CN102564529A - 一种户外机柜进水自动检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种户外机柜自动检测装置，包括光学传感探头、光源、光电探测装置以及报警装置、光电转换装置和自动开闸装置，光学传感探头包括五棱镜结构、入射端光纤、出射端光纤、设置在入射端光纤上的第一准直器以及设置在出射端光纤上的第二准直器，光电转换装置的输入端通过耦合器与第二准直器连接，光电转换装置的输出端与自动开闸装置连接，自动开闸装置控制设置在柜机上的阀开合。本发明解决了户外机柜在恶劣环境中长时间放置所存在的密封问题，利用光学传感探头周围介质折射率的的不同而产生菲涅尔反射的原理，能够及时、准确的检测出机柜中是否进水，同时启动阀门排水。

Description

一种户外机柜进水自动检测装置

技术领域

本发明涉及一种户外机柜自动检测装置，尤其涉及一种户外机柜进水自动检测装置。

背景技术

户外机柜是一种直接处于自然气候影响下，由金属或非金属材料制成的，不允许无权限操作者进入操作的柜体，为无线通信站点或有线网络站点工作站提供户外物理工作环境和安全系统的设备。适合在室外环境，如公路边、公园、楼顶、山区、平地安装的机柜，机柜内可安装基站设备、电源设备、蓄电池、温控设备、传输设备及其他配套设备或为以上设备预留安装空间及换热容量，能为内部设备正常运行提供可靠的机械和环境保护的机

由于户外机柜通常在恶劣环境中放置，长时间使用存在密封问题，雨水会渗入机柜内，造成柜内电源、电路设备或光缆设备等出现问题，造成供电线路故障或千家万户的互联网中断，会对日常工业生产或家庭生活带来不便，因此及时检测到机柜内是否有积水并且及时排掉是一项迫切且有意义的事。

发明内容

本发明所解决的技术问题是：提供一种能够及时检测机柜是否进积水的户外机柜进水自动检测装置。

本发明的技术解决方案：

一种户外机柜进水自动检测装置，包括光学传感探头、光源、光电探测装置以及报警装置，

其特殊之处在于：所述光学传感探头包括五棱镜结构、入射端光纤、出射端光纤、设置在入射端光纤上的第一准直器以及设置在出射端光纤上的第二准直器，

所述光源经过第一准直器输入至五棱镜结构，所述五棱镜结构经过第二准直器输出至光电探测装置，所述光电探测装置与报警装置连接，

所述五棱镜结构包括第一反射边a、第二反射边b、第三反射边c、第四反射边d以及第五反射边e围成的封闭五边形，其中第五反射边e为水平边，

第一反射边a与第二反射边b之间的夹角θ2、第二反射边b与第三反射边c之间的夹角θ3、第三反射边c与第四反射边d之间的夹角θ4、第一反射边a与第五反射边e之间的夹角为θ1、第五反射边e与第四反射边d之间的夹角θ5满足以下关系：α1≤θ1≤α2；θ5＝θ1；θ3＝θ4＝θ2＝2θ1；

其中：α1为空气中发生全反射必需满足入射角：

α2为在油中不满足全反射条件入射角：

空气的折射率：n₀

油的折射率：n₁

棱镜的折射率：n₂

上述的户外机柜进水自动检测装置还包括光电转换装置和自动开闸装置，所述光电转换装置的输入端通过耦合器与第二准直器连接，所述光电转换装置的输出端与自动开闸装置连接，所述自动开闸装置控制设置在柜机上的阀开合。

上述五棱镜采结构采用K9玻璃，

则39.8°≤θ1≤70.44°，

79.6°≤θ3＝θ4＝θ2≤140.88°，θ5＝θ1。

上述五棱镜采结构采用K9玻璃，取θ1＝67.5°，可依此计算出θ2＝θ3＝θ4＝135°，θ5＝θ1＝67.5°。

上述采用五棱镜结构的表面还镀制一层憎水膜。

上述五棱镜结构表面的光洁度为纳米级或埃级。

一种户外机柜进水自动检测装置，包括光学传感探头、光源、光电探测装置以及报警装置，

其特殊之处在于：所述光学传感探头包括三棱镜结构、设置在三棱镜结构入射端光纤上的第一准直器3以及设置在五棱镜结构出射端光纤上的第二准直器5，

所述光源经过第一准直器输入至三棱镜结构，所述三棱镜结构经过第二准直器输出至光电探测装置，所述光电探测装置与报警装置连接，

所述三棱镜结构包括第一反射边a、第二反射边b、第三反射边c，其中第三反射边c为水平边，

第一反射边a与第三反射边c之间的夹角为θ1，第一反射边a与第二反射边b之间的夹角为θ2，第三反射边c与第二反射边b之间的夹角为θ3，

其中：θ1满足：α1≤θ1≤α2

在空气中发生全反射必需满足入射角：

$\mathrm{\α}1\≥\arcsin \frac{n_0}{n_2}$

在油中不满足全反射条件入射角：

$\mathrm{\α}2\≤\arcsin \frac{n_1}{n_2}$

空气的折射率：n₀

油的折射率：n₁

棱镜的折射率：n₂

θ3＝θ1；

θ2＝180-2θ1。

上述户外机柜进水自动检测装置，其特殊之处在于：它还包括光电转换装置和自动开闸装置，所述光电转换装置的输入端通过耦合器与第二准直器连接，所述光电转换装置的输出端与自动开闸装置连接，所述自动开闸装置控制设置在柜机上的阀开合。

上述三棱镜采结构采用K9玻璃，则39.8°≤θ1≤70.44°，可依此计算出θ3＝θ1，

39.12°≤θ2≤100.4°。

上述采用三棱镜结构的表面还镀制一层憎水膜或所述三棱镜结构表面的光洁度为纳米级或埃级。

本发明所具有的优点：

1、本发明利用光学传感探头周围介质折射率的的不同而产生菲涅尔反射的原理，能够及时、准确的检测出机柜中是否进出，同时启动阀门排水。

2、本发明检测装置具有，无源(安全性高)，不受电磁干扰、可远距离传输及监控、灵敏度高、安装简便、价格低、体积小。

3、本发明在棱镜结构上通过镀憎水膜或采用表面光洁度高的棱镜，提高棱镜的使用频率，延长使用寿命。

附图说明

图1为本发明的检测原理示意图；

图2为本发明的检测系统结果示意图；

图3为本发明一种光学传感探头的结构示意图；

图4为图3中光学传感探头一种实施例；

图5为本发明另一种光学传感探头的结构示意图；

图6为图5中光学传感探头一种实施例。

其中附图标记为：1-光源，2-光纤，3-第一准直器，4-五棱镜结构，5-第二准直器，7-光电探测器，8-报警装置，9-耦合器，10-光电转换装置，11-自动开闸装置，12-光学传感探头，13-水，14-机柜。

具体实施方式

本发明是一种新型的光学光纤式户外机柜进水自动检测装置，利用光学传感探头周围介质折射率的的不同而产生菲涅尔反射的原理；光源发出的光通过光纤传输到第一准直器3实现光的准直，并直接将准直光垂直入射到一个三棱镜4中，光在三棱镜中经过两次全反射，再由第二准直器5出射，经过光纤传输后，进入光电探测装置，通过光电转换电路驱动报警器及信号灯报警，以实现对水位的检测。当探头置于空气中时，满足菲涅尔反射条件，从第二准直器5有光输出，系统处于待机状态；而当水面13一接触到探头，由于水的折射率大于空气，不满足菲涅尔反射条件，第二准直器5中没有光输出，耦合器9中没有光输出，耦合器一路输出信号经过探测器及光电转换及报警装置实现信号灯闪烁并发出报警音；而耦合器的另一路输出信号经过光电转换庄后及自动开闸装置后自动打开闸门自动排掉积水，当水排干净后第二准直器5中有信号输出，这时信号灯停止闪烁、报警音停止、自动放水闸门闭合系统处于待机状态。该系统的优点是灵敏度高，光电系统响应时间短，并且多个探头组合可实现多点分布式液位测量。使用时将本装置传感探头12置于机柜的最低端，当有水进入机柜14时，水面接触到探头时，系统信号灯闪烁并且马上报警，提示机箱内有水，并立即进行排水。

本发明传感探头采用三棱镜结构，亦可以采用五棱镜结构及各种棱镜结构，只要满足在不同界面的菲涅尔反射条件。

因为本探头同时要满足在油中不发生菲涅尔反射而在空气中发生菲涅尔反射。

以三棱镜为例：

设：

空气的折射率：n₀

水的折射率：n₁

棱镜的折射率：n₂

入射角的确定即θ1的确定：

要在空气中发生全反射必需满足入射角：

$\mathrm{\α}1\≥\arcsin \frac{n_0}{n_2}$

要在水中不满足全反射条件入射角：

$\mathrm{\α}2\≤\arcsin \frac{n_1}{n_2}$

因此入射角的选择应满足α1≤θ1≤α2，由于光在a、b面都要发生上述全反射条件，由上述全反射原理可计算依此计算出θ2、θ3。

例如：若棱镜采用K9玻璃

空气的折射率：n₀＝1

水的折射率：n₁＝1.33

棱镜的折射率：n₂＝1.56

计算可得：

α1≥39.8°

α2≤58.49°

入射角39.8°≤θ1≤70.44°，取θ1＝45°，可依此计算出θ2＝90°，θ3＝45°。

若棱镜采用折射率为1.5的玻璃材料，计算可得入射角范围为：

41.81°≤θ1≤62.457°，取θ1＝45°，可依此计算出θ2＝90°，θ3＝45°。

若棱镜采用折射率为1.9的玻璃材料，计算可得入射角范围为：

31.75°≤θ1≤44.43°，取θ1＝40°，可依此计算出θ2＝100°，θ3＝40°。

玻璃材料按成分不同折射率为1.5-1.9之间，各种玻璃材料、宝石、PMMA等均可作为本发明的传感探头，具体计算方式与上述三棱镜一致。

以五棱镜为例：

空气的折射率：n₀

水的折射率：n₁

油的折射率：n₂

棱镜的折射率：n₃

例如：若棱镜采用K9玻璃

空气的折射率：n₀＝1

水的折射率：n₁＝1.33

油的折射率：n₂＝1.47

棱镜的折射率：n₃＝1.56

计算可得：

α1≥39.8°

α2≤70.44°

α3≥58.49°

入射角58.49°≤θ1≤70.44°，取θ1＝67.5°，可依此计算出θ2＝θ3＝θ4＝135°，θ5＝θ1＝67.5°。

考虑到光学棱镜接触到水后，水渍会残留在棱镜的表面影响传感头长期使用的灵敏度，本发明采用两种解决办法。

采用在棱镜的表面镀制一层憎水膜：采用憎水膜后棱镜的直射率会发生变化，从而引起整个棱镜的结构发生变化，相应的θ1、θ2、θ3、或θ4、θ5，也会相应的改变，但是不会引起棱镜材料的折射率变化。

采用超光滑表面超光滑表面即棱镜的表面光洁度要达到纳米或埃级，这样可以起到与憎水膜相当的效果，但是不会引起棱镜材料的折射率变化，因此相应的θ1、θ2、θ3、或θ4、θ5，不会发生改变。

Claims (10)

1.一种户外机柜进水自动检测装置，包括光学传感探头(12)、光源(1)、光电探测装置(7)以及报警装置(8)，

其特征在于：所述光学传感探头包括五棱镜结构、入射端光纤、出射端光纤、设置在入射端光纤上的第一准直器(3)以及设置在出射端光纤上的第二准直器(5)，

所述光源经过第一准直器输入至五棱镜结构，所述五棱镜结构经过第二准直器输出至光电探测装置，所述光电探测装置与报警装置连接，

所述五棱镜结构包括第一反射边(a)、第二反射边(b)、第三反射边(c)、第四反射边(d)以及第五反射边(e)围成的封闭五边形，其中第五反射边(e)为水平边，

第一反射边(a)与第二反射边(b)之间的夹角θ2、第二反射边(b)与第三反射边(c)之间的夹角θ3、第三反射边(c)与第四反射边(d)之间的夹角θ4、第一反射边(a)与第五反射边(e)之间的夹角为θ1、第五反射边(e)与第四反射边(d)之间的夹角θ5满足以下关系：α1≤θ1≤α2；θ5＝θ1；θ3＝θ4＝θ2＝2θ1；其中：α1为空气中发生全反射必需满足入射角： 

α2为在油中不满足全反射条件入射角： 

空气的折射率：n₀

油的折射率：n₁

棱镜的折射率：n₂ 。

2.根据权利要求1所述的户外机柜进水自动检测装置，其特征在于：它还包括光电转换装置和自动开闸装置，所述光电转换装置的输入端通过耦合器与第二准直器连接，所述光电转换装置的输出端与自动开闸装置连接，所述自动开闸装置控制设置在柜机上的阀开合。

3.根据权利要求1或2所述的户外机柜进水自动检测装置，其特征在于： 

所述五棱镜采结构采用K9玻璃，

则39.8°≤θ1≤70.44°，

79.6°≤θ3＝θ4＝θ2≤140.88°，θ5＝θ1。

4.根据权利要求3所述的户外机柜进水自动检测装置，其特征在于：所述五棱镜采结构采用K9玻璃，取θ1＝67.5°，可依此计算出θ2＝θ3＝θ4＝135°，θ5＝θ1＝67.5°。

5.根据权利要求4所述的户外机柜进水自动检测装置，其特征在于：所述采用五棱镜结构的表面还镀制一层憎水膜。

6.根据权利要求4所述的户外机柜进水自动检测装置，其特征在于：所述五棱镜结构表面的光洁度为纳米级或埃级。

7.一种户外机柜进水自动检测装置，包括光学传感探头(12)、光源(1)、光电探测装置(7)以及报警装置(8)，

其特征在于：所述光学传感探头包括三棱镜结构、设置在三棱镜结构入射端光纤上的第一准直器(3)以及设置在五棱镜结构出射端光纤上的第二准直器(5)，

所述光源经过第一准直器输入至三棱镜结构，所述三棱镜结构经过第二准直器输出至光电探测装置，所述光电探测装置与报警装置连接，

所述三棱镜结构包括第一反射边(a)、第二反射边(b)、第三反射边(c)，其中第三反射边(c)为水平边，

第一反射边(a)与第三反射边(c)之间的夹角为θ1，第一反射边(a)与第二反射边(b)之间的夹角为θ2，第三反射边(c)与第二反射边(b)之间的夹角为θ3，

其中：θ1满足：α1≤θ1≤α2

在空气中发生全反射必需满足入射角：

在油中不满足全反射条件入射角： 

空气的折射率：n₀

油的折射率：n₁

棱镜的折射率：n₂

θ3＝θ1；

θ2＝180-2θ1。

8.根据权利要求6所述的户外机柜进水自动检测装置，其特征在于：它还包括光电转换装置和自动开闸装置，所述光电转换装置的输入端通过耦合器与第二准直器连接，所述光电转换装置的输出端与自动开闸装置连接，所述自动开闸装置控制设置在柜机上的阀开合。

9.根据权利要求6或7所述的户外机柜进水自动检测装置，其特征在于：所述三棱镜采结构采用K9玻璃，则39.8°≤θ1≤70.44°，可依此计算出θ3＝θ1，39.12°≤θ2≤100.4°。

10.根据权利要求9所述的户外机柜进水自动检测装置，其特征在于：所述采用三棱镜结构的表面还镀制一层憎水膜或所述三棱镜结构表面的光洁度为纳米级或埃级。 

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