本發(fā)明屬于氣體，液體的流動速度測量技術領域，既可應用于管道內(nèi)流體速度的測量，也可應用于開放式區(qū)域的流體速度測量，尤其涉及一種基于光學鼠標傳感器的流體速度測量裝置及方法。

背景技術：

流體速度測量如氣體速度測量和液體速度測量在工業(yè)上有著非常重要的意義。因此針對流體速度測量的方法也為數(shù)眾多。如利用運動流體使壓電傳感器產(chǎn)生變形從而輸出電壓信號而測量流體速度的靶式流體速度傳感器（專利號CN1760677A）；又如利用CT成像方法來確定流體速度的方法（專利號CN105919616A）；亦有使用超聲波傳感器陣列來測量管道內(nèi)流體速度的方法（專利號CN1774617A）；發(fā)明專利CN105807090A利用光干涉技術測量球-盤近壁面的流體速度；實用新型專利CN204129065U公開了一種渾濁流體監(jiān)測裝置，能夠在渾濁水體等惡劣環(huán)境下實時監(jiān)測流體信息；發(fā)明專利CN101598581B公開了一種基于分布式光纖濕度傳感技術的流速測量系統(tǒng)及方法，可實現(xiàn)大體積流體不同位置流速的測量；發(fā)明專利CN105548606A公開了一種基于MEMS的柔性流速傳感器，可安裝于管道表面用于測量表面流體速度。以上發(fā)明都存在成本高，體積大，結構復雜等特點。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于光學鼠標傳感器的流體速度測量裝置，旨在解決上述的技術問題。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于光學鼠標傳感器的流體速度測量裝置，所述流體速度測量裝置包括控制電路、光學鼠標傳感器芯片、光學鏡片、線激光器、激光器支架及密封擋板，所述光學鼠標傳感器芯片設于所述控制電路的一端，所述激光器支架設于所述控制電路的另一端，所述密封擋板設于所述激光器支架上，所述線激光器設于所述密封擋板上，所述光學鏡片設于所述密封擋板上，所述光學鏡片透過所述密封擋板與所述光學鼠標傳感器芯片對應，所述控制電路板，用于接收光學鼠標傳感器芯片采集的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分析計算，在單位時間內(nèi)的位移量從而獲得待測流體的速度。

本發(fā)明的進一步技術方案是：所述光學鼠標傳感器芯片的光學接收主軸線與所述光學鏡頭的光學軸線同軸。

本發(fā)明的進一步技術方案是：所述光學鼠標傳感器芯片的光學接收主軸線與所述線激光器的法向方向垂直相交。

本發(fā)明的進一步技術方案是：所述光學鼠標傳感器芯片的光學接收主軸線和所述光學鏡頭的光學軸線與所述線激光器的照射平面垂直。

本發(fā)明的進一步技術方案是：所述光學鼠標傳感器芯片和所述光學鏡頭的所在平面與所述線激光器的照射平面平行，并且相隔一定距離。

本發(fā)明的進一步技術方案是：所述光學鼠標傳感器芯片和所述光學鏡頭所在平面的距離為光學鏡頭的焦距。

本發(fā)明的進一步技術方案是：所述線激光器的法向方向與待測流體的流動方向垂直。

本發(fā)明的進一步技術方案是：所述控制電路包括處理器MCU、激光器開關模塊及供電模塊，所述處理器MCU的輸出端連接所述激光器開關模塊的輸入端，所述激光器開關模塊的輸出端連接所述線激光器的控制端，所述處理器MCU的輸入端連接光學鼠標傳感器芯片的信號輸出端，所述供電模塊電性連接所述處理器MCU、激光器開關模塊、線激光器及光學鼠標傳感器芯片。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于所述流體速度測量裝置的流體速度測量方法，所述流體速度測量方法包括以下步驟：

A、在開始測量之前系統(tǒng)先對光學鼠標傳感器芯片進行初始化處理；

B、控制電路記錄系統(tǒng)時間t1并對光學鼠標傳感器芯片發(fā)送清零指令；

C、數(shù)據(jù)讀取周期內(nèi)進行延時等待并直至延時結束；

D、再次讀取系統(tǒng)時間t2并讀取測量到的顆粒位移結果d；

E、通過測量的位移除以時間計算得到流體的速度，其公式為：v=d/(t2-t1)；在分析計算得到速度V時，則完成一個測量周期；在分析計算未得到速度V時，則返回步驟B中。

本發(fā)明的有益效果是：采用光學鼠標傳感器芯片作為核心單元，使得本裝置的成本大大降低，并且，由于半導體產(chǎn)業(yè)的成熟，使得本方法的可靠性大大提高，由于光學鼠標傳感器芯片內(nèi)置了圖像處理算法，也使得本方法的應用難度大大降低。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的基于光學鼠標傳感器的流體速度測量裝置系統(tǒng)框圖。

圖2是本發(fā)明實施例提供的流體速度測量方法的流程圖。

圖3是本發(fā)明實施例提供的流體速度測量裝置安裝在管道內(nèi)測量管道內(nèi)流體速度的結構示意圖。

圖4是本發(fā)明實施例提供的流體速度測量裝置的三維結構和待測流體流動方向的示意圖。

圖5是本發(fā)明實施例提供的流體速度測量裝置結構主視圖。

圖6是本發(fā)明實施例提供流體速度測量裝置的結構側視圖。

圖7是本發(fā)明實施例提供流體速度測量裝置的結構底視圖。

圖8是本發(fā)明實施例提供的利用光學鼠標傳感器芯片作為測量傳感器的測量實例所得的圖像數(shù)據(jù)。

具體實施方式

附圖標記：1-測量管道內(nèi)流體速度時的管道，2-流體速度測量裝置，3-為光學鼠標傳感器芯片，4-光學鏡頭，5-線激光器，6-激光器支架，7-密封擋板，8-控制電路，9-測量平面。

圖1示出了本發(fā)明提供的基于光學鼠標傳感器的流體速度測量裝置, 所述流體速度測量裝置包括控制電路8、光學鼠標傳感器芯片3、光學鏡片4、線激光器5、激光器支架6及密封擋板7，所述光學鼠標傳感器芯片3設于所述控制電路8的一端，所述激光器支架6設于所述控制電路8的另一端，所述密封擋板7設于所述激光器支架6上，所述線激光器5設于所述密封擋板7上，所述光學鏡片4設于所述密封擋板7上，所述光學鏡頭4透過所述密封擋板7與所述光學鼠標傳感器芯片3對應，所述控制電路8，用于接收光學鼠標傳感器芯片采集的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分析計算，在單位時間內(nèi)的位移量從而獲得待測流體的速度。

由光學鼠標傳感器芯片3，光學鏡頭4，線激光器5，激光器支架6，密封擋板7，控制電路8構成。發(fā)明該方法和裝置的目的是克服現(xiàn)有方法的不足，提供一種結構簡單，低成本，通用性強的流體速度測量方法和裝置。該方法和裝置可以應用在氣體和液體的速度測量，同時可以應用于封閉管道內(nèi)的流體速度測量，也可以應用于開放式流體的速度測量。該方法和裝置利用光學鼠標傳感器芯片作為傳感器單元，工作可靠成本低。該方法和裝置利用線激光器作為光源，對待測流體進行照射時可以產(chǎn)生位于待測流體內(nèi)的測量平面，平面內(nèi)的微細顆粒被照亮后通過漫反射，經(jīng)過光學鏡頭進入光學鼠標傳感器芯片，從而測量微細顆粒的位移，再通過控制電路進行計算，計算出單位時間內(nèi)的位移量，從而得到待測流體的速度。通過采用光學鼠標傳感器芯片作為本發(fā)明的核心單元，使得本方法和裝置的成本大大降低，并且，由于 半導體產(chǎn)業(yè)的成熟，使得本方法的可靠性大大提高，由于光學鼠標傳感器芯片內(nèi)置了圖像處理算法，既可以測量氣體的速度也可以測量液體的速度。既可以應用于封裝管道的流體速度測量，也可以應用于開放式的流體速度測量。利用線激光器作為光源，穩(wěn)定性好，分辨能力強，線激光器5可由控制電路控制測量時才打開，以降低系統(tǒng)功耗。測量平面可以通過光學鏡頭的設計進行選擇與傳感器的距離，適應性強。

所述光學鼠標傳感器芯片3的光學接收主軸線與所述光學鏡頭4的光學軸線同軸。

所述光學鼠標傳感器芯片3的光學接收主軸線與所述線激光器5的法向方向垂直相交。

所述光學鼠標傳感器芯片3的光學接收主軸線和所述光學鏡頭5的光學軸線與所述線激光器的照射平面垂直。

所述光學鼠標傳感器芯片3和所述光學鏡頭5的所在平面與所述線激光器的5照射平面平行，并且相隔一定距離。

所述光學鼠標傳感器芯片3和所述光學鏡頭5所在平面的距離為光學鏡頭5的焦距。

所述線激光器的法向方向與待測流體的流動方向垂直。

所述控制電路包括處理器MCU、激光器開關模塊及供電模塊，所述處理器MCU的輸出端連接所述激光器開關模塊的輸入端，所述激光器開關模塊的輸出端連接所述線激光器的控制端，所述處理器MCU的輸入端連接光學鼠標傳感器芯片的信號輸出端，所述供電模塊電性連接所述處理器MCU、激光器開關模塊、線激光器及光學鼠標傳感器芯片

本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于所述流體速度測量裝置的流體速度測量方法，所述流體速度測量方法包括以下步驟：

A、在開始測量之前系統(tǒng)先對光學鼠標傳感器芯片進行初始化處理；

B、控制電路記錄系統(tǒng)時間t1并對光學鼠標傳感器芯片發(fā)送清零指令；

C、數(shù)據(jù)讀取周期內(nèi)進行延時等待并直至延時結束；

D、再次讀取系統(tǒng)時間t2并讀取測量到的顆粒位移結果d；

E、通過測量的位移除以時間計算得到流體的速度，其公式為：v=d/(t2-t1)；在分析計算得到速度V時，則完成一個測量周期；在分析計算未得到速度V時，則返回步驟B中。

如圖1所示，為本實施方式的系統(tǒng)框圖，其中測量系統(tǒng)主要包括控制電路8，光學鼠標傳感器芯片3，光學鏡頭4和線激光器5，而測量對象可以是管道或開放空間的待測流體。控制電路8可以控制線激光器5的開關，測量時才打開激光器，不測量時則關閉以降低系統(tǒng)功耗?？刂齐娐?同時負責光學鼠標傳感器芯片3的控制與數(shù)據(jù)讀取。線激光器5照射待測流體，然后激光通過散射，經(jīng)過光學鏡頭4投影在光學鼠標傳感器芯片3上進行測量系統(tǒng)。

如圖2所示，為本實施方式的系統(tǒng)流程圖，此過程主要由控制電路8對光學鼠標傳感器芯片3發(fā)送命令實現(xiàn)。測量開始前系統(tǒng)先對光學鼠標傳感器芯片3進行初始化，然后控制電路8記錄系統(tǒng)時間t1并對光學鼠標傳感器芯片3發(fā)送清零命令，之后系統(tǒng)延時等等一個測量周期，等等延時完成 后，便再次讀取系統(tǒng)時間t2并讀取測量的位移結果d，通過測量的位移除以時間以得到流體的速度，即是v=d/(t2-t1)，以完成一個測量周期。，激光器支架6，密封擋板7，控制電路（8）構成的三維空間示意圖。光學鼠標傳感器芯片3安裝在控制電路8上，而光學鏡頭4和線激光器5安裝在密封擋板7上，并且光學鼠標傳感器芯片4的光學軸線同軸，并與線激光器5的法向方向垂直相交，如此則可以得到最優(yōu)的成像效果。待測流體的流動方向與線激光器5的法向方向垂直，如此可以減小突出的激光器對流體流動的影響。

如圖6所示，為本實施方式的側視圖。光學鼠標傳感器芯片3和光學鏡頭4在所在平面應該與線激光器5的照射平面平行，并且相隔一定距離，光學鼠標傳感器芯片3和光學鏡頭4所在平面的距離應該為光學鏡頭4的焦距，而光學鏡頭4所在平面與線激光器5的照射平面的距離則為所設計的待測流體的空間位置。

如圖8所示，為本實施方式的一個測量實例。圖中顯示為光學鼠標傳感器芯片3的測量結果，此數(shù)據(jù)通過控制電路8讀出，為一個18×18的矩陣。此測量實例采用的光學鼠標傳感器芯片3型號為MCS-12085，其幀數(shù)刷新率為1500 fps，最大測量速度為12 ips，可以達到400 cpi的分辨率。若采用ADNS-3080型號芯片，則幀數(shù)刷新率更可達為6469 fps，最大測量速度為40 ips，分辨率可達1600 cpi。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。