一種基于點(diǎn)光源的面陣ccd液體密度測(cè)量的測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及是一種基于點(diǎn)光源的面陣CCD液體密度測(cè)量的測(cè)量裝置?；邳c(diǎn)光源的面陣CCD液體密度測(cè)量的測(cè)量裝置，由儲(chǔ)液箱、LED點(diǎn)光源、面陣CCD、電路單元構(gòu)成，圓形透射鏡4鑲嵌在儲(chǔ)液箱5的頂部構(gòu)成一個(gè)密閉容器，透射鏡4上方連接有柱臺(tái)形遮光罩2，儲(chǔ)液箱5內(nèi)部底面設(shè)有面陣CCD3，面陣CCD與電路單元6連接，安裝在儲(chǔ)液箱底部。該測(cè)量裝置相對(duì)簡(jiǎn)便，易于使用，具有精度和信噪比高，受液體流動(dòng)和溫度變化影響小、可在腐蝕性等惡劣工業(yè)環(huán)境下工作等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】—種基于點(diǎn)光源的面陣CCD液體密度測(cè)量的測(cè)量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及是一種基于點(diǎn)光源的面陣CCD液體密度測(cè)量的測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油、化工、冶金、食品、醫(yī)藥等工業(yè)領(lǐng)域均需要對(duì)溶液密度進(jìn)行測(cè)量。傳統(tǒng)的液體密度光學(xué)測(cè)量方法中，用旋光儀測(cè)量液體密度，只適用于具有旋光性的溶液，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線與自動(dòng)測(cè)量，且由于要靠人眼來(lái)判斷三分視場(chǎng)的亮度是否相同，容易產(chǎn)生較大的誤差；用線陣CCD測(cè)量液體密度，數(shù)據(jù)采集發(fā)生在一維的空間上，由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受溫度，震動(dòng)等因素影響，容易造成數(shù)據(jù)無(wú)法采集或者產(chǎn)生較大誤差。
[0003]目前基于CCD的液體密度測(cè)量方法主要有:一、基于線陣CCD的光學(xué)折射法:該方法的實(shí)現(xiàn)原理是讓一束平行光斜入射到裝有待測(cè)溶液的矩形玻璃的一個(gè)側(cè)面，并從另一面射出，由CCD接收。出射光與入射光平行但不在同一直線上，即出射光相對(duì)于入射光有一側(cè)向位移。由于溶液折射率受密度變化影響，導(dǎo)致這一側(cè)向位移隨液體密度的改變而變化。因此，可以根據(jù)位移量測(cè)出液位。這種方法采用LED作為光源，玻璃和液體不能過(guò)厚，否則減弱光信號(hào)，且靈敏度不高，入射角的變化增加測(cè)量誤差。二、基于線陣CCD的棱鏡最小偏向角法:該方法的實(shí)現(xiàn)原理是將溶液盛入空心三棱鏡中，一束激光入射到三棱鏡上，從另一面出射的光相對(duì)于入射光有一偏向角，記錄出射光在滿足最小偏向角情況下在CCD上成像的位置。當(dāng)溶液密度發(fā)生變化時(shí)，液體折射率改變，進(jìn)而導(dǎo)致最小偏向角改變，在CCD上的成像出現(xiàn)位移。通過(guò)測(cè)量最小偏向角與密度之間的關(guān)系，用查表方式可以測(cè)出液體密度。該方法將最小偏向角與密度之間的關(guān)系近似為線性進(jìn)行擬合，且在測(cè)量偏向角時(shí)誤差較大，易受外界環(huán)境影響，靈敏度不高。三、基于線陣CCD的利用梯形棱鏡的光學(xué)折射法，該方法以激光作為光源，入射光透過(guò)液體射入梯形棱鏡的一端，在玻璃內(nèi)部經(jīng)過(guò)多次的反射之后從另一端射出，再透過(guò)液體由C⑶接收。CXD上像斑便可與液體密度建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，從像斑就可以測(cè)出液體的密度。該方法利用線陣CCD，數(shù)據(jù)采集量小，抗干擾能力相對(duì)較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于面陣CCD的適用于透明或半透明液體的密度測(cè)
量裝置。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]基于點(diǎn)光源的面陣CCD液體密度測(cè)量的測(cè)量裝置，由儲(chǔ)液箱、LED點(diǎn)光源、面陣(XD、電路單元構(gòu)成，圓形透射鏡4鑲嵌在儲(chǔ)液箱5的頂部構(gòu)成一個(gè)密閉容器，透射鏡4上方連接有柱臺(tái)形遮光罩2，儲(chǔ)液箱5內(nèi)部底面設(shè)有面陣CCD3，面陣CCD與電路單元6連接，安裝在儲(chǔ)液箱底部。
[0007]電路單元包括CXD驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)據(jù)采集與處理電路以及數(shù)據(jù)傳輸電路。
[0008]遮光罩上有小孔，儲(chǔ)液箱中裝有待測(cè)溶液，LED點(diǎn)光源I發(fā)出的光穿過(guò)遮光罩2上的小孔后再穿過(guò)透射鏡4投射到待測(cè)液體表面上。[0009]本發(fā)明的有益效果在于:
[0010]該測(cè)量裝置相對(duì)簡(jiǎn)便，易于使用，具有精度和信噪比高，受液體流動(dòng)和溫度變化影響小、可在腐蝕性等惡劣工業(yè)環(huán)境下工作等優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本專利進(jìn)一步說(shuō)明:
[0013]該發(fā)明較以往利用線陣CCD測(cè)量液體密度的發(fā)明有明顯優(yōu)勢(shì)。它不但可以實(shí)現(xiàn)液體密度的實(shí)時(shí)測(cè)量；并且由于光斑像素特征點(diǎn)眾多的特點(diǎn)，使得數(shù)據(jù)采集量的大幅增加，減小了誤差；另外，被測(cè)液體應(yīng)充滿儲(chǔ)液箱，因此可以忽略液體流動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；且具有穩(wěn)定度聞、易于補(bǔ)償、"[目噪比聞等特點(diǎn)。
[0014]本發(fā)明一種基于點(diǎn)光源的面陣CXD液體密度測(cè)量裝置包括LED點(diǎn)光源1、柱臺(tái)形遮光罩2、面陣(XD3、圓形透射鏡4、儲(chǔ)液箱5、電路單元6 (包括CXD驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)據(jù)采集與處理電路以及數(shù)據(jù)傳輸電路)。結(jié)合圖1，儲(chǔ)液箱5和圓形透射鏡4構(gòu)成一個(gè)密閉容器用于盛放待測(cè)液體。柱臺(tái)形遮光罩2位于透射鏡4上部，其下部與圓形透射鏡4吻合，其上部有一小孔。LED點(diǎn)光源I發(fā)出的光穿過(guò)遮光罩2上的小孔再穿過(guò)透射鏡4后投射到待測(cè)液體上，在待測(cè)液體的液面處折射進(jìn)入液體內(nèi)部，投射到位于儲(chǔ)液箱5底部的面陣CCD3上；電路單元6 (包括CCD驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)據(jù)采集與處理電路以及數(shù)據(jù)傳輸電路)位于儲(chǔ)液箱底部。
[0015]當(dāng)液體密度改變時(shí)，入射光折射角發(fā)生變化，則入射光在面陣(XD3上形成的光斑大小隨之變化；建立面陣(XD3上像斑大小與液體密度的對(duì)應(yīng)關(guān)系后，通過(guò)電路單元6對(duì)面陣CCD3接收到的信號(hào)進(jìn)行處理，計(jì)算出此時(shí)投射到CCD3上像斑的大小，便可以方便快速地得到被測(cè)液體的密度。
[0016]結(jié)合圖1，測(cè)量時(shí)可將儲(chǔ)液箱5側(cè)面與待測(cè)液體容器形成連通結(jié)構(gòu)，使待測(cè)液體充滿儲(chǔ)液箱5。柱臺(tái)形遮光罩2下部與圓形透射鏡4吻合，確保由LED點(diǎn)光源I發(fā)出的光可以覆蓋到整個(gè)圓形透射鏡4。柱臺(tái)形遮光罩2內(nèi)部可采用吸收光線的黑色材料，避免光線在柱臺(tái)形遮光罩2側(cè)壁發(fā)生反射而對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，同時(shí)儲(chǔ)液箱5和柱臺(tái)形遮光罩2構(gòu)成一個(gè)全黑環(huán)境，以免外部光線對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響，以提高測(cè)量精度。LED點(diǎn)光源I固定于遮光罩2上的小孔處，其發(fā)出的光線穿過(guò)透射鏡4后投射到待測(cè)液體上，在待測(cè)液體的液面處經(jīng)過(guò)折射進(jìn)入液體內(nèi)部，投射到位于儲(chǔ)液箱5底部的面陣CCD3上形成一個(gè)圓形光斑。儲(chǔ)液箱5底部嵌有一塊透明玻璃，其大小與面陣CCD3相吻合，面陣CCD3位于儲(chǔ)液箱5外部且與透明玻璃緊密相連。電路單元6 (包括CCD驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)據(jù)采集與處理電路以及數(shù)據(jù)傳輸電路)位于儲(chǔ)液箱5外部。注意，圓形透光鏡4的直徑應(yīng)確保從LED點(diǎn)光源發(fā)出的光線透過(guò)圓形透光鏡4并在待測(cè)液體表面發(fā)生折射后的像斑完全投射到(XD3的有效位置上。當(dāng)液體密度發(fā)生改變時(shí)，入射光折射角也相應(yīng)發(fā)生變化，則光線在面陣CCD3上形成的光斑大小也隨之變化，此時(shí)，電路單元通過(guò)對(duì)CCD3接收到的光信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理計(jì)算出像斑的大小。當(dāng)面陣(XD3上像斑大小與液體密度的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系建立后后，便可實(shí)時(shí)地測(cè)量到待測(cè)液體的密度。
【權(quán)利要求】
1.一種基于點(diǎn)光源的面陣CCD液體密度測(cè)量的測(cè)量裝置，由儲(chǔ)液箱、LED點(diǎn)光源、面陣CCD、電路單元構(gòu)成，其特征在于:圓形透射鏡(4)鑲嵌在儲(chǔ)液箱(5)的頂部構(gòu)成一個(gè)密閉容器，透射鏡(4)上方連接有柱臺(tái)形遮光罩(2)，儲(chǔ)液箱(5)內(nèi)部底面設(shè)有面陣CXD (3)，面陣CCD與電路單元(6)連接，安裝在儲(chǔ)液箱底部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于點(diǎn)光源的面陣CCD液體密度測(cè)量的測(cè)量裝置，其特征在于:所述的電路單元包括CCD驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)據(jù)采集與處理電路以及數(shù)據(jù)傳輸電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于點(diǎn)光源的面陣CCD液體密度測(cè)量的測(cè)量裝置，其特征在于:所述的遮光罩上有小孔，儲(chǔ)液箱中裝有待測(cè)溶液，LED點(diǎn)光源(I)發(fā)出的光穿過(guò)遮光罩(2)上的小孔后再穿過(guò)透射鏡(4)投射到待測(cè)液體表面上。
【文檔編號(hào)】G01N9/36GK103645119SQ201310692487
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】溫強(qiáng), 胡靜怡, 竇志斌, 趙夢(mèng)帥 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)