本發(fā)明屬于氣體，液體的流動(dòng)速度測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，既可應(yīng)用于管道內(nèi)流體速度的測(cè)量，也可應(yīng)用于開(kāi)放式區(qū)域的流體速度測(cè)量，尤其涉及一種基于光學(xué)鼠標(biāo)傳感器的流體速度測(cè)量裝置及方法。

背景技術(shù)：

流體速度測(cè)量如氣體速度測(cè)量和液體速度測(cè)量在工業(yè)上有著非常重要的意義。因此針對(duì)流體速度測(cè)量的方法也為數(shù)眾多。如利用運(yùn)動(dòng)流體使壓電傳感器產(chǎn)生變形從而輸出電壓信號(hào)而測(cè)量流體速度的靶式流體速度傳感器（專(zhuān)利號(hào)CN1760677A）；又如利用CT成像方法來(lái)確定流體速度的方法（專(zhuān)利號(hào)CN105919616A）；亦有使用超聲波傳感器陣列來(lái)測(cè)量管道內(nèi)流體速度的方法（專(zhuān)利號(hào)CN1774617A）；發(fā)明專(zhuān)利CN105807090A利用光干涉技術(shù)測(cè)量球-盤(pán)近壁面的流體速度；實(shí)用新型專(zhuān)利CN204129065U公開(kāi)了一種渾濁流體監(jiān)測(cè)裝置，能夠在渾濁水體等惡劣環(huán)境下實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流體信息；發(fā)明專(zhuān)利CN101598581B公開(kāi)了一種基于分布式光纖濕度傳感技術(shù)的流速測(cè)量系統(tǒng)及方法，可實(shí)現(xiàn)大體積流體不同位置流速的測(cè)量；發(fā)明專(zhuān)利CN105548606A公開(kāi)了一種基于MEMS的柔性流速傳感器，可安裝于管道表面用于測(cè)量表面流體速度。以上發(fā)明都存在成本高，體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于光學(xué)鼠標(biāo)傳感器的流體速度測(cè)量裝置，旨在解決上述的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于光學(xué)鼠標(biāo)傳感器的流體速度測(cè)量裝置，所述流體速度測(cè)量裝置包括控制電路、光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片、光學(xué)鏡片、線激光器、激光器支架及密封擋板，所述光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片設(shè)于所述控制電路的一端，所述激光器支架設(shè)于所述控制電路的另一端，所述密封擋板設(shè)于所述激光器支架上，所述線激光器設(shè)于所述密封擋板上，所述光學(xué)鏡片設(shè)于所述密封擋板上，所述光學(xué)鏡片透過(guò)所述密封擋板與所述光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片對(duì)應(yīng)，所述控制電路板，用于接收光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片采集的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，在單位時(shí)間內(nèi)的位移量從而獲得待測(cè)流體的速度。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片的光學(xué)接收主軸線與所述光學(xué)鏡頭的光學(xué)軸線同軸。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片的光學(xué)接收主軸線與所述線激光器的法向方向垂直相交。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片的光學(xué)接收主軸線和所述光學(xué)鏡頭的光學(xué)軸線與所述線激光器的照射平面垂直。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片和所述光學(xué)鏡頭的所在平面與所述線激光器的照射平面平行，并且相隔一定距離。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片和所述光學(xué)鏡頭所在平面的距離為光學(xué)鏡頭的焦距。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述線激光器的法向方向與待測(cè)流體的流動(dòng)方向垂直。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述控制電路包括處理器MCU、激光器開(kāi)關(guān)模塊及供電模塊，所述處理器MCU的輸出端連接所述激光器開(kāi)關(guān)模塊的輸入端，所述激光器開(kāi)關(guān)模塊的輸出端連接所述線激光器的控制端，所述處理器MCU的輸入端連接光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片的信號(hào)輸出端，所述供電模塊電性連接所述處理器MCU、激光器開(kāi)關(guān)模塊、線激光器及光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于所述流體速度測(cè)量裝置的流體速度測(cè)量方法，所述流體速度測(cè)量方法包括以下步驟：

A、在開(kāi)始測(cè)量之前系統(tǒng)先對(duì)光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片進(jìn)行初始化處理；

B、控制電路記錄系統(tǒng)時(shí)間t1并對(duì)光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片發(fā)送清零指令；

C、數(shù)據(jù)讀取周期內(nèi)進(jìn)行延時(shí)等待并直至延時(shí)結(jié)束；

D、再次讀取系統(tǒng)時(shí)間t2并讀取測(cè)量到的顆粒位移結(jié)果d；

E、通過(guò)測(cè)量的位移除以時(shí)間計(jì)算得到流體的速度，其公式為：v=d/(t2-t1)；在分析計(jì)算得到速度V時(shí)，則完成一個(gè)測(cè)量周期；在分析計(jì)算未得到速度V時(shí)，則返回步驟B中。

本發(fā)明的有益效果是：采用光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片作為核心單元，使得本裝置的成本大大降低，并且，由于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的成熟，使得本方法的可靠性大大提高，由于光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片內(nèi)置了圖像處理算法，也使得本方法的應(yīng)用難度大大降低。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于光學(xué)鼠標(biāo)傳感器的流體速度測(cè)量裝置系統(tǒng)框圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的流體速度測(cè)量方法的流程圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的流體速度測(cè)量裝置安裝在管道內(nèi)測(cè)量管道內(nèi)流體速度的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的流體速度測(cè)量裝置的三維結(jié)構(gòu)和待測(cè)流體流動(dòng)方向的示意圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的流體速度測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)主視圖。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供流體速度測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。

圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供流體速度測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)底視圖。

圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的利用光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片作為測(cè)量傳感器的測(cè)量實(shí)例所得的圖像數(shù)據(jù)。

具體實(shí)施方式

附圖標(biāo)記：1-測(cè)量管道內(nèi)流體速度時(shí)的管道，2-流體速度測(cè)量裝置，3-為光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片，4-光學(xué)鏡頭，5-線激光器，6-激光器支架，7-密封擋板，8-控制電路，9-測(cè)量平面。

圖1示出了本發(fā)明提供的基于光學(xué)鼠標(biāo)傳感器的流體速度測(cè)量裝置, 所述流體速度測(cè)量裝置包括控制電路8、光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片3、光學(xué)鏡片4、線激光器5、激光器支架6及密封擋板7，所述光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片3設(shè)于所述控制電路8的一端，所述激光器支架6設(shè)于所述控制電路8的另一端，所述密封擋板7設(shè)于所述激光器支架6上，所述線激光器5設(shè)于所述密封擋板7上，所述光學(xué)鏡片4設(shè)于所述密封擋板7上，所述光學(xué)鏡頭4透過(guò)所述密封擋板7與所述光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片3對(duì)應(yīng)，所述控制電路8，用于接收光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片采集的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，在單位時(shí)間內(nèi)的位移量從而獲得待測(cè)流體的速度。

由光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片3，光學(xué)鏡頭4，線激光器5，激光器支架6，密封擋板7，控制電路8構(gòu)成。發(fā)明該方法和裝置的目的是克服現(xiàn)有方法的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，低成本，通用性強(qiáng)的流體速度測(cè)量方法和裝置。該方法和裝置可以應(yīng)用在氣體和液體的速度測(cè)量，同時(shí)可以應(yīng)用于封閉管道內(nèi)的流體速度測(cè)量，也可以應(yīng)用于開(kāi)放式流體的速度測(cè)量。該方法和裝置利用光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片作為傳感器單元，工作可靠成本低。該方法和裝置利用線激光器作為光源，對(duì)待測(cè)流體進(jìn)行照射時(shí)可以產(chǎn)生位于待測(cè)流體內(nèi)的測(cè)量平面，平面內(nèi)的微細(xì)顆粒被照亮后通過(guò)漫反射，經(jīng)過(guò)光學(xué)鏡頭進(jìn)入光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片，從而測(cè)量微細(xì)顆粒的位移，再通過(guò)控制電路進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)的位移量，從而得到待測(cè)流體的速度。通過(guò)采用光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片作為本發(fā)明的核心單元，使得本方法和裝置的成本大大降低，并且，由于 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的成熟，使得本方法的可靠性大大提高，由于光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片內(nèi)置了圖像處理算法，既可以測(cè)量氣體的速度也可以測(cè)量液體的速度。既可以應(yīng)用于封裝管道的流體速度測(cè)量，也可以應(yīng)用于開(kāi)放式的流體速度測(cè)量。利用線激光器作為光源，穩(wěn)定性好，分辨能力強(qiáng)，線激光器5可由控制電路控制測(cè)量時(shí)才打開(kāi)，以降低系統(tǒng)功耗。測(cè)量平面可以通過(guò)光學(xué)鏡頭的設(shè)計(jì)進(jìn)行選擇與傳感器的距離，適應(yīng)性強(qiáng)。

所述光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片3的光學(xué)接收主軸線與所述光學(xué)鏡頭4的光學(xué)軸線同軸。

所述光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片3的光學(xué)接收主軸線與所述線激光器5的法向方向垂直相交。

所述光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片3的光學(xué)接收主軸線和所述光學(xué)鏡頭5的光學(xué)軸線與所述線激光器的照射平面垂直。

所述光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片3和所述光學(xué)鏡頭5的所在平面與所述線激光器的5照射平面平行，并且相隔一定距離。

所述光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片3和所述光學(xué)鏡頭5所在平面的距離為光學(xué)鏡頭5的焦距。

所述線激光器的法向方向與待測(cè)流體的流動(dòng)方向垂直。

所述控制電路包括處理器MCU、激光器開(kāi)關(guān)模塊及供電模塊，所述處理器MCU的輸出端連接所述激光器開(kāi)關(guān)模塊的輸入端，所述激光器開(kāi)關(guān)模塊的輸出端連接所述線激光器的控制端，所述處理器MCU的輸入端連接光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片的信號(hào)輸出端，所述供電模塊電性連接所述處理器MCU、激光器開(kāi)關(guān)模塊、線激光器及光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片

本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于所述流體速度測(cè)量裝置的流體速度測(cè)量方法，所述流體速度測(cè)量方法包括以下步驟：

A、在開(kāi)始測(cè)量之前系統(tǒng)先對(duì)光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片進(jìn)行初始化處理；

B、控制電路記錄系統(tǒng)時(shí)間t1并對(duì)光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片發(fā)送清零指令；

C、數(shù)據(jù)讀取周期內(nèi)進(jìn)行延時(shí)等待并直至延時(shí)結(jié)束；

D、再次讀取系統(tǒng)時(shí)間t2并讀取測(cè)量到的顆粒位移結(jié)果d；

E、通過(guò)測(cè)量的位移除以時(shí)間計(jì)算得到流體的速度，其公式為：v=d/(t2-t1)；在分析計(jì)算得到速度V時(shí)，則完成一個(gè)測(cè)量周期；在分析計(jì)算未得到速度V時(shí)，則返回步驟B中。

如圖1所示，為本實(shí)施方式的系統(tǒng)框圖，其中測(cè)量系統(tǒng)主要包括控制電路8，光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片3，光學(xué)鏡頭4和線激光器5，而測(cè)量對(duì)象可以是管道或開(kāi)放空間的待測(cè)流體?？刂齐娐?可以控制線激光器5的開(kāi)關(guān)，測(cè)量時(shí)才打開(kāi)激光器，不測(cè)量時(shí)則關(guān)閉以降低系統(tǒng)功耗?？刂齐娐?同時(shí)負(fù)責(zé)光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片3的控制與數(shù)據(jù)讀取。線激光器5照射待測(cè)流體，然后激光通過(guò)散射，經(jīng)過(guò)光學(xué)鏡頭4投影在光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片3上進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)。

如圖2所示，為本實(shí)施方式的系統(tǒng)流程圖，此過(guò)程主要由控制電路8對(duì)光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片3發(fā)送命令實(shí)現(xiàn)。測(cè)量開(kāi)始前系統(tǒng)先對(duì)光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片3進(jìn)行初始化，然后控制電路8記錄系統(tǒng)時(shí)間t1并對(duì)光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片3發(fā)送清零命令，之后系統(tǒng)延時(shí)等等一個(gè)測(cè)量周期，等等延時(shí)完成 后，便再次讀取系統(tǒng)時(shí)間t2并讀取測(cè)量的位移結(jié)果d，通過(guò)測(cè)量的位移除以時(shí)間以得到流體的速度，即是v=d/(t2-t1)，以完成一個(gè)測(cè)量周期。，激光器支架6，密封擋板7，控制電路（8）構(gòu)成的三維空間示意圖。光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片3安裝在控制電路8上，而光學(xué)鏡頭4和線激光器5安裝在密封擋板7上，并且光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片4的光學(xué)軸線同軸，并與線激光器5的法向方向垂直相交，如此則可以得到最優(yōu)的成像效果。待測(cè)流體的流動(dòng)方向與線激光器5的法向方向垂直，如此可以減小突出的激光器對(duì)流體流動(dòng)的影響。

如圖6所示，為本實(shí)施方式的側(cè)視圖。光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片3和光學(xué)鏡頭4在所在平面應(yīng)該與線激光器5的照射平面平行，并且相隔一定距離，光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片3和光學(xué)鏡頭4所在平面的距離應(yīng)該為光學(xué)鏡頭4的焦距，而光學(xué)鏡頭4所在平面與線激光器5的照射平面的距離則為所設(shè)計(jì)的待測(cè)流體的空間位置。

如圖8所示，為本實(shí)施方式的一個(gè)測(cè)量實(shí)例。圖中顯示為光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片3的測(cè)量結(jié)果，此數(shù)據(jù)通過(guò)控制電路8讀出，為一個(gè)18×18的矩陣。此測(cè)量實(shí)例采用的光學(xué)鼠標(biāo)傳感器芯片3型號(hào)為MCS-12085，其幀數(shù)刷新率為1500 fps，最大測(cè)量速度為12 ips，可以達(dá)到400 cpi的分辨率。若采用ADNS-3080型號(hào)芯片，則幀數(shù)刷新率更可達(dá)為6469 fps，最大測(cè)量速度為40 ips，分辨率可達(dá)1600 cpi。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。