CN110426167A - 一种红外光学识别装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种红外光学识别装置及方法，装置包括光学探测机构和微处理器模块，光学探测机构具有光学元件及红外发射接收模块，微控制器模块控制红外发射接收模块向光学元件发射红外光束，红外光束经光学元件发生反射和折射后被红外发射接收模块接收并转换为电信号传输至微控制器模块中，由于红外光束被部分折射出，导致红外接收模块接收的红外光束的光量发生变化，最终使电信号也发生变化，微控制器模块根据接收到的电信号判断待测物的状态是否发生变化。本发明能够识别待测物的状态是否发生变化，适用于危化品生产、输送过程中渗漏等异常的检测。

Description

一种红外光学识别装置及方法

技术领域

本发明涉及液体或流体检测装置，尤其是涉及一种红外光学识别装置及方法。

背景技术

随着我国经济的快速增长，化学工业的迅发展，我国已成为化学产品的生产和使用大国，危险化学品的种类和数量日益增多，其广泛应用于我国经济发展的各个领域。然而在化工生产中，有机液体危化品容易发生泄漏，且其挥发出的易燃易爆或有毒有害气体，可导致火灾、爆炸、中毒等重大事故发生，因此有必要对有机液体危化品是否泄漏进行检测；另外，在有机液体危化品输送过程中，危化品运输罐车的溢流或油库上装鹤管的溢流或加油站的渗漏，均会导致严重的危害和不可控性。

因此需提供一种安全可靠的红外光学识别装置，可用于对危化品生产、输送等过程是否发生泄漏等异常进行检测。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种红外光学识别装置及方法，可用于对危化品生产、输送等过程是否发生泄漏等异常进行检测。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种红外光学识别装置，其包括光学探测机构和微控制器模块，所述光学探测机构包括

承载基座；

红外发射接收模块，装设在所述承载基座内，用于发射红外光束，及接收红外光束并将接收到的红外光束转换为电信号；

光学元件，套设在所述承载基座上，所述光学元件上设有使红外发射接收模块发射的红外光束发生反射和折射，并引导红外光束被红外发射接收模块接收的光学界面；

保护套管，套设在承载基座上，用于对红外发射接收模块进行保护；

所述微控制器模块与所述红外发射接收模块相连，用于控制所述红外发射接收模块发射红外光束，及接收所述电信号并根据所述电信号判断待测物的状态是否发生变化。

优选地，所述光学界面在引导红外光束被红外发射接收模块接收过程中使红外光束发生至少一次反射和折射。

优选地，所述光学元件包括具有外平面的元件本体部和由所述外平面向外延伸形成的光学部，所述光学部上形成所述光学界面。

优选地，所述元件本体部呈D字形，所述光学部呈三角形。

优选地，所述光学界面包括夹角呈60°～120°的第一反射面和第二反射面。

优选地，还包括用于对光学元件进行限位的压合盖，所述压合盖套设在所述承载基座上，且位于所述光学元件和保护套管之间。

优选地，所述承载基座与光学元件之间设有第一密封圈，所述光学元件与压合盖之间设有第二密封圈，所述压合盖与所述保护套管之间设有第三密封圈。

优选地，所述光学元件采用透明材料或采用非透明且部分红外光束可透过的材料制成，且所述材料与待测物相容。

优选地，还包括用于将微控制器模块处理后的电信号转换为符合标准的电信号的信号调理电路模块，所述信号调理电路模块与微控制器模块相连。

本发明还揭示了一种红外光学识别装置的识别方法，包括如下步骤：

S100，将光学探测机构置于待测物中，微控制器模块控制红外发射接收模块向光学元件发射红外光束；

S200，光学元件上的光学界面使红外光束发生反射和折射，并引导红外光束被红外发射接收模块接收；

S300，红外发射接收模块将接收到的红外光束转换为电信号并传输至微控制器模块；

S400，接收所述电信号并根据所述电信号判断待测物的状态是否发生变化。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过控制红外发射接收模块向光学元件发射红外光束，红外光束经光学元件发生反射和折射后被红外发射接收模块接收并转换为电信号传输至微控制器模块中，微控制器模块对接收到的电信号进行处理并判断待测物的状态是否发生变化，可快速识别干/湿状态，及识别油/水，适用于危化品生产、输送过程中的渗漏检测。

(2)本发明光学探测机构中各个部件，如光学元件，压合盖等均采用与待测物相容的材料制成，同时各个部件之间采用密封圈进行密封，使得光学探测机构可长期浸入与材料相容的待测物中进行检测，使用寿命长。

附图说明

图1是本发明的结构框图示意图；

图2是本发明的光学探测机构的立体示意图；

图3是本发明的光学探测机构的爆炸示意图；

图4是本发明的光学元件的俯视示意图。

附图标记：10、承载基座，11、基座本体，12、延伸部，20、红外发射接收模块，30、光学元件，31、元件本体部，311、外平面，312、外圆弧面，32、光学部，33、光学界面，331、第一反射面，332、第二反射面，40、保护套管，50、压合盖，60、第一密封圈，70、第二密封圈，80、第三密封圈。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。

本发明所揭示的红外光学识别装置，通过微控制器模块控制红外发射接收模块20向光学元件30发射红外光束，红外光束经光学元件30发生反射和折射后被红外发射接收模块20接收并转换为电信号传输至微控制器模块中，微控制器模块对接收到的电信号进行处理并判断待测物的状态是否发生变化，可快速识别干/湿状态，及识别油/水，适用于危化品生产、输送过程中的渗漏检测。

结合图1～图3所示，本发明所揭示的一种红外光学识别装置，包括光学探测机构和微控制器模块。光学探测机构包括承载基座10、红外发射接收模块20、光学元件30和保护套管40。其中，承载基座10用于安装红外发射接收模块20、光学元件30、及保护套管40，其包括基座本体11和由基座本体11向外延伸形成的延伸部12；红外发射接收模块20通过包括但不限于紧固螺栓装设在延伸部12上，用于发射红外光束，及接收红外光束并将接收到的红外光束转换为电信号；光学元件30套设在延伸部12上，其上设有使红外发射接收模块20发射的红外光束发生反射和折射，并引导红外光束被红外发射接收模块20接收的光学界面33；保护套管40套设在延伸部12上，用于对红外发射接收模块20，及与红外发射接收模块20相连的电缆进行保护。

微控制器模块与红外发射接收模块20通过有线或无线方式相连，用于控制红外发射接收模块20发射红外光束，及接收红外发射接收模块20转换后的电信号并根据所述电信号判断待测物的状态是否发生变化。

本实施例中，红外发射接收模块20包括红外发射模块(图未示)和红外接收模块(图未示)，其中，红外发射模块与微控制器模块相连，在微控制器模块的控制下向光学元件30发射红外光束；红外接收模块与微控制器模块相连，用于接收红外光束，并将红外光束转换为电信号传输至微控制器模块中。本实施例中，红外发射模块和红外接收模块集成于印刷线路板后装配在延伸部12上，可有效减少红外光学识别装置的体积。

结合图3和图4所示，光学元件30可根据应用环境和接触的介质采用不同的材料制成，并且采用的材料与待测物相容。本实施例中，光学元件30采用透明材料制成，当然，在其他实施例中，也可采用非透明且部分红外光束可透过的材料。进一步地，本实施例中，光学元件30上的光学界面33在引导红外光束被红外发射接收模块20接收过程中使红外光束发生两次反射和折射。具体地，光学元件30包括呈D字形的元件本体部31和呈三角形的光学部32，元件本体部31具有相连的外平面311和外圆弧面312，光学部32设于元件本体部31的外平面311上，并且光学部32上形成所述光学界面33。光学界面33包括第一反射面331和第二反射面332，其中，第一反射面331与第二反射面332之间的夹角为60°～120°，具体实施时以两者之间的夹角为90°为最佳。第一反射面331和第二反射面332均用于使红外光束产生反射和折射，并且第一反射面331和第二反射面332处于不同的介质中会使红外光束折射出的光量发生变化，如折射出的光量增大或减少。

进一步地，为了防止光学元件30的位置发生偏移，使得红外光束的路径受到影响，红外光学识别装置还包括压合盖50，压合盖50套设在延伸部12上，并且位于光学元件30与保护套管40之间，用于对光学元件30进行限位。

更进一步地，为了防止待测物通过基座本体11与光学元件30之间的间隙，及光学元件30与压合盖50之间的间隙进入光学探测机构内部对光学元件30及红外发射接收模块20造成影响或破坏，基座本体11与光学元件30设有第一密封圈60，光学元件30与压合盖50之间设有第二密封圈70。具体地，基座本体11与光学元件30相接触的端面向内凹陷形成第一让位槽，第一让位槽内设置所述第一密封圈60，最终实现基座本体11与光学元件30之间的密封；压合盖50与光学元件30相接触的端面向内凹陷形成第二让位槽，第二让位槽内设置第二密封圈70，最终实现光学元件30与压合盖50之间的密封。本实施例中，第一密封圈60和第二密封圈70均呈D字形。

如图1所示，保护套管40为圆柱状管件结构，其与承载基座10相连的端部的内壁上设有内螺纹，延伸部12的外壁上设有与内螺纹相配合的外螺纹，保护套管40通过内螺纹与外螺纹的配合实现与承载基座10相连，当然，在其他实施例中，保护套管40与承载基座10的也可通过其他方式相连，如卡扣连接方式。

进一步地，为了防止待测物通过保护保护套管40和压合盖50之间的间隙进入光学探测机构内部，进而对红外发射接收模块20及光学元件30造成影响或破坏，保护套管40与压合盖50之间设有第三密封圈80。具体地，保护套管40与压合盖50相接触的端面向内凹陷形成第三让位槽，第三让位槽内设置所述第三密封圈80，最终实现保护套管40与压合盖50之间的密封。本实施例中，第三密封圈80呈O字形。

为了使最终的输出数据符合相关标准，如符合API(American PetroleumInstitute，美国石油学会)标准(美标)或EN规定(欧标)，红外光学识别装置还包括信号调理电路模块，其与微处理器控制模块相连，用于将微控制器模块处理后的电信号转换为符合标准的电信号。具体地，信号调理电路模块包括放大电路模块、微分电路模块及积分电路模块，放大电路模块用于对信号进行放大处理，微分电路模块和积分电路模块用于信号检出、处理及变换。

进一步地，红外光学识别装置还包括通信电路模块，其与微控制器模块相连，用于将微控制器模块处理后的电信号转换为符合通信协议的信号，如符合CAN通信协议、串口(RS232/485)通信协议或者TCP/IP通信协议等。

本发明所述的红外光学识别装置的工作原理如下：

将光学探测机构置于待测物中，微控制器模块控制红外发射模块向光学元件30发射红外光束，红外光束经过光学界面33的两次反射和折射后，一部分的红外光束折射出光学元件30，其余的红外光束经过两次反射后被红外接收模块接收，红外接收模块将接收到的红外光束转换为电信号传输至微控制器模块中。由于光学元件30存在于待测物中，其光学界面33发生变化，导致折射出的红外光束的光量发生变化，从而导致红外接收模块接收的红外光束的光量也发生变化，最终使得红外接收模块输出至微控制器模块中的电信号也发生变化，微控制器模块对接收到的电信号进行处理并判断待测物的状态是否发生变化。

同时，微控制器模块将处理后的电信号通过信号调理电路模块转换为符合相关标准的数据或通过通信电路模块转换为符合相关通信协议的数据并发送相应数据，如将数据发送至上位机或智能终端中等，实现测控功能。

本发明所述的红外光学识别装置，一方面通过光学元件30对红外光束进行反射和折射，使红外光束的光量发生变化，进而根据红外光束的光量大小检测待测物的状态是否发生变化，结构简单，操作方便且安全，另一方面，还通过信号调理电路输出符合相关标准的检测数据，符合危化品领域安全规范要求。

另外，本发明的光学探测机构采用上述密封结构，可使其长期浸润在待测物中，具有使用寿命长的优点。同时，本发明的光学探测机构中各部件采用与待测物相容的材料制成，可长期浸入与材料相容的待测物中应用，当待测物与部件采用的材料不相容时，可将相应部件的材料变更为与待测物相容的材料，以实现相容，如铝变更为不锈钢、普通橡胶变更为特殊橡胶，以适应待测物(如腐蚀性液体等)。

本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种红外光学识别装置，其特征在于，包括光学探测机构和微控制器模块，所述光学探测机构包括：

承载基座；

红外发射接收模块，装设在所述承载基座内，用于发射红外光束，及接收红外光束并将接收到的红外光束转换为电信号；

光学元件，套设在所述承载基座上，所述光学元件上设有使红外发射接收模块发射的红外光束发生反射和折射，并引导红外光束被红外发射接收模块接收的光学界面；

保护套管，套设在承载基座上，用于对红外发射接收模块进行保护；

所述微控制器模块与所述红外发射接收模块相连，用于控制所述红外发射接收模块发射红外光束，及接收所述电信号并根据所述电信号判断待测物的状态是否发生变化。

2.根据权利要求1所述的红外光学识别装置，其特征在于，所述光学界面在引导红外光束被红外发射接收模块接收过程中使红外光束发生至少一次反射和折射。

3.根据权利要求1所述的红外光学识别装置，其特征在于，所述光学元件包括具有外平面的元件本体部和由所述外平面向外延伸形成的光学部，所述光学部上形成所述光学界面。

4.根据权利要求3所述的红外光学识别装置，其特征在于，所述元件本体部呈D字形，所述光学部呈三角形。

5.根据权利要求1～3任意一项所述的红外光学识别装置，其特征在于，所述光学界面包括夹角呈60°～120°的第一反射面和第二反射面。

6.根据权利要求1所述的红外光学识别装置，其特征在于，还包括用于对光学元件进行限位的压合盖，所述压合盖套设在所述承载基座上，且位于所述光学元件和保护套管之间。

7.根据权利要求6所述的红外光学识别装置，其特征在于，所述承载基座与光学元件之间设有第一密封圈，所述光学元件与压合盖之间设有第二密封圈，所述压合盖与所述保护套管之间设有第三密封圈。

8.根据权利要求1所述的红外光学识别装置，其特征在于，所述光学元件采用透明材料或采用非透明且部分红外光束可透过的材料制成，且所述材料与待测物相容。

9.根据权利要求1所述的红外光学识别装置，其特征在于，还包括用于将微控制器模块处理后的电信号转换为符合标准的电信号的信号调理电路模块，所述信号调理电路模块与微控制器模块相连。

10.一种基于权利要求1所述红外光学识别装置的识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

S100，将光学探测机构置于待测物中，微控制器模块控制红外发射接收模块向光学元件发射红外光束；

S200，光学元件上的光学界面使红外光束发生反射和折射，并引导红外光束被红外发射接收模块接收；

S300，红外发射接收模块将接收到的红外光束转换为电信号并传输至微控制器模块；

S400，接收所述电信号并根据所述电信号判断待测物的状态是否发生变化。