CN101788319B

CN101788319B - 一种油位实时监测报警装置

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Publication number: CN101788319B
Application number: CN2009102665526A
Authority: CN
Inventors: 陈育青
Original assignee: JINAN RAILWAY TIANLONG HIGH-NEW DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: JINAN RAILWAY TIANLONG HIGH-NEW DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2029-12-29
Also published as: CN101788319A

Abstract

一种油位实时监测报警装置，包括探头，其特征是：所述探头包括多组由红外发射二极管和光电接收管光学对准组成的发射接收对；多组发射接收对按照不同高度分布固装在一窄长条形的探头印刷电路板上；探头印刷电路板的顶部设有油位信号输出接点；探头印刷电路板外绝缘固装有细长筒状的保护罩。它能以细小的直径放入开口小的油箱，配合一定的电路精确稳定地完成实时监测油位的任务，对铁路所用的电液转辙机来说，它满足实用要求且能在已安装到位的电液转辙机上配用。

Description

一种油位实时监测报警装置

技术领域

本发明涉及油位监测技术领域，具体是一种油位实时监测报警装置。

背景技术

现有成熟的差压法、浮子法、液位传感器、磁致伸缩法、超声波法、调制型光学法、微波法等实时监测液位方法及装置都是用在大型油箱或油罐上的，无法安装在某些小型设备开口直径小的油箱内，如铁路上用的电液转辙机的油箱，就只能用细长的油尺通过口径很小的油尺孔放入油箱人工测量油位，而无法用现有成熟的液位监测装置监测油位。有的设计采用分段磁浮式液位传感器监测油位，但须改变油箱的结构，这对已安装到位的电液转辙机是无法做到的；有的设计采用差压法，但现有的压力传感器应用于电液转辙机上测量高度差不大的油位稳定性不够，精度差。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，满足实时监测开口直径小的油箱油位的需要，本发明的目的在于提供一种油位实时监测报警装置，它能以细小的直径放入开口小的油箱，配合一定的电路精确稳定地完成实时监测油位的任务，对铁路所用的电液转辙机来说，它满足实用要求且能在已安装到位的电液转辙机上配用。

本发明的技术方案是：一种油位实时监测报警装置，包括探头，所述探头包括多组由红外发射二极管和光电接收管光学对准组成的发射接收对；多组发射接收对按照不同高度分布固装在一窄长条形的探头印刷电路板上；探头印刷电路板的顶部设有油位信号输出接点；探头印刷电路板外绝缘固装有细长筒状的保护罩。

使用时，将带有保护罩的探头印刷电路板通过油箱上的开孔(如电液转辙机油箱上的油尺孔)插入被测油中并固定。红外发射二极管和光电接收管之间的光路上有油时的红外光透过率小于无油时的红外光透过率，从而，有油时光电接收管的光电流小于无油时的光电流，从而可输出不同的电信号，即获得油位电信号。因为探头印刷电路板上只固装了发射接收对，所以可大大缩小探头印刷电路板，从而适应开口小的油箱。

作为本发明的进一步的技术方案：

在该油位实时监测报警装置中，所述保护罩上开有与所述发射接收对相对应的漏油孔，每组发射接收对至少对应一个漏油孔。可保证油充分进入保护罩内，从而保证监测的准确性。

在该油位实时监测报警装置中，所述探头印刷电路板与保护罩之间设有用于固定支撑保护罩的电绝缘支撑装置。

更进一步的：所述探头印刷电路板中部及下部的边沿处设有矩形缺口，对应矩形缺口处卡装有用于支撑保护罩的电绝缘支撑卡。

所述电绝缘支撑卡为U形卡，U形卡的上、下端面设为与所述保护罩内表面相适应的圆弧形；U形卡两臂的内侧对称设有与探头印刷电路板的厚度相适应的矩形卡口；U形卡两臂卡装在探头印刷电路板的矩形缺口内；探头印刷电路板的矩形缺口的侧边紧密卡在U形卡两臂的矩形卡口内。

在该油位实时监测报警装置中，红外发射二极管和光电接收管之间镜头相距5mm光学对准固定，且均采用小型耐油密封封装元件。

该油位实时监测报警装置中，所述光电接收管为光电三极管或光电二极管，各光电接收管的发射极/阳极并联接地；各光电接收管的集电极/阴极分别引出一油位信号输出接点；各光电接收管的集电极/阴极还分别接其对应的负载电阻后并联接到电源正高压端。

该油位实时监测报警装置，还包括信号扫描控制电路、低通滤波及差动放大电路、整形电路、油位信息传输单元，均设置在探头外；所述油位信号输出接点连接信号扫描控制电路的输入端，信号扫描控制电路的输出端连接低通滤波及差动放大电路的输入端，低通滤波及差动放大电路的输出端连接整形电路输入端，整形电路输出端连接油位信息传输单元。

其中，整形电路可克服油的透过率的变化、光电元件灵敏度的变化及外界干扰对信号输出电压波动的影响。

更进一步的：所述信号扫描控制电路包括一集成数控多路模拟开关，所述光电接收管的负载电阻输出的直流信号电压经所述集成数控多路模拟开关加在低通滤波及差动放大电路中差动放大器的正输入端，低通滤波及差动放大电路中用小值电阻分压器从电源分出一个等于或稍大于无油时光电接收管的负载电阻输出直流信号的电压加在差动放大器的负输入端，用差动放大器的差动作用将两直流输入信号相减(相当于将有油时与无油时信号相减)，进行差动放大。使有油时与无油时的信号差放大后变为接近满幅电源电压，无油时的信号差放大后变为0V电压。于是，放大后输出电压为满幅电源电压表示有油，放大后输出电压为0V电压表示无油，放大后输出电压为满幅电源电压且位置最高的一对发射接收对的位置即为当时的油位。

更进一步的：在光电接收管的输出端与所述差动放大器的正输入端之间串接两级低通阻容滤波器，在差动放大器的输出端到负输入端的反馈电阻上再并接一电容，与所述差动放大器共同构成低通滤波及差动放大电路。

本发明的有益效果是：

1.直径小，可方便地通过小开口放入并安装在油箱内。解决了现有油位监测装置无法通过窄小的油尺口安装在电液转辙机油箱内的问题。

2.结构简单，精度高，性能稳定可靠，解决了现有差压法压力传感器精度差、稳定性不够的问题。

3.元件少，成本低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述：

图1为本发明实施例的探头印刷电路板的结构示意图；

图2为图1的右视图，

图3为本发明实施例中保护罩的结构示意图，

图4为图3的右视图，

图5为图3的A-A剖面图，

图6为本发明实施例中电绝缘支撑卡的主视图，

图7为图3的仰视图，

图8为本发明实施例的红外光发射接收对的电路图；

图9为本发明实施例的电路结构框图；

图10为本发明实施例的信号扫描控制电路、低通滤波及差动放大电路、整形电路的电路原理图；

图11为本发明中发射接收对的可用方向示意图。

图中：1探头印刷电路板，11接插件，12发射接收对，13矩形缺口，2保护罩，21漏油孔，3电绝缘支撑卡，31卡口。

具体实施方式

以4组发射接收对为例，下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图1、2所示，该油位实时监测报警装置的探头包括4组由红外发射二极管和光电接收管光学对准组成的发射接收对12。发射接收对12固装在一窄长条形的探头印刷电路板1上。探头印刷电路板1的顶部设有油位信号输出接点，并集中于接插件11上。探头印刷电路板1外绝缘固装有细长筒状的保护罩2，如图3、4、5所示，保护罩2上开有与所述发射接收对12相对应的漏油孔21，每组发射接收对12至少对应一个漏油孔21。保护罩材料可以用金属，也可以用非金属，但必须耐油。

探头印刷电路板与保护罩之间设有用于固定支撑保护罩的电绝缘支撑装置。探头印刷电路板中部及下部的边沿处设有矩形缺口，对应矩形缺口处卡装有用于支撑保护罩的电绝缘支撑卡3即为所述的电绝缘支撑装置。如图6、7所示，该电绝缘支撑卡3为U形卡，U形卡的上、下端面设为与所述保护罩内表面相适应的圆弧形。U形卡两臂的内侧对称设有与探头印刷电路板的厚度相适应的矩形卡口31。U形卡两臂卡装在探头印刷电路板的矩形缺口13内；探头印刷电路板的矩形缺口13的侧边紧密卡在U形卡两臂的矩形卡口31内。这样电绝缘支撑卡3用以电绝缘支撑保护罩2，确保探头印刷电路板上的元件被固定保护在保护罩2以内。该电绝缘支撑卡用耐油塑料等电绝缘材料制成。

图8中所示为图1中4组发射接收对的电路图。图8中的FD1、Q1，FD2、Q2，FD3、Q3，FD4、Q4分别为第一～第四组发射接收对的红外发射二极管与光电接收管。其中，红外发射二极管FD1、FD2、FD3、FD4可采用BT407、SE1450、SE1470等细小直径型红外发光二极管。光电接收管Q1、Q2、Q3、Q4可采用3DU107光电三极管、SD1440光电三极管、SD1410光电达林顿管、SD1420光电二极管等细小直径型光电接收管，均为小型耐油密封封装元件。

四个BT407红外发射二极管FD1、FD2、FD3、FD4正向串联，红外发射二极管串的外部正极再串联一限流电阻R5到电源正高压端Vcc，红外发射二极管串的外部负极接地，构成红外线发射电路。四个红外发射二极管同时发射强度基本相同的红外线。四个与红外发射二极管光学镜头相距5mm左右且光学对准放置的3DU107光电三极管Q1、Q2、Q3、Q4集电极(或光电二极管阴极)分别接负载电阻R1、R2、R3、R4后并联接到电源正端Vcc，各光电三极管发射极(或光电二极管阳极)并联接地，构成四个红外线接收电路，分别接收与其相对的红外发射二极管发出的红外线。

如图9所示，该油位实时监测报警装置，还包括信号扫描控制电路、低通滤波及差动放大电路、整形电路、油位信息传输单元，均设置在探头外；所述油位信号输出接点连接信号扫描控制电路的输入端，信号扫描控制电路的输出端连接低通滤波及差动放大电路的输入端，低通滤波及差动放大电路的输出端连接整形电路输入端，整形电路输出端连接油位信息传输单元。

图10为本发明的信号扫描控制电路、低通滤波及差动放大电路、整形电路。

图10中信号扫描控制电路使用集成数控多路模拟开关将N个红外接收管输出的N个油位信号逐个接到低通滤波及差动放大电路的输入端，进行油位扫描控制。集成数控多路模拟开关的电源端Vcc接电源Vcc，接地端GND、使能端E及Vee端均接地GND，提供直流工作条件；N个通道端A₀、A₁、…、A_N-1分别接N个光电接收管输出的N个油位信号端，一个通信端A接低通滤波及差动放大电路的信号输入端，位置选择控制端S₀、S₁…分别接2K Ω电阻后再接到地GND，单片机数控程序控制位置选择控制端S₀、S₁…的数字信号，使通信端A分时接通N个通道端A₀、A₁、…、A_N-1，实现N个油位信号的分时放大与输出。单片机程序记录N个油位信号及其对应的油位，将N个油位进行比较，找出满电源输出的最高位置，即为当时的油位。一个集成数控多路模拟开关的路数不够用时，可多用几个集成数控多路模拟开关。

图10中集成运放U4B及周围电阻电容元件组成的电路为低通滤波及差动放大器。从U3信号输出A端-地到U4B正输入5端-地之间串接了R6-C1和R7-C2两级低通阻容滤波器，从U4B的负输入6端向外接出电阻R10再到U4B输出7端并接电阻R8和电容C3低通滤波器，共同对低频干扰起到了滤波作用。电阻R10与R8的接点经电阻R9接到了电源Vcc经电阻R11、R12分压为2V的接点上，就将U4B正输入端即U3的A端信号减去了运放负输入端的2V分压电压信号(该2V分压信号稍大于无油时光电接收管输出直流信号，再放大6-10倍。信号放大后面的整形电路为一级施密特触发器整形电路。最后，油位信息通过油位信息传输单元发送给信息中心。

图8中的电阻R1、R2、R3、R4、R5及图10上的所有电子元件均安装在未给出板图的另一印刷电路板上，该所述印刷电路板与图1所示的探头印刷电路板元件间的电路连接由接插件11连接。接插件11上设有与图8、10中的B1、GND、F1、F2、F3、F4接点分别对应的接点。

红外发射二极管FD1、FD2、FD3、FD4按正负同一方向串联在一起，FD1的负末端接地，FD4的正末端通过接插件11的B1脚接限流电阻R5再接正偏压电源Vcc；光电接收管Q1、Q2、Q3、Q4的发射极均接地GND，各集电极分别通过接插件11的F1、F2、F3、F4脚同时接图10中信号扫描控制电路的集成模拟开关U3的A0、A1、A2、A3端和负载电阻R1、R2、R3、R4再通过负载电阻R1、R2、R3、R4接正电源Vcc。

图1中发射接收对的固定方向均垂直地面，这使所用印刷电路板最窄，适应小的油箱开口，但可测油位数目少。如果需要可测油位数目多，油箱开口又较大，可以采用发射接收对的固定方向与地面有一定夹角或平行于地面，如图11所示的四个方向。

当需要的红外发射二极管个数N较多，以致N个红外发射二极管与限流电阻串联起来需要的电压大于电源能提供的电压时，应分几个串联支路并联于正电源与地之间。

本发明并不仅仅局限于上述实施例。

Claims

1.一种油位实时监测报警装置，包括探头，所述探头包括多组由红外发射二极管和光电接收管光学对准组成的发射接收对；多组发射接收对按照不同高度分布固装在一窄长条形的探头印刷电路板上；探头印刷电路板的顶部设有油位信号输出接点；探头印刷电路板外绝缘固装有细长筒状的保护罩；

其特征在于：所述探头印刷电路板与保护罩之间设有用于固定支撑保护罩的电绝缘支撑装置；

所述探头印刷电路板中部及下部的边沿处设有矩形缺口，对应矩形缺口处卡装有用于支撑保护罩的电绝缘支撑卡；

2.根据权利要求1所述的一种油位实时监测报警装置，其特征是：所述保护罩上开有与所述发射接收对相对应的漏油孔，每组发射接收对至少对应一个漏油孔。

3.根据权利要求1所述的一种油位实时监测报警装置，其特征在于：红外发射二极管和光电接收管之间镜头相距5mm光学对准固定，且均采用小型耐油密封封装元件。

4.根据权利要求1所述的一种油位实时监测报警装置，其特征在于：所述光电接收管为光电三极管或光电二极管，各光电接收管的发射极/阳极并联接地；各光电接收管的集电极/阴极分别引出一油位信号输出接点；各光电接收管的集电极/阴极还分别接其对应的负载电阻后并联接到电源正高压端。

5.根据权利要求4所述的一种油位实时监测报警装置，其特征在于：还包括信号扫描控制电路、低通滤波及差动放大电路、整形电路、油位信息传输单元，均设置在探头外；所述油位信号输出接点连接信号扫描控制电路的输入端，信号扫描控制电路的输出端连接低通滤波及差动放大电路的输入端，低通滤波及差动放大电路的输出端连接整形电路输入端，整形电路输出端连接油位信息传输单元。

6.根据权利要求5所述的一种油位实时监测报警装置，其特征在于：所述信号扫描控制电路包括一集成数控多路模拟开关，所述光电接收管的负载电阻输出的直流信号电压经所述集成数控多路模拟开关加在低通滤波及差动放大电路中差动放大器的正输入端，低通滤波及差动放大电路中用小值电阻分压器从电源分出一个大于无油时光电接收管的负载电阻输出直流信号的电压加在差动放大器的负输入端，进行差动放大。

7.根据权利要求6所述的一种油位实时监测报警装置，其特征在于：在光电接收管的输出端与所述差动放大器的正输入端之间串接两级低通阻容滤波器，在差动放大器的输出端到负输入端的反馈电阻上再并接一电容，与所述差动放大器共同构成低通滤波及差动放大电路。