图；
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
通过以下实施例进一步举例描述本发明，并不以任何方式限制本发明，在不背离本发明的技术解决方案的前提下，对本发明所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本发明的权利要求范围之内。
实施例1
如图1所示：本发明的激光三角位移传感器11包括激光器1、汇聚透镜2、接收物镜3、CCD 4；激光器1发出的激光束穿过汇聚透镜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：
Figure 307720DEST_PATH_IMAGE002
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；
Figure 224861DEST_PATH_IMAGE004
为激光束光轴与接收透镜光轴之间的夹角；
Figure 879964DEST_PATH_IMAGE006
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
Figure 275173DEST_PATH_IMAGE008
。
其中：
Figure 463447DEST_PATH_IMAGE010
。
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；
Figure 285910DEST_PATH_IMAGE012
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。
实施例2
如图1、图2所示：本发明由激光三角位移传感器11、室外取液试管12、室内取液试管13、U形管14、室内取液漏斗15、信号线16构成；室内取液试管13与室外取液试管12固定安装在检测工作台上；室内取液试管13与室外取液试管12用U形管14连通连接；激光三角位移传感器11安装在室外取液试管12上方；激光三角位移传感器11由信号线16与工控机电连接；激光三角位移传感器11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12液面进行检测。
液位成像在激光三角位移传感器11的线阵CCD4上，测量液面高度；同时，检测数据通过工控机数据采集***，完成数据采集和处理。

Claims (2)

1.一种液位高精度实时激光三角测量方法，其特征在于：由激光器、汇聚透镜、接收物镜、CCD组成激光三角位移传感器；激光三角位移传感器安装在室外取液试管上方；将室内取液试管与室外取液试管用U形管连接；激光三角位移传感器由信号线与工控机电连接；激光器发出的激光束穿过汇聚透镜，激光束通过液面折射，激光束经过接收物镜后在CCD4上成像；液位由第一状态液面变化为第二状态液面；激光三角位移传感器发出的光信号对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***，完成数据采集和处理；
利用三角形各边的比例关系，计算推导位移公式如下：
Figure 2011102586150100001DEST_PATH_IMAGE001
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；
Figure 200846DEST_PATH_IMAGE002
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，准确的计算出来激光光斑在CCD上移动的距离
Figure 2011102586150100001DEST_PATH_IMAGE005
；其中：
Figure 651944DEST_PATH_IMAGE006
；
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位移转换即得液面高度变化。
2.实现权利要求1所述测量方法的实时测量装置，其特征在于：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；还包括室内取液漏斗、室内取液试管、室外取液试管、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。
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