一种用于检测液态金属液位的激光测量装置，在封闭的液态金属储藏罐一侧第一玻璃窗位置刚性固定激光发射装置，激光发射装置包括激光器、扩束透镜、针孔滤波器、准直物镜和导轨，在液态金属储藏罐另一侧第二玻璃窗位置刚性固定激光反射接收装置，激光反射接收装置包括傅里叶变换透镜、CCD光电探测器，CCD探测的信号通过中端信号采集和处理部分进行数据采集，并传输到计算机。本发明专利技术涉及一种液态金属液位在线检测装置，用于小量程高精度要求的液态金属液位的检测，装置的报警系统可结合后端控制平台，通过调节阀保持液位在一恒定范围内，该装置测量精度高，不改变金属罐结构和内部稳压环境，可实现远距离测量和数字化显示。
【技术实现步骤摘要】
一种用于检测液态金属液位的激光测量装置
本专利技术涉及一种用于检测液态金属液位的激光测量装置，属于液态金属液位测量
，例如特别适用于高温液态铅铋液位的测量，可实现在线检测，同时液位的数据采集满足实时处理与高速性兼具的要求。
技术介绍
铅铋液态金属是ADS的首选靶材料和冷却剂，液态铅铋回路能够开展对铅铋关键科学技术问题的研究。铅铋液态金属液位测量的特点是：温度高、密度大、储藏罐密闭、严重腐蚀材料、测量精度要求高。目前国内外常见的液位测量系统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、超声波式等。与传统的浮子式，人工检尺法相比，雷达式、超声波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，雷达式和超声波式的液位计在国内无法得到大规模地使用。针对铅铋储藏罐，雷达和超声波式液位计探头不容易安装和维修。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，本专利技术针对液态铅铋研制一套具有较高精度的激光液位测量装置。目前的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，如果光以速度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-测站点A、B两点间距离；c-光在大气中传播的速度；t-光往返A、B一次所需的时间。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，根据测量时间方法的不同，激光测距仪通常可分为脉冲式和相位式两种测量形式。其中相位式激光测距仪是用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离。即用间接方法测定出光经往返测线所需的时间。脉冲式激光测距仪就是利用测量脉冲时间差来实现测距，国外的激光液位计中，就利用光束脉冲和指数脉冲的时间差来计算出液位的变化。与上述原理不同，本专利技术是一种新的测量方法，利用激光的光路以及几何关系测量液态金属液位。该装置适用于小量程高精度要求的液态金属液位的检测，装置的报警系统可结合后端控制平台，通过调节阀保持液位在一恒定范围内，所述液态金属是液态重金属铅铋，同时该装置也适用于其他反射率较高的金属。
技术实现思路
本专利技术技术解决问题：克服现有技术的不足，一种用于检测液态金属液位的激光测量装置提供了一种原理简单、操作简便、测量精度高的激光测量液位的方法。本专利技术技术解决方案：一种用于检测液态金属液位的激光测量装置，包括液态金属储藏罐(1)、激光发射装置(2)、激光反射接收装置(3)、中端信号采集和处理部分(16)和计算机(11)；液态金属储藏罐(1)用来储藏液态金属(15)，金属储藏罐(1)的顶部通过上法兰(12)和下法兰(14)密封，上法兰和下法兰之间连接有螺钉(13)，在金属储藏罐(1)的两侧分别开两个窗体，分别是激光(6)光束入射的第一玻璃窗(4)和反射的第二玻璃窗(5)，第一玻璃窗(4)和第二玻璃窗(5)采用密封件密封；在封闭的液态金属罐(1)一侧第一玻璃窗(4)的位置刚性固定激光发射装置(2)，激光发射装置(2)包括激光器(2a)、扩束透镜(2b)、针孔滤波器(2c)、准直物镜(2d)、导轨(2e)；在液态金属储藏罐(1)的另一侧第二玻璃窗(5)的位置刚性固定激光反射接收装置(3)，激光反射接收装置(3)包括傅里叶变换透镜(3a)、CCD光电探测器(3b)；中端信号采集和处理部分(16)包括信号处理系统(16a)和无线传输系统(16b)，这两个系统配有相应的控制电路板和24V直流电源。信号处理系统(16a)以TMS2812DSP为核心，测量信号经滤波放大单元进行滤波和放大处理，然后连接至A/D转换单元将模拟信号转换至数字信号，以供TMS2812DSP分析处理。无线通信系统(16b)包括：信号处理单元、RS232串口模块、Zigbee收发模块。信号处理单元将相关数据记录、分析后由RS232串口模块传输至Zigbee收发模块，Zigbee收发模块将相关数据发送至连接在计算机(11)上的Zigbee收发模块，最终由计算机(11)读取相关实验数据。激光发射装置(2)发出的激光入射光(6)经过第一玻璃窗(4)进入液态金属罐(1)，经液态金属液面反射后通过第二玻璃窗(5)投射到激光反射接收装置(3)，激光反射接收装置(3)连接计算机(11)，经中端信号采集和处理部分(16)的信号处理系统(16a)光信号转换成数字信号，通过无线通信系统(16b)zigbee模块传送到计算机(11)，由计算机(11)数据处理后显示液位读数。通过激光接收装置(3)中线阵CCD探测器上光斑位置的变化，利用如下几何关系求解出液态金属液位变化：固定入射角α，第一铅铋液位(9)时，定义为激光液位计的基准线（零位），反射光束是第一反射光束(7)；液位上升到第二铅铋液位(10)时，反射光束为第二反射光束(8)，液位上升的值为Δh，两束光线反射点之间距离为l，CCD探测两束反射光的间距为Δx，有如下几何关系：通过关系式得到：此时通过CCD测量两束反射光的间距Δx，即可显示液位升降的高度Δh。该装置用于高温液态金属环境，具有智能化特征，通过中端信号采集和处理部分(16)连接到计算机(11)，不仅能实现高精度的测量目标，还能准确得出液位升降的快慢,为其他仪表（如流量计）作标定。该装置适用于小量程高精度要求的液态金属液位的检测，装置的报警系统可结合后端控制平台，通过调节阀保持液位在一恒定范围内，所述液态金属是液态重金属铅铋，同时该装置也适用于其他反射率较高的金属。本专利技术与现有技术相比有益效果及优点：（1）针对现有接触式液位计难以满足液态铅铋500℃以上的高温进行精确测量，即便出现这样的测量探头，由于液态金属储藏罐需要严格的密闭，在金属储藏罐内的测量会影响金属储藏罐内的气压，无法满足金属储藏罐密闭的要求，而且接触式测量液位计在液态金属储藏罐内，不便于探头的安装和维修。由于液态重金属有污染性，金属储藏罐就必须要求严格密闭，加上液态铅铋等重金属温度高、密度大、严重腐蚀材料、测量精度高，一般液位计难以满足测量需求。本专利技术采用激光非接触测量方法，不改变液态金属罐结构和内部稳压环境，安装调整方便，结构紧凑，可远距离测量。（2）相比于国外同类激光液位计，本专利技术在设计原理和关键装置上具有明显的区别和显著的优点。设计原理上，国外的激光液位计采用了激光测距的原理，即测量两束光的时间差，根据测量时间差的方法不同，又分为脉冲法和相位法。一般来说国外的激光液位计采用光束脉冲和指数脉冲的时间差，即脉冲法来测量。这在原理上与国外激光液位计不同。在关键的激光接收装置上，本专利技术采用线阵CCD来测量，这与脉冲法完全不同。本专利技术相比于国外同类激光液位计的优点有：结构简单、易于操作和安装、避免了脉冲信号产生的系统误差，抵消二次折射产生的折射误差。（3）相比于浮子式液位计，该激光液位计避免了与高温腐蚀性强的铅铋液态金属直接接触，不会影响液态金属罐的内部环境（稳定炉温、炉压），满足测量环境的要求，实现远距离测控。（4）相比于雷达和超声波液位计，无测量盲区的存在，精确度更高，同时避免本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于检测液态金属液位的激光测量装置，其特征在于包括：液态金属储藏罐(1)、激光发射装置(2)、激光反射接收装置(3)、中端信号采集和处理部分(16)和计算机(11)；液态金属储藏罐(1)用来储藏液态金属，在金属储藏罐(1)的两侧分别开两个窗体，分别是激光(6)光束的入射的第一玻璃窗(4)和反射的第二玻璃窗(5)，第一玻璃窗(4)和第二玻璃窗(5)采用密封件密封；在封闭的液态金属罐(1)一侧第一玻璃窗(4)的位置刚性固定激光发射装置(2)，激光发射装置(2)包括激光器(2a)、扩束透镜(2b)、针孔滤波器(2c)、准直物镜(2d)、导轨(2e)；在液态金属储藏罐(1)的另一侧第二玻璃窗(5)的位置刚性固定激光反射接收装置(3)；激光反射接收装置(3)包括傅里叶变换透镜(3a)、CCD光电探测器(3b)；中端信号采集和处理部分(16)包括信号处理系统(16a)和无线传输系统(16b)，这两个系统配有相应的控制电路板和24V直流电源；信号处理系统(16a)以TMS2812DSP为核心，测量信号经滤波放大单元进行滤波和放大处理，然后连接至A/D转换单元将模拟信号转换至数字信号，以供TM4S2812DSP分析处理；无线通信系统(16b)包括：信号处理单元、RS232串口模块、Zigbee收发模块，与计算机(11)实现数据传输；激光发射装置(2)发出的激光入射光(6)经过第一玻璃窗(4)进入液态金属储藏罐(1)，经液态金属液面反射后通过第二玻璃窗(5)投射到激光反射接收装置(3)，激光反射接收装置(3)连接计算机(11)，经中端信号采集和处理部分(16)光信号转换成数字信号，通过无线通信zigbee模块传送到计算机，由计算机(11)数据处理后显示液位读数。该装置通过激光反射接收装置(3)中线阵CCD探测器上光斑位置的变化，利用如下几何关系求解出液态金属液位变化：固定入射角α，第一铅铋液位(9)时，定义为激光液位计的基准线即零位，反射光束是第一反射光束(7)；液位上升到第二铅铋液位(10)时，反射光束是第二反射光束(8)，液位上升的值为Δh，两束光线反射点之间距离为l，CCD探测两束反射光的间距为Δx，有如下几何关系：sinα=Δhl,sinθ=sin2α=Δxl;sinαsinθ=sinαsin2α=ΔhΔx⇒Δh=Δx·sinαsin2α=Δx2cosα;通过关系式得到：此时通过CCD测量两束反射光的间距Δx，即可显示液位升降的高度Δh。FDA00002780695500014.jpg...
【技术特征摘要】
1.一种用于检测液态金属液位的激光测量装置，其特征在于包括：液态金属储藏罐(1)、激光发射装置(2)、激光反射接收装置(3)、中端信号采集和处理部分(16)和计算机(11)；液态金属储藏罐(1)用来储藏液态金属，在液态金属储藏罐(1)的两侧分别开两个窗体，分别是激光(6)光束的入射的第一玻璃窗(4)和反射的第二玻璃窗(5)，第一玻璃窗(4)和第二玻璃窗(5)采用密封件密封，所述第一玻璃窗(4)采用菱形设计，使得入射光与第一玻璃窗(4)的上下表面平行入射；在封闭的液态金属储藏罐(1)一侧第一玻璃窗(4)的位置刚性固定激光发射装置(2)，激光发射装置(2)包括激光器(2a)、扩束透镜(2b)、针孔滤波器(2c)、准直物镜(2d)、导轨(2e)；在液态金属储藏罐(1)的另一侧第二玻璃窗(5)的位置刚性固定激光反射接收装置(3)；激光反射接收装置(3)包括傅里叶变换透镜(3a)、CCD光电探测器(3b)；中端信号采集和处理部分(16)包括信号处理系统(16a)和无线传输系统(16b)，这两个系统配有相应的控制电路板和24V直流电源；信号处理系统(16a)以TMS2812DSP为核心，测量信号经滤波放大单元进行滤波和放大处理，然后连接至A/D转换单元将模拟信号转换至数字信号，以供TMS2812DSP分析处理；无线传输系统(16b)包括：信号处理单元、RS232串口模块、Zigbee收发模块，与计算机(11)实现数据传输；激光发射装置(2)发出的激光入射光(6)经过第一玻璃窗(4)进入液态金属储藏罐(1)，经液态金属液面反射后通过第二玻璃窗(5)投射到激光反射接收装置(3)，激光反射接收装置(3)连接计算机(11)，经中端信号采集和处理部...
【专利技术属性】
技术研发人员：王勃，姚传明，黄群英，朱志强，高胜，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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