CN101430219A - 光学式水位计 - Google Patents

Abstract

本发明是一种光学式水位计，其基本原理是于一个混合燃料槽的一处安置一光发射装置，并在另一侧设有另一光接收装置，又混合溶液具有一高水位高度与低水位高度，并具有一高度水位，当测试光从光发射装置发射出来，并透过该燃料混合槽，又透过该混合溶液中高水位高度的位置，又经过混合溶液到达低水位高度的位置，最后到达光接收装置，该测试光源在经过混合溶液时，因不同的液面高度，在光接收装置端，会呈现不同的变化，上述所呈现的结果可经由实验的数据结果，来分析液面的高度或是有无液体的存在。

Description

光学式水位计

技术领域

本发明关于一种光学式水位计，更进一步详细而言，为一种用于燃料电池系统中，针对燃料混合槽内燃料溶液的液体高度计量，该水位计可有效提供燃料电池系统中，燃料存量的正确分析计量或是提供有无液体的信息。

背景技术

燃料电池，是继续添加燃料以维持其电力，其中最适合可携式微小型系统，包括质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell；PEMFC)和直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell；DMFC)，此二者皆能在室温下运作，具备体积小、重量轻、方便电池堆设计等优点。其中在燃料的添加部分，需要有一机制来得知目前燃料的浓度，而浓度与燃料的液面高度有一定的关系存在，若能有一测量高度的水位计或是提供有无液体的信息让使用者补充燃料，必定能获得这方面问题的解决。又，本发明采用光学的方式，并不会直接接触燃料的部分，更可确保燃料的稳定性，且本光学方式，可以模块化制造，达到精准、精确、大量生产与价格低廉等的功效。

有鉴于上述等问题，本发明提供一种光学式水位计，使得习知技术中要解决燃料储存量的问题，藉由本发明能有效的解决上述的问题。

发明内容

本发明的目的为提供一种光学式水位计，其中该光学式水位计为使一燃料电池系统中，透过光学组件燃料混合槽中混合溶液的液面高度或是有无燃料的存在。

本发明另一目的为利用至少两个以上的光接收装置，可以确定该燃料混合槽中的混合溶液是否处于水平状态。

本发明的又一目的，可依上述光学式水位计来判定除该混合溶液高度外，更可经由实验分析中得到一浓度相对应参考值，进而于适当时候，补充高浓度溶液，用以维持燃料混合槽能保持一可工作浓度。

本发明的再一目的，可依上述光学式水位计来判定除该混合溶液高度外，也可判定燃料匣使用状况，进一步提醒使用者补充燃料。

上述本发明的目的实现，其基本原理是于一个混合燃料槽的一处安置一光发射装置，并在另一侧设有另一光接收装置，该光发射装置与光接收装置位于同一法线，其中，该法线对应的意义，为使测试光源于入射时，不因不同介质所造成的折射与反射变化，而影响侦测结果，又燃料混合槽中有混合溶液，该混合溶液具有一高水位高度与低水位高度，并具有一高度水位，当测试光从光发射装置发射出来，并透过该燃料混合槽，又透过该混合溶液中高水位高度的位置，又经过混合溶液到达低水位高度的位置，最后到达光接收装置，该测试光源再经过混合溶液时，因不同的液面高度，在光接收装置端，会呈现不同的变化，上述所呈现的结果可经由实验的数据结果，来分析液面的高度；该光发射装置与光接收装置可为一个或数个组件的组成，非只限定一组的结合，即一对一、一对多，多对一，多对多的组合。另一实施形态，是将上述该光发射装置模块置放于燃料混合槽内部的水平均匀装置的一处，可使得该溶液槽可不必水平放置，仍可保持正常的测量，也可外加机械结构控制水平均匀装置将液面强制压缩至一水平状态，以适合在任一状态下，皆能正常测量。

为使熟悉该项技艺人士了解本发明的目的、特征及功效，兹藉由下述具体实施例，并配合图式，对本发明详加说明如后。

附图说明

图1为本发明光学式水位计第一具体实施例的示意图；

图2为本发明光学式水位计第二具体实施例的立体视图；

图3为本发明光学式水位计第三具体实施例的示意图；

图4为本发明光学式水位计第四具体实施例的步骤流程图；以及

图5为本发明光学式水位计第五具体实施例的立体视图。

主要组件符号说明

燃料混合槽 110

混合溶液 120

高水位高度位置 121

水位高度 122

低水位高度位置 123

光发射装置 130

光接收装置 140

光接收装置模块 231

光接收装置 232a、232b

光发射装置模块 240

光发射装置 241

光穿透反射镜 242a、242b

光路径 301、302、303、304

数据控制输出端 501

水平均匀装置 502

具体实施方式

参考图1所示，其为本发明光学式水位计第一具体实施例的示意图，该示意图用以说明本发明的基本动作方式，其中该组件部分可为一个或数个组件的组成；又该示意图中包含有一光发射装置130、光接收装置140、燃料混合槽110及混合溶液120等等。

上述连接方式，其是于燃料混合槽110的一处装置一光发射装置130，并在其对应侧装置一光接收装置140，该对应方式的方式为在同一法线150；上述光发射装置130为一可发出可见光或非可见光的发光体，可为一雷射、雷射半导体或光发射二极管(LED)等等，而光接受装置140为一可接收可见光或非可见光的装置，以本发明为例，可接收来自光发射装置130的光源，可为一P-I-N光侦测器或APD光侦测器等等；又该燃料混合槽110中的燃料混合溶液120可定义一高水位高度位置121、水位高度122和一低水位高度位置123，该高水位高度位置121为一混合溶液的最高水位位置，低水位高度123为一混合溶液最低水位位置，该最低水位位置也可是燃料混合槽110的底部，而水位高度122为混合溶液120的高水位高度位置121与低水位高度123的液面差。

本发明的基本原理是于一个混合燃料槽110的一处安置一光发射装置130，而在另一侧设有另一光接收装置140，该光发射装置130与光接收装置140位于同一法线150上，该法线150对应的意义，为使测试光源于入射时，不因不同介质所造成的折射与反射变化，而影响侦测结果；若假设燃料混合槽110中有混合溶液120，该混合溶液120具有一高水位高度位置121与低水位高度123，并具有一高度水位122，当测试光从光发射装置130发射出来，并透过该燃料混合槽110，又透过该混合溶液120中高水位高度位置121的位置，又经过混合溶液120到达低水位高度位置123的位置，最后到达光接收装置140，该测试光源在经过混合溶液时，因不同的液面高度，在光接收装置140端，会呈现不同的变化，上述所呈现的结果可经由实验的数据结果，来分析液面的高度；该光发射装置130与光接收装置140可为一个或数个组件的组成，非只限定一组的结合，即一对一、一对多，多对一，多对多的组合。

参考图2所示，其为本发明光学式水位计第二具体实施例的立体视图，该组成有燃料混合槽110、混合溶液120、光发射装置模块240、光接收装置模块231、光发射装置241、光穿透反射镜242a和242b及光接收装置232a和232b。

上述连接方式，其是由一光发射装置模块240附于燃料混合槽110的一处，并于另一侧置放一光接收装置模块231，而测试光源经由混合燃料120的高水位高度到达低水位高度；上述，光发射装置模块240是由光发射装置241与光穿透反射镜242a与242b所组成，也包含驱动该光发射装置241的驱动电路，而光接收装置模块231也同时包含有光接收装置232a和232b，还有驱动该光接收装置232a和232b的电路装置，该电路装置可连接到一分析处理的微处理控制器。

本发明最佳实施例是透过一光穿透反射镜242a与242b将同一光发射装置241的测试光源，一分为二，并以法线投射至对应的光接收装置232a和232b，此实施例可于检测时，只需一单一测试光源即可实现多组光接收装置同时检测分析，另一优点可经由两个或两个以上的测试光源与光接收装置来判定该水位高度是否是水平一致，该水平一致的确定，可使燃料混合槽110内的混合溶液120的体积判定更加准确，此外，该光发射装置模块240和光接收装置模块231可为一容易置换模块。

前述实施例本发明的光学式水位计中，该光发射装置模块240中的光发射装置241是以稳定功率的方式发射光源，而该光接收装置模块231中的各个光接收装置则分别具有不同的光源感应阀值。以一具体的实施例来说，该光接收装置模块231的光接收装置232a与232b分别是具有高光源感应阀值以及低高光源感应阀值，且该光接收装置232a的光源感应阀值对应低水位，该光接收装置232b的光源感应阀值对应满水位。因此，当该燃料混合槽110的水位高于满水位时，该光接收装置232a与232b皆为未受光状态；而当该燃料混合槽110的水位介于满水位与低水位之间时，该光接收装置232a为未受光状态，但该光接收装置232b为受光状态；以及当该燃料混合槽110的水位低于低水位时，该光接收装置232a与232b皆为受光状态。故，可以依据该光接收装置模块231中的各个光接收装置的未受光状态以及受光状态，而判断该混合溶液120的液面高度。

参考图3所示，其为本发明光学式水位计第三具体实施例的示意图，该示意图可更明显表达图2最佳实施例光学装置，该组成有燃料混合槽110、混合溶液120、光发射装置模块240、光接收装置模块231、光发射装置241、光穿透反射镜242a和242b及光接收装置232a和232b与光路径301、302、303和304。

本实施例的原理为，光发射装置241发射一测试光，其测试光的路径为301并经由光穿透反射镜242a一分为二，其中一道光束直接穿透至另一光穿透反射镜242b，该光路径301另一反射光束303反射至光接收装置232a，同样，光路径302经由光穿透反射镜242b透过光路径304反射至光接收装置232b，该光接收装置232a与232b将结果传送至微处理控制单元进行分析。

参考图4所示，其为本发明光学式水位计第四具体实施例的步骤流程图，该流程图是一用于当混合溶液并非为一水平置放的溶液，会影响到溶液高度的判断，该光学式判断原理是于溶液置于水平时，判定更为准确，故本流程图将说明另一实施形态；该流程包含有几个流程，解说如下。

当于流程401中燃料混合槽内有混合溶液，此时流程402将透过光发射装置发射一测试光源，测试液面高度，流程403为一判断机制，该机制是透过至少两道光束于不同位置，透过光的分析，来判定液面是否保持在一水平，若是保持在一水平的机制，将可直接进行透过流程405来撷取测试光源的信息，再透过流程406进行分析液面高度；若经判定非为液面保持水平，则透过流程404使液面水平化后再经由判定尔后进行分析，此流程可更加确定其光学式水位计准确，实际的实施方式可见以下的说明。

参考图5所示，其为本发明光学式水位计第五具体实施例的立体视图，其包含有燃料混合槽110、混合溶液120、光发射装置模块240、光接收装置模块231、光发射装置241、光穿透反射镜242a和242b及光接收装置232a和232b，另有一数据控制输出端501和一水平均匀装置502图中未标明。

上述连接方式，其是由一光发射装置模块240附于水平均匀装置502的一处，并于另一侧置放一光接收装置模块231，而测试光源经由混合燃料120的高水位高度到达低水位高度，并有一数据控制输出端501连接至外部，其中该数据控制输出端501可提供驱动电力与数据的传送；上述，光发射装置模块240是由光发射装置241与光穿透反射镜242a与242b所组成，也包含驱动该光发射装置241的驱动电路，而光接收装置模块231也同时包含有光接收装置232a和232b，还有驱动该光接收装置232a和232b的电路装置，该电路装置可连接到一分析处理的微处理控制器。

本实施例是图2的另一实施例，其将一光发射装置模块240附于水平均匀装置502的一处，而光发射装置241发射出一测试光源，该一测试光源穿透反射镜242a与242b将该测试光源，一分为二，并以法线投射至对应的光接收装置232a和232b，此实施例可使得液面呈现水平的状态，透过两个或两个以上的测试光源与光接收装置来判定该水位高度是否是水平一致，该水平一致的确定，可使燃料混合槽110内的混合溶液120的体积判定可更加准确，可使得该溶液槽可不必水平放置，仍可保持正常的测量，也可外加机械结构控制水平均匀装置502将液面强制压缩至一水平状态，以适合在任一状态下，皆能正常测量。

以上所述，仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明作任何形式上的限制，所以，凡有在相同的创作精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。

Claims (11)

1、一种光学式水位计，包括：

一燃料混合槽，其是一具有容置燃料的空间的中空结构；

一光发射装置模块，其包括发射出测试光线的发光组件及驱动该发光组件的电气回路；以及

一光接收装置模块，其接收该测试光线，并产生对应的电气讯号输出；

其中该光发射装置模块与该光接收装置模块设置于该燃料混合槽中两相对应的位置，且该测试光源经由混合燃料的高水位高度到达低水位高度，该接收装置模块产生的电气讯号同时对应该混合燃料的溶液高度。

2、如权利要求1所述的光学式水位计，其特征在于：进一步包括一微处理控制单元，处理经由光接收装置模块所获得的电气讯号。

3、如权利要求1所述的光学式水位计，其特征在于：该光发射装置模块进一步包括有光发射装置及驱动电路。

4、如权利要求3所述的光学式水位计，其特征在于：该光发射装置选自半导体雷射二极管、雷射以及光发射二极管中的一光源。

5、如权利要求4所述的光学式水位计，其特征在于：该光接装置选自P-I-N光侦测器以及APD光侦测器中的一光侦测器。

6、如权利要求1所述的光学式水位计，其特征在于：该光接收装置模块进一步包括有复数个光接收装置以及该光接收装置的驱动电路。

7、如权利要求6所述的光学式水位计，其特征在于：该光接收装置模块中的各个光接收装置分别具有不同的光源感应阀值，且各个光接收装置的光源感应阀值分别对应该混合溶液的一液面高度。

8、一种光学式水位计，其包括：

一燃料混合槽，其是一具有容置燃料的空间的中空结构；

一光发射装置模块，其包括发射出测试光线的发光组件及驱动该发光组件的电气回路；

一光接收装置模块，其接收该测试光线，并产生对应的电气讯号输出；以及

一光穿透反射镜，其是一改变该测试光线方向的光学结构；

其中该光发射装置模块与该光接收装置模块设置于该燃料混合槽中两相对应的位置，且该测试光源经该光穿透反射镜而分为复数个光路径，并经由该燃料混合槽，以及该接收装置模块产生的电气讯号同时对应该混合燃料的溶液高度。

9、如权利要求8所述的光学式水位计，其特征在于：该光接收装置模块进一步包括复数个光接收装置分别对应该些光路径，以及进一步包括该光接收装置的驱动电路。

10、如权利要求9所述的光学式水位计，其特征在于：该光接收装置模块中的各个光接收装置则分别具有不同的光源感应阀值，且各个光接收装置的光源感应阀值分别对应该混合溶液的一液面高度。

11、如权利要求8所述的光学式水位计，其特征在于：进一步包括水平均匀装置，其用于燃料混合槽内混合溶液保持水平。

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