一种智能微压测定系统技术方案

技术编号：43911410 阅读：3 留言：0更新日期：2025-01-03 13:19

本发明专利技术实现了一种通过工业相机和图像识别系统，精确、快速地测量U型管压力计两侧液柱高度差并将其转化为压力信号，达到连续、准确地对管道内微小压差进行高精度测量的智能微压测定系统，包含铝型材框架，用于支撑固定整体结构，安装各部件；U型管压力计，U型压力管连接至被测管路系统，间接测定管路微压；由步进电机驱动的螺旋丝杆，丝杆上装有滑块，滑块与相机支架通过螺栓连接，通过电机控制滑块上下运动；安装在运动滑块上的工业相机模块，相机模块包括工业相机、镜头、光源、测微尺及相机支架等，滑块带动相机模块运动；图像识别系统，分析并识别图片像素，通过应用关系分析液面高度与U型管压力计标度尺刻度之间的高度差距。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于压力检测，具体涉及一种智能微压测定系统。

技术介绍

1、压力是管道系统的关键参数之一，对微小压力的精确测定对流程控制和产品质量极为重要，微压测定的一般途径是先将压力信号转化为中间信号，再将中间信号转化为电信号从而输出成压力数值。现有微压传感器通常使用硅压阻力敏元件检测介质压力变化，压力变化使膜片产生微小位移，从而改变线路电阻，通过检测这一变化，转换输出一个对应于此压力的标准信号，存在安装受限、容易损坏、精度较低等问题，尤其是对于管路内微小压力变动的检测优化还有待进一步研究。

2、现有技术存在的技术问题：

3、在流体输送或一些其他领域经常需要使用管道来输送流体，在管路运输中，压力是最重要的参数之一，要想确切测量管路内介质压力，常在管路内安装微压传感器。

4、传统微压传感器使用硅薄膜作为检测元件，存在安装受限、易损坏、精度低、易受干扰等问题。

5、本专利技术与现有技术对比如下：

6、与专利cn103217252a_一种移动容器式高精度微压检测装置的技术比对

7、cn 103217252a采用的方法：

8、专利cn103217252a提出了一种移动容器式高精度微压检测装置，其采用莫尔条纹光栅尺和激光位移计实现压力的精确测量。

9、在可动容器和固定容器内液面上设有浮子，浮子与激光位移计对应设置，以检测液面变化；

10、通过可动容器的上下位移、固定容器及可动容器内液面上浮子与起始位置位移计算输入气体的实际压力；

11、使用光栅测量机构将可动容器上下位移距离转化为莫尔条纹个数的测量，使用光电器件在一个莫尔条纹内实现电子细分与判向功能，得到光栅尺的移动方向和位移距离；

12、基于三角测量原理测量固定容器及可动容器内液面上浮子与起始位置位移，在浮子顶端有聚四氟漫反射平面，将反射光投射到ccd反射器上，通过三角函数计算ccd上光点位置与浮子距离；

13、采用单片机控制步进电机实现压力的产生与控制，可动容器与固定容器上都设置有压力接口，可动容器接口连接大气压，固定容器接口连接待测压力计及单片机控制器，控制器连接计算机系统，计算和显示待测压力与实测压力的差值。

14、这种方法将输入气体的实际压力转化为可动容器上下和固定容器及可动容器内液面上浮子与起始位置位移，采用条纹光栅尺和激光位移计测算位移距离，并使用单片机控制器实现压力的产生与控制，从而长时间将压力保持在极微量的波动范围内。然而，可动容器的上下位移通过手动输入控制，难以实现微压测量的自动化、连续化；使用浮子测定液面位移，如果液体密度发生变化，浮子浸入体积也会随之变化进而影响液面高度测量准确性；同时，浮子机构需要定期维护和校准，以确保测量精度，这会增加使用成本和维护工作量。

15、本专利技术的方法：

16、本专利技术通过u型管压力计、高分辨率相机和图像识别程序等软硬件结合的方式，识别u型管两侧液柱高度差，进而精确快速地测量待测系统微压，实现微压测定的自动化、连续化、智能化。其方法的核心创新点为：

17、为了扩大测量范围并提高测量精度，采用矩形测微尺测量u型管液面高度，其最小格值为0.1mm，大大提高了测量精度；使用图像处理程序识别图片像素与物理长度之间的关系，实现微压测量的自动化、智能化。

18、技术优势对比

19、微压测量的自动化、智能化、连续化：本专利技术采用图像处理程序识别测微尺最小格值与实际物理长度之间的关系，自动、连续、快速地输出微压测量值，相比之下，cn103217252a采用的浮子测量方法需要等待液面稳定，可动容器高度需要手动在控制器内输入，在测定的智能化、连续化、快速化方面存在限制；并且，本专利技术结构与原理相对简单明确，易于使用，方便维护，在使用和维护成本上优于cn 103217252 a。

20、综上所述，本专利技术提出的一种智能微压测定系统，在快速连续微压测定及使用和维护成本上优于cn 103217252 a。

技术实现思路

1、本专利技术针对现有技术所存在的不足而实现了一种通过u型管压力计、高分辨率相机和图像识别程序等软硬件结合的方式，识别u型管两侧液柱高度差来达到精确快速地测量待测系统两点微压差的智能微压测定系统。

2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：

3、一种智能微压测定系统，其特征在于，包括：

4、铝型材框架，用于支撑固定整体结构，形成整体框架；

5、u型管压力计，所述u型管压力计固定在铝型材框架上，u型管压力计连接至被测管路系统，应用静压力学原理将压力转化为液柱高度并精确测量该液柱高度，实现间接测定被测管路系统中的管路微压；

6、带电机的丝杆滑台，其固定在铝型材支架上，包括步进电机和螺旋丝杆，所述步进电机的输出轴连接螺旋丝杆，所述螺旋丝杆上装有运动滑台，所述运动滑台通过步进电机控制实现上下运动；

7、相机模块，包括相机支架、工业相机、相机镜头、环形光源、矩形测微尺以及背景板，所述运动滑台与相机支架通过螺栓连接，所述背景板与工业相机相对固定在相机支架上，所述相机镜头、环形光源以及矩形测微尺依次设置在两者之间，所述相机镜头安装在工业相机上，所述环形光源和矩形测微尺分别固定在相机支架上，所述相机镜头穿过环形光源设置且正对于矩形测微尺，所述矩形测微尺在相机镜头视野中的相对位置固定，所述工业相机在预设位置将液柱液面、标度尺及矩形测微尺图像放大并传输给图像识别系统；

8、图像识别系统，用于分析并识别图片像素，所述工业相机与图像识别系统连接并接收其传输的图像数据，通过矩形测微尺上的刻度标定像素和实际长度之间的对应关系，并应用此关系分析液柱液面高度与u型管压力计标度尺刻度之间的高度差距，识别两侧液柱高度差，从而测量管道内微小压差。

9、作为本专利技术的优选技术方案：所述u型管压力计包括u型管，所述u型管上标定有刻度，所述u型管的两端分别设有连接口，两端连接口分别连接至被测管路系统，管路一侧的压力为：

10、p＝ρgh (1)

11、式中h为u型管内一侧液柱高度，ρ为工作液密度，g为重力加速度。

12、作为本专利技术的优选技术方案：所述u型管内设置有工作液，所述工作液为水、酒精或水银中的一种，所述u型管内工作液与被测管路系统内部流体不互溶，且物性稳定、密度已知，在测定被测管路系统微压差时，所述u型管的两端均连接被测管路系统，应用公式(1)两侧液柱高度差δh对应的压差即为被测管路系统的微压差。

13、作为本专利技术的优选技术方案：所述螺旋丝杆通过联轴器与步进电机的输出轴连接，所述步进电机配备有电源及控制器，通过控制步进电机转子的旋转方向、旋转步数以及旋转速度，改变运动滑台在螺旋丝杆上的位置，从而改变相机模块的位置，使其能够将u型管液面、刻度尺及矩形测微尺同时纳入视野之内。

14、作为本专利技术的优选技术方案：所述螺本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种智能微压测定系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种智能微压测定系统，其特征在于：所述U型管压力计(2)包括U型管，所述U型管上标定有刻度，所述U型管的两端分别设有连接口，两端连接口分别连接至被测管路系统，管路一侧的压力为：

3.如权利要求2所述的一种智能微压测定系统，其特征在于：所述U型管内设置有工作液，所述工作液为水、酒精或水银中的一种，所述U型管内工作液与被测管路系统内部流体不互溶，且物性稳定、密度已知，在测定被测管路系统微压差时，所述U型管的两端均连接被测管路系统，应用公式(1)两侧液柱高度差Δh对应的压差即为被测管路系统的微压差。

4.如权利要求1所述的一种智能微压测定系统，其特征在于：所述螺旋丝杆(6)通过联轴器与步进电机(4)的输出轴连接，所述步进电机(4)配备有电源及控制器，通过控制步进电机(4)转子的旋转方向、旋转步数以及旋转速度，改变运动滑台(7)在螺旋丝杆(6)上的位置，从而改变相机模块(4)的位置，使其能够将U型管液面、刻度尺及矩形测微尺(12)同时纳入视野之内。

5.如权利要求4所述的一

6.如权利要求1所述的一种智能微压测定系统，其特征在于：所述工业相机(9)通过HDMI连接图像识别系统，所述相机镜头(10)为可变焦镜头，所述相机镜头(10)与U型管压力计(2)标度尺之间的水平距离为7-9cm。

7.如权利要求1所述的智能微压测定系统，其特征在于：所述环形光源(11)和矩形测微尺(12)均通过一夹具固定在相机支架(8)上，所述矩形测微尺(12)紧贴U型管压力计(2)刻度尺放置。

8.如权利要求7所述的智能微压测定系统，其特征在于：所述矩形测微尺(12)的最小格值为0.1mm，通过标定图片中最小格值对应的像素，获取物理高度和图片像素间的关系，应用此关系即可换算出液柱高度对应的的压力。

9.如权利要求1所述的一种智能微压测定系统，其特征在于：所述图像识别系统包括标定机构、调节机构、识别机构、输出机构以及判断机构，所述标定机构用于标定所接收图像的像素，X个像素等于0.01mm，所述调节机构用于调节高度，调节运动速度、方向，所述识别机构包括标度尺识别机构和液面识别机构，所述标度尺识别机构用于识别标度尺高度，输出标度尺高度H，所述液面识别机机构用于识别液面最低点与标度尺高度差对应像素并转换为高度h，所述输出机构用于输出液面高度，液面高度H1＝H+h，所述判断机构用于判断是否测量两侧液面高度，若是，则直接输出压力值，P＝ρ*g*ΔH，式中h为U型管内一侧液柱高度，ρ为测量液密度，g为重力加速度常数，△H＝H1-H2，若否，则通过调节机构，重新调节高度、运动速度、方向。

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【技术特征摘要】

1.一种智能微压测定系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种智能微压测定系统，其特征在于：所述u型管压力计(2)包括u型管，所述u型管上标定有刻度，所述u型管的两端分别设有连接口，两端连接口分别连接至被测管路系统，管路一侧的压力为：

3.如权利要求2所述的一种智能微压测定系统，其特征在于：所述u型管内设置有工作液，所述工作液为水、酒精或水银中的一种，所述u型管内工作液与被测管路系统内部流体不互溶，且物性稳定、密度已知，在测定被测管路系统微压差时，所述u型管的两端均连接被测管路系统，应用公式(1)两侧液柱高度差δh对应的压差即为被测管路系统的微压差。

4.如权利要求1所述的一种智能微压测定系统，其特征在于：所述螺旋丝杆(6)通过联轴器与步进电机(4)的输出轴连接，所述步进电机(4)配备有电源及控制器，通过控制步进电机(4)转子的旋转方向、旋转步数以及旋转速度，改变运动滑台(7)在螺旋丝杆(6)上的位置，从而改变相机模块(4)的位置，使其能够将u型管液面、刻度尺及矩形测微尺(12)同时纳入视野之内。

5.如权利要求4所述的一种智能微压测定系统，其特征在于：所述螺旋丝杆(6)上下部分别安装有限位开关，所述限位开关连接至控制器，当运动滑台(7)运动至预设位置时，所述限位开关检测到信号并传输给控制器，所述控制器关停步进电机(4)，所述运动滑台(7)停止运动。

6.如权利要求1所述的一种智能微压测定系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：马振叶，程伟，赵永芳，李明海，林军，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：

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