基于激光测距的液位计的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于激光测距的液位计。本发明中的倾角调节仪与支架连接；所述气泡水平仪和外壳固定在倾角调节仪上，外壳和倾角调节仪所围合的空间内设置有激光测距仪、数字电子水平仪、微处理器模块、时钟及数据储存模块、红外遥控模块和电源模块；所述电子显示模块固定在外壳上。所述的数字电子水平仪用于保证入射激光光束与被测液面垂直。本发明使用数字电子水平仪，可使激光测距仪发出的激光光束与被测液面保持高精度的垂直度，能有效、精确的测量液面高度。
【专利说明】基于激光测距的液位计
【技术领域】
[0001]本发明属于光电【技术领域】，涉及一种基于激光测距的液位计。
【背景技术】
[0002]目前国内外常见的液位测量系统可分为接触型和非接触型两种。接触型的如人工检尺、浮子式等，非接触型的有雷达式、超声波式和激光式等。与传统的浮子式，人工检尺法相比，雷达式、超声波式和激光式在技术含量和测量精度上都有着相当的优势，但由于价格和使用环境的限制，雷达式、超声波式和激光式的液位计在国内无法得到大规模地使用。国内目前使用最为广泛的液位计是人工检尺和浮子式的液位计，人工检尺对工人的操作要求较高，且在环境恶劣时，存在严重的安全隐患。
[0003]激光测量技术主要是利用激光测距，激光测距是光波测距中的一种测距方式，光以速度C在空气中传播，在A、B两点间往返一次所需时间为T，则A、B两点间距离D可用下列表示:D=CT/2。式中:D- A、B两点间距离；C-光在大气中传播的速度；T-光往返A、B-次所需的时间。由上式可知，要测量A、B距离实际上是要测量光传播的时间T。
[0004]在利用激光测距法测量时，安装有激光光束调整装置。传统激光光束调整装置为在激光测距机上安装一个气泡水平仪，通过调节对抗螺钉来微调激光入射角，由安置在激光器顶部的水平仪来判断激光光束是否与被测液面垂直。这种光束调整装置的精确度存在较大误差，并不能够保证激光测距仪出射激光与被测液面保持高精度的垂直，同时，当激光光束以某一微小的入射角射入待测液面，测量距离的增大会导致更大的误差。
【发明内容】
[0005]针对以上问题，本发明提出一种使激光光束与被测液面保持高精度的垂直度，同时误差较小的激光液位计装置。
[0006]本发明采用以下技术方案。
[0007]本发明包括激光测距仪、数字电子水平仪、微处理器模块、时钟及数据储存模块、电子显示模块、红外遥控模块、电源模块、倾角调节仪、气泡水平仪、支架和外壳。
[0008]所述倾角调节仪与支架连接；所述气泡水平仪和外壳固定在倾角调节仪上，外壳和倾角调节仪所围合的空间内设置有激光测距仪、数字电子水平仪、微处理器模块、时钟及数据储存模块、红外遥控模块和电源模块；所述电子显示模块固定在外壳上。
[0009]其中所述激光测距仪、数字电子水平仪、红外遥控模块、时钟及数据储存模块、电子显示模块与微处理器模块信号相连。
[0010]所述激光测距仪、数字电子水平仪、微处理器模块、时钟及数据储存模块、电子显示模块和红外遥控模块由电源模块供电。
[0011]所述的数字电子水平仪用于保证入射激光光束与被测液面垂直。
[0012]本发明与现有技术相比有益效果及优点:
I)相较与传统激光光束调整装置，本发明使用数字电子水平仪，可使激光测距仪发出的激光光束与被测液面保持高精度的垂直度，能有效、精确的测量液面高度。
[0013]2)检测精度高:液位测量精度达到1.5mm量级。检测速度快，可实现数据的实时采集和存储。
[0014]3)相比于人工检尺，本发明避免了与被测液体的直接接触，不会影响罐体的内部环境，实现远距离测量。
[0015]4)本发明适用范围广泛，可用于多种液体液位的测量。
[0016]5)本发明具有精度高、结构简单、便携性强、低功耗、成本低等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明结构示意图；
图2为本发明电路框图；
图3为本发明工作流程示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0019]如图1和图2所示，本发明所述的是一种基于激光测距的液位计，包括激光测距仪、数字电子水平仪、微处理器模块、时钟及数据储存模块、电子显示模块1、红外遥控模块、电源模块、倾角调节仪6、气泡水平仪5、支架4和外壳2。
[0020]所述倾角调节仪与支架连接；所述气泡水平仪和外壳固定在倾角调节仪上，外壳和倾角调节仪所围合的空间内设置有激光测距仪、数字电子水平仪、微处理器模块、时钟及数据储存模块、红外遥控模块和电源模块；所述电子显示模块固定在外壳上。
[0021]其中所述激光测距仪、数字电子水平仪、红外遥控模块、时钟及数据储存模块、电子显示模块与微处理器模块信号相连。
[0022]所述激光测距仪、数字电子水平仪、微处理器模块、时钟及数据储存模块、电子显示模块和红外遥控模块由电源模块供电。
[0023]其中数字电子水平仪使用了 Analog Devices (简称ADI)公司的3D-MEMS技术，同时配合有修正软件及ASIC处理电路，是一款高分辨率、高精度、大量程、低功耗的数字倾角传感器。双轴测量，可检测X轴、Y轴的倾角变化，每个轴的测量范围都为±90度，分辨率〈0.004度(单轴测量，在±25度范围内)。内置温度传感器(内部用于温度补偿)，可通过串口读取温度采样数据。功耗非常低，工作电流仅1mA，适合电池供电的应用。全部采用工业器件性能稳定、可靠，采用电子胶灌封，防潮、防静电、防辐射。数字电子水平仪具有体积小、重量轻、易于集成、性价比高等优点。
[0024]在被测液面处于静止时，其反射面是光滑的，会发生镜面反射。当激光测距仪所发出的激光射到待测液面时，其反射光是平行的。传统激光光束调整装置的精确度存在较大误差，并不能够保证激光测距仪出射激光与被测液面保持高精度的垂直，当激光光束以某一微小的入射角射入待测液面，测量距离的增大会导致更大的误差。本发明采用上述数字电子水平仪，合理运用光学原理，使入射激光光束与被测液面保持较高的垂直精度，达到精确测量液位的目的。
[0025]微处理器模块采用了意法半导体公司的STM32F103系列单片机。STM32F103系列单片机具有ARM32位Cortex-M3 CPU，最高工作频率72MHz，1.25DMIPS/MHz。片上集成32-512KB的Flash存储器。6-64KB的SRAM存储器。2.0-3.6V的电源供电和I/O接口的驱动电压。具有3种低功耗模式:休眠，停止，待机模式。具有12通道DMA控制器，2个12位的us级的A/D转换器，2通道12位D/A转换器，最多高达112个的快速I/O端口，最多多达11个定时器。STM32F103系列单片机集成丰富的接口，具有2个IIC接口(SMBus/PMBus)，5 个 USART 接口，3 个 SPI 接口(18 Mbit/s), CAN 接口(2.0B)，USB 2.0 全速接口，SD1 接口。极大的简化了系统设计的复杂度。
[0026]操作红外遥控模块可对数字电子水平仪的X轴、Y轴的调零操作，标定水平位置面，校准后进行测量。操作红外遥控模块，可对激光测距仪进行调零操作，标定零位，校准后进行测量。
[0027]如图3所示，本发明的工作过程:操作支架将液位计固定在待测液位上方。调节倾角调节仪上的旋钮3，使气泡水平仪中的气泡大致处于中心位置，对装置的水平位置进行粗调。操作红外遥控模块，调用数字电子水平仪，依据电子显示模块上显示的XY轴角度，调节倾角调节仪，使得XY角度都接近O度。操作红外遥控模块，调用激光测距仪，可选择单次测量和连续测量状态，待测量结束，电子显示模块会显示液位测量结果数据(支架固定安装的高度减去激光测距的高度即为被测液位高度)。操作红外遥控模块，可保存当前液位测量数据及测量时间，以便查询。
[0028]本发明装置实现了对液位的非接触测量，依据数字电子水平仪的高精度数字倾角传感器，使激光测距仪发出的激光光束与被测液面保持高精度的垂直度，能有效、精确的测量液面高度，液位测量精度达到1.5mm量级。
[0029]以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，在不脱离本发明构思的前提下，可以做出若干改进和润饰等，均应包含在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.基于激光测距的液位计，包括激光测距仪、数字电子水平仪、微处理器模块、时钟及数据储存模块、电子显示模块、红外遥控模块、电源模块、倾角调节仪、气泡水平仪、支架和外壳，其特征在于: 所述倾角调节仪与支架连接；所述气泡水平仪和外壳固定在倾角调节仪上，外壳和倾角调节仪所围合的空间内设置有激光测距仪、数字电子水平仪、微处理器模块、时钟及数据储存模块、红外遥控模块和电源模块；所述电子显示模块固定在外壳上； 其中所述激光测距仪、数字电子水平仪、红外遥控模块、时钟及数据储存模块、电子显不模块与微处理器模块信号相连； 所述激光测距仪、数字电子水平仪、微处理器模块、时钟及数据储存模块、电子显示模块和红外遥控模块由电源模块供电； 所述的数字电子水平仪用于保证入射激光光束与被测液面垂直。
【文档编号】G01F23/00GK104390673SQ201410603107
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】胡淼, 许伟忠, 韦勉, 庄正, 张瑜, 吴端法 申请人:杭州电子科技大学