CN111623854B - 液面检测系统及应用该系统的液面检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明的公开一种液面检测系统及应用该系统的液面检测方法，液面检测系统适用于容器，容器用以容纳液体且包括容纳体和盖体，盖体设置于容纳体上。液面检测系统包括浮标、第二通讯模块、第二陀螺仪及处理器。浮标包括光电测距组件、第一陀螺仪及第一通讯模块，光电测距组件及第一陀螺仪电性连接第一通讯模块，光电测距组件面向盖体以量测光电测距组件与盖体之间的一距离值，第一通讯模块用以传送第一陀螺仪的信号。第二陀螺仪配置于盖体。第二通讯模块配置于盖体且电性连接第二陀螺仪用以传送第二陀螺仪的信号。处理器用以：判断第一陀螺仪的垂直轴向与第二陀螺仪的垂直轴向是否平行；及，当第一陀螺仪的垂直轴向与第二陀螺仪的垂直轴向平行时，依据光电测距组件所量测的距离值，计算液体的体积。

Description

液面检测系统及应用该系统的液面检测方法

技术领域

本发明涉及一种液面检测系统及应用该系统的液面检测方法，且特别是有关于一种具有两个陀螺仪的液面检测系统及应用该系统的液面检测方法。

背景技术

传统的液面检测主要是通过光电测距组件内部发出光源，光源通过透明树脂全反射至光电测距组件的接收器，但遇到液面时，部分光线将折射至液体，从而光电测距组件检测全反射回来光量值的减少来监控液面。然而，这样的方式并不适用于低反光率(反光量不足，可能导致所测距离值的准确度低)或非透明的液体。

发明内容

根据本发明的一实施例，提出一种液面检测系统。液面检测系统适用于一容器，容器用以容纳一液体且包括一容纳体和一盖体，盖体设置于容纳体上。液面检测系统包括一浮标、一第二通讯模块、一第二陀螺仪及一处理器。浮标用以漂浮在液体上且包括一光电测距组件、一第一陀螺仪及一第一通讯模块，光电测距组件及第一陀螺仪电性连接第一通讯模块，光电测距组件面向盖体以量测光电测距组件与盖体之间的一距离值，第一通讯模块用以传送第一陀螺仪的信号。第二陀螺仪配置于盖体。第二通讯模块配置于盖体且电性连接第二陀螺仪，且用以传送第二陀螺仪的信号。处理器用以：判断第一陀螺仪的垂直轴向与第二陀螺仪的垂直轴向是否平行；及，当第一陀螺仪的垂直轴向与第二陀螺仪的垂直轴向平行时，依据光电测距组件所量测的距离值，计算液体的体积。

根据本发明的另一实施例，提出一种液面检测方法。液面检测方法包括以下步骤。提供如前述的液面检测系统；依据第一陀螺仪的信号及第二陀螺仪的信号，判断第一陀螺仪的垂直轴向与第二陀螺仪的垂直轴向是否平行；以及，当第一陀螺仪的垂直轴向与第二陀螺仪的垂直轴向平行时，依据光电测距组件所量测的距离值，计算液体的体积。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1A绘示依照本发明一实施例的液面检测系统的示意图；

图1B绘示图1A的容器倾斜时的示意图；

图2绘示依照本发明另一实施例的液面检测系统的示意图；

图3绘示依照本发明另一实施例的液面检测系统的示意图；

图4绘示依照本发明另一实施例的液面检测系统的示意图；

图5绘示依照本发明另一实施例的浮标的示意图；

图6绘示依照本发明一实施例的液面检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

请参照图1A及1B，图1A绘示依照本发明一实施例的液面检测系统100的示意图，而图1B绘示图1A的容器110倾斜时的示意图。

液面检测系统100包括浮标120、第二通讯模块130、第二陀螺仪140、处理器150及第二电池160。处理器150例如是微控制器(microcontroller,MCU)。第二通讯模块130及/或处理器150例如是采用半导体工艺所形成的硬件电路(circuit)组件。

液面检测系统100适用于容器110。容器110可装配于交通工具、厂房或其它合适设备。容器110用以容纳液体L且包括盖体111及容纳体112。盖体111可设置于容纳体112上。液体L例如是水、油或化学液体。浮标120漂浮在液体L上且包括光电测距组件121、第一陀螺仪122及第一通讯模块123。光电测距组件121及/或第一通讯模块123例如是采用半导体工艺所形成的硬件电路组件。光电测距组件121及第一陀螺仪122电性连接第一通讯模块123，光电测距组件121面向盖体111，以量测光电测距组件121与盖体111之间的距离值D。第一通讯模块123用以传送第一陀螺仪122的信号S1及距离值D。第二陀螺仪140及第二通讯模块130配置于盖体111。第二陀螺仪140电性连接第二通讯模块130。第二通讯模块130用以传送第二陀螺仪的信号S2。处理器150用以(1)依据第一陀螺仪122的信号S1及第二陀螺仪140的信号S2，判断第一陀螺仪122的垂直轴向Z1与第二陀螺仪140的垂直轴向Z2是否平行，且(2)当第一陀螺仪122的垂直轴向Z1与第二陀螺仪140的垂直轴向Z2平行(如图1A所示)时，依据光电测距组件121所量测的距离值D，计算液体L的体积。由于本发明实施例的光电测距组件121朝向盖体111发出检测光，因此不受液体L的透明度的影响。换言之，即使液体L为低反光率(如不透明)液体，也不影响距离值D的量测。在一实施例中，为了增加光电测距组件121的检测光自盖体111的反射量，可选择性地于盖体111的下表面111b形成一反射层(未绘示)，其中下表面111b朝向光电测距组件121。

此外，第一陀螺仪122的垂直轴向Z1与第二陀螺仪140的垂直轴向Z2平行时，处理器150计算液体L的体积(液体存量)，因此可减轻处理器150的运算负担，且所计算得出的液体体积与容器110内液体L的实际存量之间的误差最小。第一陀螺仪122例如是多轴陀螺仪，如三轴陀螺仪，其中垂直轴向Z1为多轴的其中一轴。第二陀螺仪140及垂直轴向Z1分别具有类似或同于第一陀螺仪122及垂直轴向Z2的特征，于此不再赘述。

如图1B所示，当容器110倾斜时，第一陀螺仪122的垂直轴向Z1与第二陀螺仪140的垂直轴向Z2之间的夹角θ不等于0或180度(即非平行)，处理器150可不计算液体L的体积，以避免增加处理器150的运算负担。如此，本发明实施例的液面检测系统100的适用容器110可采用可移动式容器。

在实施例中，液体L存放于容纳体112的容纳空间112r内。虽然未绘示，然液面检测系统100可更包括一显示组件，显示组件与处理器150电性连接且可显示液体L的体积的值。显示组件例如是屏幕或指示器，如指示灯号。前述显示组件可配置在盖体111、容纳体112或容器110的外部。此外，虽然未绘示，然液面检测系统100可包括一声音产生组件，声音产生组件与处理器150电性连接。当计算出的液体L的体积低于一默认值时，处理器150可控制声音产生组件发出提示音，以提醒使用者容器110内液体L的存量处于一低存量状态。前述默认值例如是容纳体112的容纳空间112r的总体积的10％、更低或更高。前述声音产生组件可配置在盖体111、容纳体112或容器110的外部。监控人员可通过计算所得的液体L的体积或提示音执行对应处置，如补充液体等。

如图1A及1B所示，无论浮标120漂浮在液体L的任何位置，第一陀螺仪122的垂直轴向Z1皆沿同一方向，使第一陀螺仪122的垂直轴向Z1提供一固定参考。如此，可藉由判断第二陀螺仪140的垂直轴向Z2相对此固定参考的差异变化，得知容器110的姿态为正摆(如图1A所示)、斜摆(如图1B所示)或摇晃。此外，由于浮标120无论漂浮在液体L的任何位置，第一陀螺仪122的垂直轴向Z1皆沿同一方向，因此当将浮标120置于容纳体112内时，可不考虑特别浮标120的位置，也不需特别考虑浮标120的固定问题。

在本实施例中，处理器150配置在浮标120及容器110外，例如是配置在后端的服务器。在另一实施例中，液面检测系统100可省略处理器150。第一通讯模块123例如是无线通信模块，其用以传送第一陀螺仪122的信号S1及光电测距组件121所量测的距离值D给处理器150，而第二通讯模块130例如是无线通信模块，其用以传送第二陀螺仪140的信号S2给处理器150。本文的无线通信模块例如是WiFi通讯模块、蓝牙通讯模块或其它符合通讯协议的通讯模块，本发明实施例不限定无线通信模块的种类。处理器150依据第一陀螺仪122的信号S1及第二陀螺仪140的信号S2判断第一陀螺仪122的垂直轴向Z1与第二陀螺仪140的垂直轴向Z2是否平行。当第一陀螺仪122的垂直轴向Z1与第二陀螺仪140的垂直轴向Z2平行时，处理器150方计算液体L的体积。在另一实施例中，第二通讯模块130可将第二陀螺仪140的信号S2传送给第一通讯模块123，再由第一通讯模块123将第二陀螺仪140的信号S2及第一陀螺仪122的信号S1传送给处理器150进行运算。或者，第一通讯模块123可将第一陀螺仪122的信号S1传送给第二通讯模块130，再由第二通讯模块130将第二陀螺仪140的信号S2及第一陀螺仪122的信号S1传送给处理器150进行运算。在其它实施例中，第二通讯模块130与第一通讯模块123也可通过线路(未绘示)电性连接，使第一陀螺仪122的信号S1及第二陀螺仪140的信号S2通过有线方式传送。

在实施例中，处理器150更用以：依据容器110的容纳空间112r的截面积A(图1A以标示A表示容纳空间112r的俯视面积)、容器110的容纳空间112r的高度H、光电测距组件121的感测面121u与液体L的液面Le之间的距离值h及光电测距组件121所量测的距离值D计算液体L的体积。详言之，处理器150可依据下式(1)计算液体L的体积VL。下式(1)适合容纳空间112r属于规则形状的情况，例如容纳空间112r的截面积A沿高度是不变(常数)。前述的截面积A的值、高度H的值、距离值h的值可预先储存于处理器150或另外的储存单元(如内存)中。

VL＝A×(H-h-D)...........................(1)

在另一实施例中，处理器150依据距离值D与液体体积的一对应关系(未绘示)，计算或查表取得对应距离值D的液体L的体积。此对应关系例如是离散数值关系(如表格)或曲线方程式。此对应关系可预先以容器110进行距离值D与液体体积的关系的实验得知。在取得对应关系后，此对应关系可储存于处理器150或另外的储存单元(如内存)中。当容器110的容纳空间112r为不规则形状时，仍可通过预先实验获得的对应关系，查表取得对应距离值D的液体体积。

如图1A所示，浮标120更包括浮标体124，前述光电测距组件121、第一陀螺仪122及第一通讯模块123可配置在浮标体124内，以避免受到液体L的侵害。此外，浮标120更包括第一电池125，其电性连接于光电测距组件121、第一陀螺仪122及第一通讯模块123，以供电给此些组件。此外，第二电池160配置在盖体111，其电性连接于第二通讯模块130及第二陀螺仪140，以供电给此些组件。虽然未图示，然浮标120更包括配重，其配置在浮标体124的底部。

请参照图2，其绘示依照本发明另一实施例的液面检测系统200的示意图。液面检测系统200包括浮标220、第二通讯模块130、第二陀螺仪140、处理器150、第二电池160及连接线270。液面检测系统200可适用于容器110。本发明实施例的液面检测系统200具有类似或同于前述液面检测系统100的特征，不同处在于，液面检测系统200的处理器150配置在浮标220中且第二通讯模块130与浮标220的第一通讯模块123是以连接线270电性连接。

如图2所示，处理器150配置在浮标220的浮标体124内，且电性连接于光电测距组件121、第一陀螺仪122及第一通讯模块123，以接收光电测距组件121传来的距离值D、第一陀螺仪122传来的信号S1及第一通讯模块123传来的第二陀螺仪130的信号S2(第一通讯模块123自第二通讯模块130接收)。在本实施例中，第一陀螺仪122的信号S1是由实体的连接线270传送。然在另一实施例中，液面检测系统200可省略连接线270，在此情况下，第二陀螺仪140的信号S2以无线传输方式传送给第一通讯模块123，再由第一通讯模块123传送给处理器150进行运算。液面检测系统200的处理器150计算液体L的体积方式类似或同于前述液面检测系统100的处理器150的计算方式，容此不再赘述。

请参照图3，其绘示依照本发明另一实施例的液面检测系统300的示意图。液面检测系统300包括浮标120、第二通讯模块130、第二陀螺仪140、处理器150、第二电池160及连接线270。液面检测系统300可适用于容器110。本发明实施例的液面检测系统300具有类似或同于前述液面检测系统100的特征，不同处在于，液面检测系统300的处理器150配置在盖体111中且第二通讯模块130与浮标120的第一通讯模块123是以连接线270电性连接。

如图3所示，处理器150配置在盖体111内，且电性连接于第二陀螺仪140及第二通讯模块130，以接收第二陀螺仪140传来的信号S2及第二通讯模块130传来的第一陀螺仪122的信号S1及距离值D(第二通讯模块130自第一通讯模块123接收)。在本实施例中，第一陀螺仪122的信号S1是由实体的连接线270传输。然在另一实施例中，液面检测系统300可省略连接线270，在此情况下，第一陀螺仪122的信号S1及距离值D可以无线传输方式传送给第二通讯模块130，再由第二通讯模块130传送给处理器150进行运算。液面检测系统200的处理器150计算液体L的体积方式类似或同于前述液面检测系统100的处理器150的计算方式，容此不再赘述。

综上可知，第一通讯模块122、第二通讯模块130与处理器150之间的信号传输可通过有线及/或无线方式传输。

请参照图4，其绘示依照本发明另一实施例的液面检测系统400的示意图。液面检测系统400包括浮标120、第二通讯模块130、第二陀螺仪140、处理器150、第二电池160及连接线470。液面检测系统400可适用于容器410。在另一实施例中，液面检测系统400可省略处理器150。在本发明实施例中，液面检测系统400的适用容器410包含盖体411及容纳体412，其中盖体411与浮标120以连接线470连接。

如图4所示，盖体411可设置于容纳体412上。例如，容器410的容纳体412具有一开孔412a，盖体411可拆卸地(如螺合或卡合)配置在容纳体412的开孔412a。连接线470连接浮标120的浮标体124与盖体411。如此，当盖体411自容纳体412拆卸后，可通过连接线470将浮标120自容纳体411内拉出。在实施例中，连接线470为非导电线。在另一实施例中，连接线470可以是导电线，且电性连接第一通讯模块122与第二通讯模块130。此外，前述图2的液面检测系统200的适用容器110可改由容器410取代，且前述图3的液面检测系统300的适用容器110也可改由容器410取代。

请参照图5，其绘示依照本发明另一实施例的浮标520的示意图。浮标520包括浮标体524、光电测距组件121、第一陀螺仪122(未绘示)、第一通讯模块123(未绘示)及第一电池125(未绘示)。浮标体524具有一弧状上表面524u，上表面524u从光电测距组件121的周围往外延伸，以将沾附在上表面524u或光电测距组件121的感测面121u上的流体L引导至离开浮标体524，避免流体L残留在感测面121u上而负面影响光电测距组件121的感测精度。

此外，浮标体524的外表面可形成有一涂料(未绘示)，以防止液体L沾黏在浮标体524的外表面上。涂料例如是奈米涂料或防污涂料，可有效防止浓稠或高黏性的液体L沾黏在浮标体524的外表面上。

请参照图6，其绘示依照本发明一实施例的液面检测方法的流程图。

在步骤S110中，提供前述液面检测系统100。

在步骤S120中，液面检测系统100的处理器150依据第一陀螺仪122的信号S1及第二陀螺仪140的信号S2，判断第一陀螺仪122的垂直轴向Z1与第二陀螺仪140的垂直轴向Z2是否平行。当第一陀螺仪122的垂直轴向Z1与第二陀螺仪140的垂直轴向Z2平行时，流程进入步骤S130；当第一陀螺仪122的垂直轴向Z1与第二陀螺仪140的垂直轴向Z2非平行时，流程进入步骤S140。

在步骤S130中，当第一陀螺仪122的垂直轴向Z1与第二陀螺仪140的垂直轴向Z2平行(如图1A所示)时，处理器150依据光电测距组件121所量测的距离值D，计算液体L的体积VL。

在步骤S140中，当第一陀螺仪122的垂直轴向Z1与第二陀螺仪140的垂直轴向Z2非平行(如图1B所示)时，处理器150不计算液体L的体积VL，以减轻处理器150的运算负担。换言之，本发明实施例的液面检测方法是在第一陀螺仪122的垂直轴向Z1与第二陀螺仪140的垂直轴向Z2平行时方计算液体L的体积VL，因此能有效减轻处理器150的运算负担。

液面检测系统200、300及/或400的液面检测方法具有类似或同于液面检测系统100的液面检测方法的流程，于此不再赘述。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种液面检测系统，适用于一容器，该容器用以容纳一液体且包括一容纳体和一盖体，该盖体设置于该容纳体上，其特征在于，该液面检测系统包括：

一浮标，用以漂浮在该液体上且包括一光电测距组件、一第一陀螺仪及一第一通讯模块，该光电测距组件及该第一陀螺仪电性连接该第一通讯模块，该光电测距组件面向该盖体，以量测该光电测距组件与该盖体之间的一距离值，该第一通讯模块用以传送该第一陀螺仪的信号及该距离值；

一第二陀螺仪，配置于该盖体；

一第二通讯模块，配置于该盖体且电性连接该第二陀螺仪，且用以传送该第二陀螺仪的信号；及

一处理器，用以：

依据该第一陀螺仪的信号及该第二陀螺仪的信号，判断该第一陀螺仪的垂直轴向与该第二陀螺仪的垂直轴向是否平行；及

当该第一陀螺仪的该垂直轴向与该第二陀螺仪的该垂直轴向平行时，依据该光电测距组件所量测的该距离值，计算该液体的一体积。

2.如权利要求1所述的液面检测系统，其特征在于，当该处理器配置在该浮标时，该处理器电性连接该光电测距组件、该第一陀螺仪及该第一通讯模块，该第二通讯模块用以传送该第二陀螺仪的信号给该第一通讯模块；当该处理器配置在该盖体时，该处理器电性连接该第二陀螺仪及该第二通讯模块，该第一通讯模块用以传送该第一陀螺仪的信号及该光电测距组件所量测的该距离值给该第二通讯模块。

3.如权利要求1所述的液面检测系统，其特征在于，该处理器配置在该浮标及该容器外，且该第一通讯模块用以传送该第一陀螺仪的信号及该光电测距组件所量测的该距离值给该处理器，而该第二通讯模块用以传送该第二陀螺仪的信号给该处理器。

4.如权利要求1所述的液面检测系统，其特征在于，该处理器还用以：

依据该容器的截面积、该容器的高度、该光电测距组件与该液体的液面之间的距离值及该光电测距组件所量测的该距离值计算该液体的该体积。

5.如权利要求1所述的液面检测系统，其特征在于，该处理器还用以：

依据该距离值与该体积的一对应关系，取得对应该距离值的该液体的该体积。

6.如权利要求1所述的液面检测系统，其特征在于，该浮标还包括一第一电池，该盖体还包括一第二电池，该第一电池电性连接于该光电测距组件、该第一陀螺仪及该第一通讯模块，该第二电池电性连接于该第二陀螺仪及该第二通讯模块。

7.如权利要求1所述的液面检测系统，其特征在于，该容器具有一开口，该盖体整个配置在该开口，该液面检测系统还包括一连接线，该连接线连接该盖体与该浮标。

8.如权利要求1所述的液面检测系统，其特征在于，该浮标具有一弧状上表面，该弧状上表面从该光电测距组件的周围往外延伸。

9.如权利要求1所述的液面检测系统，其特征在于，该浮标的外表面形成有一涂料，以防止该液体沾黏在该浮标的外表面上。

10.一种液面检测方法，其特征在于，包括：

提供一液面检测系统，该液面检测系统适用于一容器，该容器用以容纳一液体且包括一容纳体和一盖体，该盖体设置于该容纳体上，该液面检测系统包括：

一浮标，用以漂浮在该液体上且包括一光电测距组件、一第一陀螺仪及一第一通讯模块，该光电测距组件及该第一陀螺仪电性连接该第一通讯模块，该光电测距组件面向该盖体，以量测该光电测距组件与该盖体之间的一距离值，该第一通讯模块用以传送该第一陀螺仪的信号及该距离值；

一第二陀螺仪，配置于该盖体；

一第二通讯模块，配置于该盖体且电性连接该第二陀螺仪，且用以传送该第二陀螺仪的信号；及

一处理器；

依据该第一陀螺仪的信号及该第二陀螺仪的信号，判断该第一陀螺仪的垂直轴向与该第二陀螺仪的垂直轴向是否平行；以及

当该第一陀螺仪的该垂直轴向与该第二陀螺仪的该垂直轴向平行时，依据该光电测距组件所量测的该距离值，计算该液体的该体积。

11.如权利要求10所述的液面检测方法，其特征在于，还包括：

当该第一陀螺仪的该垂直轴向与该第二陀螺仪的该垂直轴向非平行时，不计算该液体的该体积。

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