基于ccd的油水界面位置測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)測量領(lǐng)域，涉及一種油水界面位置測量方法，特別是基于CXD的油水界面位置測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]液體界面檢測，特別是油水界面檢測，在石油化工、化學(xué)化工、污水處理等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)有的檢測方法借助電子、超聲波、光纖傳感等技術(shù)實現(xiàn)了多種方式的油水界面測量，在測量精確度以及測量的時效性等方面較傳統(tǒng)方法都有了長足進(jìn)步，但它們?nèi)杂懈髯缘牟蛔?。電容式油水界面檢測方法在金屬容器中插入金屬管作為電極，金屬容器與金屬管加上中間的液體構(gòu)成一個電容器，但容器內(nèi)的濕度較高時會對金屬管造成腐蝕，長時間使用會影響測量精度。超聲波式油水界面檢測方法，利用聲波在不同介質(zhì)中傳播速度的不同，測量超聲波探頭接收超聲反射信號所需的時間差，即可計算出油水界面位置，但是當(dāng)液體含有較多雜質(zhì)時會給測量帶入較大誤差。另外，現(xiàn)有方法只能測量液體界面的等效位置，得不到精確的結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有油水界面位置測量方法的不足，提供一種基于CCD的油水界面位置測量方法，特別是通過線陣CCD探測到的光強(qiáng)數(shù)據(jù)判斷油水界面的位置的方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
基于CCD的油水界面位置測量方法，包括以下步驟:
第I步:將LED燈組、線陣CXD裝入密封管中，插入液體中合適位置；
第2步:給LED燈組、線陣CXD通電，線陣CXD接收LED燈經(jīng)過液體的透射光；
第3步:線陣CXD將光強(qiáng)數(shù)據(jù)發(fā)送至計算機(jī)；
第4步:計算機(jī)對光強(qiáng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷油水界面的位置。
[0005]步驟I所述密封管是玻璃材質(zhì)，透光性好，垂直于液面放置；LED燈組和線陣CXD分別裝于兩個密封管中，兩個密封管通過剛性連接件連接在一起，保證LED燈組和線陣CCD之間距離不變。步驟I所述合適位置為油水界面及油/空氣界面都在線陣CCD有效測量區(qū)域，即油層厚度不超過LED燈組高度和線陣CCD有效測量高度。步驟I所述線陣CCD有3648個像元，像元序號I高度最低，3648像元高度最高。
[0006]步驟2所述透射光，由LED燈組發(fā)出，經(jīng)過油層或水層，因為油、水透光性的差異，使透射光光強(qiáng)不同。
[0007]步驟4所述油水界面位置判斷有以下3個步驟:
a、求出光強(qiáng)值最小的點(diǎn)；
b、確定光強(qiáng)最小值點(diǎn)所處的波谷范圍；
C、在波谷范圍內(nèi)確定油水界面及油/空氣界面位置。
[0008]所述步驟b從光強(qiáng)最小值點(diǎn)出發(fā)，找出附近像元中兩個光強(qiáng)極大值點(diǎn)，其中一個像元序號大于光強(qiáng)最小點(diǎn)的像元序號，且與光強(qiáng)最小值點(diǎn)像元序號差值最小，另一個像元序號小于光強(qiáng)最小值點(diǎn)的像元序號，且與光強(qiáng)最小值點(diǎn)的像元序號差值最小。兩個光強(qiáng)極大值點(diǎn)之間的范圍即為波谷范圍，包括了光強(qiáng)最小值點(diǎn)。將像元序號小于光強(qiáng)最小值點(diǎn)像元序號的波谷區(qū)域設(shè)為波谷左側(cè)區(qū)域，像元序號大于光強(qiáng)最小值點(diǎn)像元序號的波谷區(qū)域設(shè)為波谷右側(cè)區(qū)域。
[0009]所述步驟c在波谷左、右側(cè)區(qū)域分別找出油水、油/空氣界面的位置。由于不同介質(zhì)透光性差異，導(dǎo)致光強(qiáng)劇烈變化，因此波谷左、右側(cè)光強(qiáng)變化最大的點(diǎn)即為油水、油/空氣界面。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，適合于油水界面位置檢測，特別是油層厚度不斷發(fā)生變化場合的油水界面檢測。使用計算機(jī)通過油水界面位置測量方法判斷油層界面位置，測量過程無需人工讀數(shù)。使用隔離管將測量裝置與液體分開，適用于易燃易爆等危險場合的測量。
[0011]
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明工作流程框圖。
[0013]圖2是線陣C⑶采集到的光強(qiáng)曲線實例，橫坐標(biāo)為線陣C⑶像元位置，縱坐標(biāo)為歸一化光強(qiáng)值。
[0014]圖中:1、波谷左側(cè)極大值點(diǎn)；2、油水界面位置；3、光強(qiáng)最小值點(diǎn)；4、油/空氣界面位置；5、波谷右側(cè)極大值點(diǎn)。
[0015]圖3是油水界面位置判斷方法流程圖。
[0016]
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)詳細(xì)描述。一種基于CCD的油水界面位置測量方法，包括以下步驟:
第I步:將LED燈組、線陣CXD裝入密封管中，插入液體中合適位置；
第2步:給LED燈組、線陣CXD通電，線陣CXD接收LED燈經(jīng)過液體的透射光；
第3步:線陣CXD將光強(qiáng)數(shù)據(jù)發(fā)送至計算機(jī)；
第4步:計算機(jī)對光強(qiáng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷油水界面的位置。
[0018]本發(fā)明工作流程如圖1所示，LED燈組發(fā)出散射光，經(jīng)過被測物(油層和水層)，線陣CCD接收到不同液位高度的透射光，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號傳輸至計算機(jī)，計算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷油水界面的位置及油層厚度。
[0019]步驟4所述計算機(jī)分析、判斷方法分為以下3個步驟:
a、求出光強(qiáng)值最小的點(diǎn)；
b、確定光強(qiáng)最小值點(diǎn)所處的波谷范圍；
C、在波谷范圍內(nèi)確定油水界面及油/空氣界面位置。
[0020]如圖2中光強(qiáng)曲線實例，現(xiàn)將計算機(jī)分析、判斷方法詳述如下:
規(guī)定線陣CCD放置方向為垂直液面放置，即像元序號O高度最低，沿與液面垂直方向向上像元位置增大，本實例中光強(qiáng)最小值點(diǎn)3位置為1658，以此點(diǎn)為基準(zhǔn)，向曲線左側(cè)尋找光強(qiáng)極大值點(diǎn)1，然后在最低點(diǎn)3和極大值點(diǎn)I之間尋找油水界面的位置2 ;設(shè)CCD某點(diǎn)像元序號為A，(A-1)點(diǎn)為像元序號比A小1，則A點(diǎn)光強(qiáng)變化值:
A點(diǎn)光強(qiáng)變化值=A點(diǎn)光強(qiáng)值-(A-1)點(diǎn)光強(qiáng)值
比較光強(qiáng)極大值點(diǎn)I和光強(qiáng)最小值點(diǎn)3之間區(qū)域內(nèi)所有點(diǎn)的光強(qiáng)變化值，光強(qiáng)變化值最大的點(diǎn)即為油水界面位置2 ;以同樣的過程確定油/空氣界面的位置4，則即可求出油層的厚度；則油層厚度為:
油層厚度值=(點(diǎn)4像元序號-點(diǎn)2像元序號)/像元總數(shù)*CCD實際物理長度本實例中像元總數(shù)為3648個，CXD實際物理長度為29.78mm，點(diǎn)2像元序號為1386，點(diǎn)4像元序號為2248，則油層厚度值為:7.04mm ；以CXD像元最高點(diǎn)，即3648點(diǎn)為基準(zhǔn)，高于基準(zhǔn)點(diǎn)為正，則油/空氣界面位置為-11.43mm，油水界面位置為-18.47mm。
【主權(quán)項】
1.一種基于CCD的油層界面位置測量方法，其特征在于該方法的步驟包括: 第I步:將LED燈組、線陣CXD裝入密封管中，插入液體中合適位置； 第2步:給LED燈組、線陣CXD通電，線陣CXD接收LED燈經(jīng)過液體的透射光； 第3步:線陣CXD將光強(qiáng)數(shù)據(jù)發(fā)送至計算機(jī)； 第4步:計算機(jī)對光強(qiáng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷油水界面的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于LED燈組和線陣CCD處于密封管中，密封管為玻璃材質(zhì)，透光性好，測量裝置與液體隔絕。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于第4步所述油水界面位置由以下步驟得出: a、求出光強(qiáng)值最小的點(diǎn)； b、確定光強(qiáng)最小值點(diǎn)所處的波谷范圍； C、在波谷范圍內(nèi)確定油水界面及油/空氣界面位置。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于CCD的油水界面位置測量方法，屬于工業(yè)測量領(lǐng)域，特別是油水界面位置測量。該方法步驟包括：第1步：將LED燈組、線陣CCD裝入密封管中，插入液體中合適位置；第2步：給LED燈組、線陣CCD通電，線陣CCD接收LED燈經(jīng)過液體的透射光；第3步：線陣CCD將光強(qiáng)數(shù)據(jù)發(fā)送至計算機(jī)；第4步：計算機(jī)對光強(qiáng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷油水界面的位置。步驟4分析、判斷油水界面位置又分為以下步驟：a、求出光強(qiáng)值最小的點(diǎn)；b、確定光強(qiáng)最小值點(diǎn)所處的波谷范圍；c、在波谷范圍內(nèi)確定油水界面及油/空氣界面位置。本方法具有測量精度高，處理速度快等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01F23-292
【公開號】CN104614046
【申請?zhí)枴緾N201510070196
【發(fā)明人】孫杰, 李岳峰, 任皓, 吳海強(qiáng), 鄭龍洋
【申請人】天津理工大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月11日