本發(fā)明屬于壓力檢測，具體涉及一種智能微壓測定系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、壓力是管道系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)之一，對微小壓力的精確測定對流程控制和產(chǎn)品質(zhì)量極為重要，微壓測定的一般途徑是先將壓力信號轉(zhuǎn)化為中間信號，再將中間信號轉(zhuǎn)化為電信號從而輸出成壓力數(shù)值。現(xiàn)有微壓傳感器通常使用硅壓阻力敏元件檢測介質(zhì)壓力變化，壓力變化使膜片產(chǎn)生微小位移，從而改變線路電阻，通過檢測這一變化，轉(zhuǎn)換輸出一個對應(yīng)于此壓力的標準信號，存在安裝受限、容易損壞、精度較低等問題，尤其是對于管路內(nèi)微小壓力變動的檢測優(yōu)化還有待進一步研究。

2、現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題：

3、在流體輸送或一些其他領(lǐng)域經(jīng)常需要使用管道來輸送流體，在管路運輸中，壓力是最重要的參數(shù)之一，要想確切測量管路內(nèi)介質(zhì)壓力，常在管路內(nèi)安裝微壓傳感器。

4、傳統(tǒng)微壓傳感器使用硅薄膜作為檢測元件，存在安裝受限、易損壞、精度低、易受干擾等問題。

5、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對比如下：

6、與專利cn103217252a_一種移動容器式高精度微壓檢測裝置的技術(shù)比對

7、cn?103217252a采用的方法：

8、專利cn103217252a提出了一種移動容器式高精度微壓檢測裝置，其采用莫爾條紋光柵尺和激光位移計實現(xiàn)壓力的精確測量。

9、在可動容器和固定容器內(nèi)液面上設(shè)有浮子，浮子與激光位移計對應(yīng)設(shè)置，以檢測液面變化；

10、通過可動容器的上下位移、固定容器及可動容器內(nèi)液面上浮子與起始位置位移計算輸入氣體的實際壓力；

11、使用光柵測量機構(gòu)將可動容器上下位移距離轉(zhuǎn)化為莫爾條紋個數(shù)的測量，使用光電器件在一個莫爾條紋內(nèi)實現(xiàn)電子細分與判向功能，得到光柵尺的移動方向和位移距離；

12、基于三角測量原理測量固定容器及可動容器內(nèi)液面上浮子與起始位置位移，在浮子頂端有聚四氟漫反射平面，將反射光投射到ccd反射器上，通過三角函數(shù)計算ccd上光點位置與浮子距離；

13、采用單片機控制步進電機實現(xiàn)壓力的產(chǎn)生與控制，可動容器與固定容器上都設(shè)置有壓力接口，可動容器接口連接大氣壓，固定容器接口連接待測壓力計及單片機控制器，控制器連接計算機系統(tǒng)，計算和顯示待測壓力與實測壓力的差值。

14、這種方法將輸入氣體的實際壓力轉(zhuǎn)化為可動容器上下和固定容器及可動容器內(nèi)液面上浮子與起始位置位移，采用條紋光柵尺和激光位移計測算位移距離，并使用單片機控制器實現(xiàn)壓力的產(chǎn)生與控制，從而長時間將壓力保持在極微量的波動范圍內(nèi)。然而，可動容器的上下位移通過手動輸入控制，難以實現(xiàn)微壓測量的自動化、連續(xù)化；使用浮子測定液面位移，如果液體密度發(fā)生變化，浮子浸入體積也會隨之變化進而影響液面高度測量準確性；同時，浮子機構(gòu)需要定期維護和校準，以確保測量精度，這會增加使用成本和維護工作量。

15、本發(fā)明的方法：

16、本發(fā)明通過u型管壓力計、高分辨率相機和圖像識別程序等軟硬件結(jié)合的方式，識別u型管兩側(cè)液柱高度差，進而精確快速地測量待測系統(tǒng)微壓，實現(xiàn)微壓測定的自動化、連續(xù)化、智能化。其方法的核心創(chuàng)新點為：

17、為了擴大測量范圍并提高測量精度，采用矩形測微尺測量u型管液面高度，其最小格值為0.1mm，大大提高了測量精度；使用圖像處理程序識別圖片像素與物理長度之間的關(guān)系，實現(xiàn)微壓測量的自動化、智能化。

18、技術(shù)優(yōu)勢對比

19、微壓測量的自動化、智能化、連續(xù)化：本發(fā)明采用圖像處理程序識別測微尺最小格值與實際物理長度之間的關(guān)系，自動、連續(xù)、快速地輸出微壓測量值，相比之下，cn103217252a采用的浮子測量方法需要等待液面穩(wěn)定，可動容器高度需要手動在控制器內(nèi)輸入，在測定的智能化、連續(xù)化、快速化方面存在限制；并且，本發(fā)明結(jié)構(gòu)與原理相對簡單明確，易于使用，方便維護，在使用和維護成本上優(yōu)于cn?103217252?a。

20、綜上所述，本發(fā)明提出的一種智能微壓測定系統(tǒng)，在快速連續(xù)微壓測定及使用和維護成本上優(yōu)于cn?103217252?a。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足而實現(xiàn)了一種通過u型管壓力計、高分辨率相機和圖像識別程序等軟硬件結(jié)合的方式，識別u型管兩側(cè)液柱高度差來達到精確快速地測量待測系統(tǒng)兩點微壓差的智能微壓測定系統(tǒng)。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

3、一種智能微壓測定系統(tǒng)，其特征在于，包括：

4、鋁型材框架，用于支撐固定整體結(jié)構(gòu)，形成整體框架；

5、u型管壓力計，所述u型管壓力計固定在鋁型材框架上，u型管壓力計連接至被測管路系統(tǒng)，應(yīng)用靜壓力學(xué)原理將壓力轉(zhuǎn)化為液柱高度并精確測量該液柱高度，實現(xiàn)間接測定被測管路系統(tǒng)中的管路微壓；

6、帶電機的絲桿滑臺，其固定在鋁型材支架上，包括步進電機和螺旋絲桿，所述步進電機的輸出軸連接螺旋絲桿，所述螺旋絲桿上裝有運動滑臺，所述運動滑臺通過步進電機控制實現(xiàn)上下運動；

7、相機模塊，包括相機支架、工業(yè)相機、相機鏡頭、環(huán)形光源、矩形測微尺以及背景板，所述運動滑臺與相機支架通過螺栓連接，所述背景板與工業(yè)相機相對固定在相機支架上，所述相機鏡頭、環(huán)形光源以及矩形測微尺依次設(shè)置在兩者之間，所述相機鏡頭安裝在工業(yè)相機上，所述環(huán)形光源和矩形測微尺分別固定在相機支架上，所述相機鏡頭穿過環(huán)形光源設(shè)置且正對于矩形測微尺，所述矩形測微尺在相機鏡頭視野中的相對位置固定，所述工業(yè)相機在預(yù)設(shè)位置將液柱液面、標度尺及矩形測微尺圖像放大并傳輸給圖像識別系統(tǒng)；

8、圖像識別系統(tǒng)，用于分析并識別圖片像素，所述工業(yè)相機與圖像識別系統(tǒng)連接并接收其傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)，通過矩形測微尺上的刻度標定像素和實際長度之間的對應(yīng)關(guān)系，并應(yīng)用此關(guān)系分析液柱液面高度與u型管壓力計標度尺刻度之間的高度差距，識別兩側(cè)液柱高度差，從而測量管道內(nèi)微小壓差。

9、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述u型管壓力計包括u型管，所述u型管上標定有刻度，所述u型管的兩端分別設(shè)有連接口，兩端連接口分別連接至被測管路系統(tǒng)，管路一側(cè)的壓力為：

10、p＝ρgh?(1)

11、式中h為u型管內(nèi)一側(cè)液柱高度，ρ為工作液密度，g為重力加速度。

12、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述u型管內(nèi)設(shè)置有工作液，所述工作液為水、酒精或水銀中的一種，所述u型管內(nèi)工作液與被測管路系統(tǒng)內(nèi)部流體不互溶，且物性穩(wěn)定、密度已知，在測定被測管路系統(tǒng)微壓差時，所述u型管的兩端均連接被測管路系統(tǒng)，應(yīng)用公式(1)兩側(cè)液柱高度差δh對應(yīng)的壓差即為被測管路系統(tǒng)的微壓差。

13、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述螺旋絲桿通過聯(lián)軸器與步進電機的輸出軸連接，所述步進電機配備有電源及控制器，通過控制步進電機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向、旋轉(zhuǎn)步數(shù)以及旋轉(zhuǎn)速度，改變運動滑臺在螺旋絲桿上的位置，從而改變相機模塊的位置，使其能夠?qū)型管液面、刻度尺及矩形測微尺同時納入視野之內(nèi)。

14、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述螺旋絲桿上下部分別安裝有限位開關(guān)，所述限位開關(guān)連接至控制器，當運動滑臺運動至預(yù)設(shè)位置時，所述限位開關(guān)檢測到信號并傳輸給控制器，所述控制器關(guān)停步進電機，所述運動滑臺停止運動。

15、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述工業(yè)相機通過hdmi連接圖像識別系統(tǒng)，所述相機鏡頭為可變焦鏡頭，所述相機鏡頭與u型管壓力計標度尺之間的水平距離為7-9cm。

16、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述環(huán)形光源和矩形測微尺均通過一夾具固定在相機支架上，所述矩形測微尺緊貼u型管壓力計刻度尺放置。

17、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述矩形測微尺的最小格值為0.1mm，通過標定圖片中最小格值對應(yīng)的像素，獲取物理高度和圖片像素間的關(guān)系，應(yīng)用此關(guān)系即可換算出液柱高度對應(yīng)的的壓力。

18、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案：所述圖像識別系統(tǒng)包括標定機構(gòu)、調(diào)節(jié)機構(gòu)、識別機構(gòu)、輸出機構(gòu)以及判斷機構(gòu)，所述標定機構(gòu)用于標定所接收圖像的像素，x個像素等于0.01mm，所述調(diào)節(jié)機構(gòu)用于調(diào)節(jié)高度，調(diào)節(jié)運動速度、方向，所述識別機構(gòu)包括標度尺識別機構(gòu)和液面識別機構(gòu)，所述標度尺識別機構(gòu)用于識別標度尺高度，輸出標度尺高度h，所述液面識別機機構(gòu)用于識別液面最低點與標度尺高度差對應(yīng)像素并轉(zhuǎn)換為高度h，所述輸出機構(gòu)用于輸出液面高度，液面高度h1＝h+h，所述判斷機構(gòu)用于判斷是否測量兩側(cè)液面高度，若是，則直接輸出壓力值，p＝ρ*g*δh，，式中h為u型管內(nèi)一側(cè)液柱高度，ρ為測量液密度，g為重力加速度常數(shù)，△h＝h1-h2，若否，則通過調(diào)節(jié)機構(gòu)，重新調(diào)節(jié)高度、運動速度、方向。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

20、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、讀取方便、數(shù)據(jù)可靠。

21、使用矩形測微尺取代刻度尺讀數(shù)，極大提高測量精度，降低系統(tǒng)誤差和示值誤差，從而更精確地測量被測管路系統(tǒng)兩點微壓差。

22、在螺旋絲桿頂部安裝有步進電機，從而將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為相機模塊及矩形測微尺的軸向線性運動，使用控制器控制步進電機旋轉(zhuǎn)方向和速度，從而控制相機模塊及矩形測微尺的位置，進而保證液面位置始終處于相機鏡頭視野內(nèi)。

23、使用圖像識別系統(tǒng)識別像素與測微尺最小刻度之間的對應(yīng)關(guān)系，應(yīng)用此關(guān)系間接測量液柱高度，實現(xiàn)微壓測量的自動化、精確化。