CN102095470B - 反射式光电液位计 - Google Patents

Abstract

一种反射式光电液位计，包括光发生器件、光接收器件和光电传感器信号处理电路；还包括安装法兰、压紧螺母、透明管、若干个光导管以及光导管定位杆，若干个光导管固定连接在光导管定位杆上，所述光导管中装有光发生器件和光接收器件；所述光电传感器信号处理电路包括光信号处理电路、温度传感器电路、压力传感器、单片机电路、电源电路和显示电路，所述光接收器件接收光发生器件发出的光信号，所述光接收器件与光信号处理电路电连接，所述光信号处理电路处理光接收器件所接收到的光信号。本发明既结构简单，使用方便，又能修正传感器性能变化、被测量介质光学特性变化、被测量介质温度和压力变化对液位测量值的影响。

Description

反射式光电液位计

技术领域

本发明属于液位高度的测量与控制技术，特别是涉及一种反射式光电液位计。

背景技术

目前，在对于水、油、蒸汽等具有高温和腐蚀性液体的液位测量中，测量仪器往往结构复杂，使用不方便。平板液位计虽然简单，但其运用的目测的方法浪费了人力，现场使用中容易被打碎，并产生液体泄漏造成设备和人员伤害，使用起来很不方便，而其它液位计则不仅结构复杂，而且在某些特殊场合（如有毒液体或易燃易爆介质的液位，密闭非透明容器中液体的液位等）用人工读数的方法又很不方便。此外，有些液位计由于与液体长期接触而被腐蚀，因而造成测量误差，并导致其使用寿命大大的减少，甚至失效，同时，被测量液体的工作压力和温度的变化，会影响到被测介质的密度和容器的精确体积，导致液位测量不准确，需要对测量值进行修正，而现有的液位计却缺少这样的修正功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既结构简单，使用方便，又能修正液位计性能变化、被测量介质光学特性变化、被测量介质温度和压力变化对液位测量值影响的反射式光电液位计。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种反射式光电液位计，其创新点在于：

a、包括光发生器件、光接收器件和光电传感器信号处理电路；

b、还包括安装法兰、压紧螺母、透明管、若干个光导管以及光导管定位杆，安装法兰与压紧螺母密封连接，且形成密封腔，透明管的上部伸入密封腔内，且透明管的管身与压紧螺母密封固定连接，光导管定位杆与透明管固定连接且位于透明管的内腔，若干个光导管固定连接在光导管定位杆上，所述光导管中装有光发生器件和光接收器件；

c、所述光电传感器信号处理电路包括光信号处理电路、温度传感器电路、压力传感器、单片机电路、电源电路和显示电路，所述单片机电路主要由单片机组成；

d、所述光接收器件接收光发生器件发出的光信号，所述光接收器件与光信号处理电路电连接，所述光信号处理电路处理光接收器件所接收到的光信号，所述光信号处理电路与单片机电连接，所述温度传感器电路与单片机电连接，所述压力传感器的信号输出端与单片机电连接，所述单片机与显示电路电连接，所述电源电路与单片机电连接；

e、所述光发生器件与电源电路电连接。 

所述安装法兰的下部具有环形连接凸台，环形连接凸台的外周具有外螺纹，压紧螺母的沉孔壁具有内螺纹，环形连接凸台的外螺纹与压紧螺母的内螺纹相连接。

所述光导管定位杆的上部与透明管的内端上部固定连接，光导管定位杆的下部悬伸在透明管的内腔中，至少有五个光导管间隔均匀的固定连接在光导管定位杆上，且每个光导管的中心线均与光导管定位杆相互垂直。

所述压紧螺母的沉孔内具有密封圈，安装法兰的环形连接凸台下端与密封圈相抵，透明管的上端部具有径向环形凸台，径向环形凸台下端与密封圈上部相抵，密封圈下部与压紧螺母的沉孔底面相抵，密封圈的中孔箍在透明管的管身上。

所述密封圈为楔形密封圈。

所述透明管为玻璃管。

所述光接收器件为P-I-N光侦测器或APD光侦测器或光电管或光敏电阻，所述温度传感器电路包括温度传感器，所述温度传感器为半导体温度计或热敏电阻，所述压力传感器选用Photohelic3000SGT系列压力传感器或者WWDP系列压力传感器，所述光发生器件为LED或微型灯或米泡。

所述显示电路包括显示驱动电路和6个显示器件，所述显示驱动电路驱动显示器件。

所述光信号处理电路包括滤波电路、信号放大电路和A/D转换器，所述滤波电路与信号放大电路电连接，所述信号放大电路与A/D转换器电连接。

还包括串口通讯电路，所述串口通讯电路由RS232接口及其外围电路组成。

采用上述结构后，由于安装法兰与压紧螺母密封连接，且形成密封腔，透明管的上部伸入密封腔内，且透明管的管身与压紧螺母密封固定连接，光导管定位杆与透明管固定连接且位于透明管的内腔，若干个光导管固定连接在光导管定位杆上，因此结构简单，使用方便，而且上述零件可以通过市场购买到，价格合理；用于液位测量时只要将光接收器件和光发生器件分别与光电传感器信号处理电路电连接，并将本发明安装在需要测量的液体槽内就能通过光导管内的光发生器件发射的光线，经过透明管内壁反射，再通过光电传感器信号处理电路处理来光接收器件接收的反射光线强弱来测量液位高度，因此测量简单，使用方便；由于使用了光接收器件、温度传感器电路、压力传感器等器件，能从光学、温度、压力等方面提供较为准确的数值，故用于光电液位计时能够克服传感器性能变化、被测量介质光学特性变化、被测量介质温度、压力变化对液位测量值的影响；本发明通过光电转换技术和以单片机为核心的信号处理电路，准确显示液面高度；玻璃管外壳使检测装置与液体分离，大大延长了其使用寿命，又因为使用的是一体式的玻璃管，更方便了维护和清洗，且反射式光电液位计为内置式的，即使发生了损坏事故，也不会造成人员与财产的损失；光电元件无磨损，降低了维修成本。

附图说明

图1是本发明的结构剖视图；

图2是本发明的使用状态图；

图3为本发明的电路结构示意图；

图4为本发明的光接收器件4’的电路结构示意图；

图5为本发明的滤波电路A2-1的电路示意图；

图6为本发明的信号放大电路A2-2的电路示意图；

图7为本发明的A/D转换器A2-3的电路示意图；

图8为本发明的光接收电路7、滤波电路A2-1与信号放大电路A2-2的电路连接示意图；

图9为本发明的显示电路A5的电路示意图；

图10为本发明的单片机电路A7的电路示意图；

图11为本发明的温度传感器电路A3电路示意图；

图12为本发明的压力传感器A6的电路示意图；

图13为本发明的电源电路A4的电路示意图；

图14为本发明的串口通讯电路A8的电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细的说明。

参见图1~14所示，一种反射式光电液位计，包括光发生器件4、光接收器件4’和光电传感器信号处理电路A；还包括安装法兰1、压紧螺母2、透明管3、若干个光导管5以及光导管定位杆6，安装法兰1与压紧螺母2密封连接，且形成密封腔1-1，透明管3的上部伸入密封腔1-1内，且透明管3的管身与压紧螺母2密封固定连接，光导管定位杆6与透明管3固定连接且位于透明管3的内腔3-1，若干个光导管5固定连接在光导管定位杆6上，所述光导管5中装有光发生器件4和光接收器件4’； 所述光电传感器信号处理电路A包括光信号处理电路A2、温度传感器电路A3、压力传感器A6、单片机电路A7、电源电路A4和显示电路A5，所述单片机电路A7主要由单片机U1组成；所述光接收器件4’接收光发生器件4发出的光信号，所述光接收器件4’与光信号处理电路A2电连接，所述光信号处理电路A2处理光接收器件4’所接收到的光信号，所述光信号处理电路A2与单片机U1电连接，所述温度传感器电路A3与单片机U1电连接，所述压力传感器A6的信号输出端与单片机U1电连接，所述单片机U1与显示电路A5电连接，所述电源电路A4与单片机U1电连接；所述光发生器件4与电源电路A4电连接。

参见图1所示，为了装拆方便，所述安装法兰1的下部具有环形连接凸台1-2，环形连接凸台1-2的外周具有外螺纹，压紧螺母2的沉孔2-1壁具有内螺纹，环形连接凸台1-2的外螺纹与压紧螺母2的内螺纹相连接。 

参见图1所示，为了精确的测量液位，所述光导管定位杆6的上部与透明管3的内端上部固定连接，光导管定位杆6的下部悬伸在透明管3的内腔3-1中，至少有五个光导管5间隔均匀的固定连接在光导管定位杆6上，且每个光导管5的中心线均与光导管定位杆6相互垂直。

参见图1所示，为了使透明管3和压紧螺母2密封连接，所述压紧螺母2的沉孔2-1内具有密封圈7，安装法兰1的环形连接凸台1-2下端与密封圈7相抵，透明管3的上端部具有径向环形凸台3-2，径向环形凸台3-2下端与密封圈7上部相抵，密封圈7下部与压紧螺母2的沉孔2-1底面相抵，密封圈7的中孔箍在透明管3的管身上，密封圈7为楔形密封圈，当然也可以是O型密封圈。

参见图1所示，为了更加节省费用，所述透明管3为玻璃管。

如图1、3、11、12所示，所述光接收器件4’为P-I-N光侦测器或APD光侦测器或光电管或光敏电阻，所述温度传感器电路A3包括温度传感器，所述温度传感器为半导体温度计或热敏电阻，所述压力传感器A6选用Photohelic3000SGT系列压力传感器或者WWDP系列压力传感器，所述光发生器件4为LED或微型灯或米泡。

如图3、9所示，所述显示电路A5包括显示驱动电路A5-1和6个显示器件A5-2，所述显示驱动电路A5-1驱动显示器件A5-2。

如图4、5、6、7、8所示，所述光信号处理电路A2包括滤波电路A2-1、信号放大电路A2-2和A/D转换器A2-3，所述滤波电路A2-1与信号放大电路A2-2电连接，所述信号放大电路A2-2与A/D转换器A2-3电连接。A/D转换器A2-3选用AD7890。所述滤波电路A2-1包括电容C01、电容C02、电容C03、电容C04、电容C05和电容C06，所述电容C01和电容C02并联，所述电容C03和电容C04并联，所述电容C05和电容C06并联，所述电容C01和电容C02的一端接电源VCC、电容C03和电容C04的一端接-12V，电容C05和电容C06的一端接+12V，所述电容C01、电容C02、电容C03、电容C04、电容C05和电容C06的另一端均接地。所述信号放大电路A2-2包括放大器、电阻、电容和电阻器。

如图3、10所示，本实施例中采用了四个光电传感器。每个光电传感器连接一个信号放大电路A2-2。单片机电路A7包括单片机U1、复位电路、晶振电路，还包括大容量串行E2PROM。大容量串行E2PROM选用型号为AT24C512。

如图3、14所示，还包括串口通讯电路A8，所述串口通讯电路A8由RS232接口及其外围电路组成。

参见图1、2所示，本发明用于液位测量时，把安装法兰1固定连接在液体槽8上，并把透明管3伸入液体槽8内，并将若干个光导管5上的光发生器件4和光接收器件4’分别与光电传感器信号处理电路A电连接，测量时，光导管5内的光发生器件4发射光线到透明管3的内壁上，并且反射到光接收器件4’，由于气体和液体吸收光线的差异使光接收器件4’读取的数据也不同，再导入到光电传感器信号处理电路A进行处理，得出液体槽8内的液位。

本发明主要用于水、油等液体量的测定，其原理是在被测量液体容器内置入两只平行、密封、透明的管子，管子可由玻璃、塑料等透光材料制作。在其中一只管内置入光发射器件，作为光源，其光发射方向一般应正对着另外一只管子；在另外一只管子与发光器件安装位置对应的适当位置安装光接收器件，接收光并判断光强，并根据接收光的强弱输出对应的电信号；由于光通过液体与通过液体表面上的液体蒸汽（或空气）的透射与反射能力的不同，当液位改变的时候，光接收器件接收到的光强将发生改变，液面上的接收器和液面下的接收器将接收到明显不同的光信号，该信号传递给信号比较和处理的光电传感器信号处理电路A，进而得到准确的液位高度。

本发明在用于光电液位计时能克服传感器性能变化、被测量介质光学特性变化、被测量介质温度和压力变化对液位测量的影响，能正确处理和显示被测量液体的液位。

Claims (10)

1.一种反射式光电液位计，其特征在于：

a、包括光发生器件（4）、光接收器件（4’）和光电传感器信号处理电路（A）；

b、还包括安装法兰（1）、压紧螺母（2）、透明管（3）、若干个光导管（5）以及光导管定位杆（6），安装法兰（1）与压紧螺母（2）密封连接，且形成密封腔（1-1），透明管（3）的上部伸入密封腔（1-1）内，且透明管（3）的管身与压紧螺母（2）密封固定连接，光导管定位杆（6）与透明管（3）固定连接且位于透明管（3）的内腔（3-1），若干个光导管（5）固定连接在光导管定位杆（6）上，所述光导管（5）中装有光发生器件（4）和光接收器件（4’）；

c、所述光电传感器信号处理电路（A）包括光信号处理电路（A2）、温度传感器电路（A3）、压力传感器（A6）、单片机电路（A7）、电源电路（A4）和显示电路（A5），所述单片机电路（A7）主要由单片机（U1）组成；

d、所述光接收器件（4’）接收光发生器件（4）发出的光信号，所述光接收器件（4’）与光信号处理电路（A2）电连接，所述光信号处理电路（A2）处理光接收器件（4’）所接收到的光信号，所述光信号处理电路（A2）与单片机（U1）电连接，所述温度传感器电路（A3）与单片机（U1）电连接，所述压力传感器（A6）的信号输出端与单片机（U1）电连接，所述单片机（U1）与显示电路（A5）电连接，所述电源电路（A4）与单片机（U1）电连接；

e、所述光发生器件（4）与电源电路（A4）电连接。

2.根据权利要求1所述的反射式光电液位计，其特征在于：所述安装法兰（1）的下部具有环形连接凸台（1-2），环形连接凸台（1-2）的外周具有外螺纹，压紧螺母（2）的沉孔（2-1）壁具有内螺纹，环形连接凸台（1-2）的外螺纹与压紧螺母（2）的内螺纹相连接。

3.根据权利要求1所述的反射式光电液位计，其特征在于：所述光导管定位杆（6）的上部与透明管（3）的内端上部固定连接，光导管定位杆（6）的下部悬伸在透明管（3）的内腔（3-1）中，至少有五个光导管（5）间隔均匀的固定连接在光导管定位杆（6）上，且每个光导管（5）的中心线均与光导管定位杆（6）相互垂直。

4.根据权利要求2所述的反射式光电液位计，其特征在于：所述压紧螺母（2）的沉孔（2-1）内具有密封圈（7），安装法兰（1）的环形连接凸台（1-2）下端与密封圈（7）相抵，透明管（3）的上端部具有径向环形凸台（3-2），径向环形凸台（3-2）下端与密封圈（7）上部相抵，密封圈（7）下部与压紧螺母（2）的沉孔（2-1）底面相抵，密封圈（7）的中孔箍在透明管（3）的管身上。

5.根据权利要求4所述的反射式光电液位计，其特征在于：所述密封圈（7）为楔形密封圈。

6.根据权利要求1所述的反射式光电液位计，其特征在于：所述透明管（3）为玻璃管。

7.根据权利要求1所述的反射式光电液位计，其特征在于：所述光接收器件（4’）为P-I-N光侦测器或APD光侦测器或光电管或光敏电阻，所述温度传感器电路（A3）包括温度传感器，所述温度传感器为半导体温度计或热敏电阻，所述压力传感器（A6）选用Photohelic3000SGT系列压力传感器或者WWDP系列压力传感器，所述光发生器件（4）为LED或微型灯或米泡。

8.根据权利要求1所述的反射式光电液位计，其特征在于：所述显示电路（A5）包括显示驱动电路（A5-1）和6个显示器件（A5-2），所述显示驱动电路（A5-1）驱动显示器件（A5-2）。

9.根据权利要求1所述的反射式光电液位计，其特征在于：所述光信号处理电路（A2）包括滤波电路（A2-1）、信号放大电路（A2-2）和A/D转换器（A2-3），所述滤波电路（A2-1）与信号放大电路（A2-2）电连接，所述信号放大电路（A2-2）与A/D转换器（A2-3）电连接。

10.根据权利要求1所述的反射式光电液位计，其特征在于：还包括串口通讯电路（A8），所述串口通讯电路（A8）由RS232接口及其外围电路组成。

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