基于ccd的油水界面位置测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于工业测量领域，涉及一种油水界面位置测量方法，特别是基于CXD的油水界面位置测量方法。
【背景技术】
[0002]液体界面检测，特别是油水界面检测，在石油化工、化学化工、污水处理等领域有着广泛的应用。现有的检测方法借助电子、超声波、光纤传感等技术实现了多种方式的油水界面测量，在测量精确度以及测量的时效性等方面较传统方法都有了长足进步，但它们仍有各自的不足。电容式油水界面检测方法在金属容器中插入金属管作为电极，金属容器与金属管加上中间的液体构成一个电容器，但容器内的湿度较高时会对金属管造成腐蚀，长时间使用会影响测量精度。超声波式油水界面检测方法，利用声波在不同介质中传播速度的不同，测量超声波探头接收超声反射信号所需的时间差，即可计算出油水界面位置，但是当液体含有较多杂质时会给测量带入较大误差。另外，现有方法只能测量液体界面的等效位置，得不到精确的结果。
【发明内容】
[0003]本发明目的是克服现有油水界面位置测量方法的不足，提供一种基于CCD的油水界面位置测量方法，特别是通过线阵CCD探测到的光强数据判断油水界面的位置的方法。
[0004]本发明的技术方案是:
基于CCD的油水界面位置测量方法，包括以下步骤:
第I步:将LED灯组、线阵CXD装入密封管中，插入液体中合适位置；
第2步:给LED灯组、线阵CXD通电，线阵CXD接收LED灯经过液体的透射光；
第3步:线阵CXD将光强数据发送至计算机；
第4步:计算机对光强数据进行分析，判断油水界面的位置。
[0005]步骤I所述密封管是玻璃材质，透光性好，垂直于液面放置；LED灯组和线阵CXD分别装于两个密封管中，两个密封管通过刚性连接件连接在一起，保证LED灯组和线阵CCD之间距离不变。步骤I所述合适位置为油水界面及油/空气界面都在线阵CCD有效测量区域，即油层厚度不超过LED灯组高度和线阵CCD有效测量高度。步骤I所述线阵CCD有3648个像元，像元序号I高度最低，3648像元高度最高。
[0006]步骤2所述透射光，由LED灯组发出，经过油层或水层，因为油、水透光性的差异，使透射光光强不同。
[0007]步骤4所述油水界面位置判断有以下3个步骤:
a、求出光强值最小的点；
b、确定光强最小值点所处的波谷范围；
C、在波谷范围内确定油水界面及油/空气界面位置。
[0008]所述步骤b从光强最小值点出发，找出附近像元中两个光强极大值点，其中一个像元序号大于光强最小点的像元序号，且与光强最小值点像元序号差值最小，另一个像元序号小于光强最小值点的像元序号，且与光强最小值点的像元序号差值最小。两个光强极大值点之间的范围即为波谷范围，包括了光强最小值点。将像元序号小于光强最小值点像元序号的波谷区域设为波谷左侧区域，像元序号大于光强最小值点像元序号的波谷区域设为波谷右侧区域。
[0009]所述步骤c在波谷左、右侧区域分别找出油水、油/空气界面的位置。由于不同介质透光性差异，导致光强剧烈变化，因此波谷左、右侧光强变化最大的点即为油水、油/空气界面。
[0010]本发明的优点和有益效果
本发明结构简单，使用方便，适合于油水界面位置检测，特别是油层厚度不断发生变化场合的油水界面检测。使用计算机通过油水界面位置测量方法判断油层界面位置，测量过程无需人工读数。使用隔离管将测量装置与液体分开，适用于易燃易爆等危险场合的测量。
[0011]
【附图说明】
[0012]图1是本发明工作流程框图。
[0013]图2是线阵C⑶采集到的光强曲线实例，横坐标为线阵C⑶像元位置，纵坐标为归一化光强值。
[0014]图中:1、波谷左侧极大值点；2、油水界面位置；3、光强最小值点；4、油/空气界面位置；5、波谷右侧极大值点。
[0015]图3是油水界面位置判断方法流程图。
[0016]
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明技术详细描述。一种基于CCD的油水界面位置测量方法，包括以下步骤:
第I步:将LED灯组、线阵CXD装入密封管中，插入液体中合适位置；
第2步:给LED灯组、线阵CXD通电，线阵CXD接收LED灯经过液体的透射光；
第3步:线阵CXD将光强数据发送至计算机；
第4步:计算机对光强数据进行分析，判断油水界面的位置。
[0018]本发明工作流程如图1所示，LED灯组发出散射光，经过被测物(油层和水层)，线阵CCD接收到不同液位高度的透射光，将光信号转换为电信号传输至计算机，计算机对数据进行分析，判断油水界面的位置及油层厚度。
[0019]步骤4所述计算机分析、判断方法分为以下3个步骤:
a、求出光强值最小的点；
b、确定光强最小值点所处的波谷范围；
C、在波谷范围内确定油水界面及油/空气界面位置。
[0020]如图2中光强曲线实例，现将计算机分析、判断方法详述如下:
规定线阵CCD放置方向为垂直液面放置，即像元序号O高度最低，沿与液面垂直方向向上像元位置增大，本实例中光强最小值点3位置为1658，以此点为基准，向曲线左侧寻找光强极大值点1，然后在最低点3和极大值点I之间寻找油水界面的位置2 ;设CCD某点像元序号为A，(A-1)点为像元序号比A小1，则A点光强变化值:
A点光强变化值=A点光强值-(A-1)点光强值
比较光强极大值点I和光强最小值点3之间区域内所有点的光强变化值，光强变化值最大的点即为油水界面位置2 ;以同样的过程确定油/空气界面的位置4，则即可求出油层的厚度；则油层厚度为:
油层厚度值=(点4像元序号-点2像元序号)/像元总数*CCD实际物理长度本实例中像元总数为3648个，CXD实际物理长度为29.78mm，点2像元序号为1386，点4像元序号为2248，则油层厚度值为:7.04mm ；以CXD像元最高点，即3648点为基准，高于基准点为正，则油/空气界面位置为-11.43mm，油水界面位置为-18.47mm。
【主权项】
1.一种基于CCD的油层界面位置测量方法，其特征在于该方法的步骤包括: 第I步:将LED灯组、线阵CXD装入密封管中，插入液体中合适位置； 第2步:给LED灯组、线阵CXD通电，线阵CXD接收LED灯经过液体的透射光； 第3步:线阵CXD将光强数据发送至计算机； 第4步:计算机对光强数据进行分析，判断油水界面的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于LED灯组和线阵CCD处于密封管中，密封管为玻璃材质，透光性好，测量装置与液体隔绝。
3.根据权利要求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骤得出: a、求出光强值最小的点； b、确定光强最小值点所处的波谷范围； C、在波谷范围内确定油水界面及油/空气界面位置。
【专利摘要】本发明公开了一种基于CCD的油水界面位置测量方法，属于工业测量领域，特别是油水界面位置测量。该方法步骤包括：第1步：将LED灯组、线阵CCD装入密封管中，插入液体中合适位置；第2步：给LED灯组、线阵CCD通电，线阵CCD接收LED灯经过液体的透射光；第3步：线阵CCD将光强数据发送至计算机；第4步：计算机对光强数据进行分析，判断油水界面的位置。步骤4分析、判断油水界面位置又分为以下步骤：a、求出光强值最小的点；b、确定光强最小值点所处的波谷范围；c、在波谷范围内确定油水界面及油/空气界面位置。本方法具有测量精度高，处理速度快等优点。
【IPC分类】G01F23-292
【公开号】CN104614046
【申请号】CN201510070196
【发明人】孙杰, 李岳峰, 任皓, 吴海强, 郑龙洋
【申请人】天津理工大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月11日