CN103453966A - 一种红外测距液位测量仪及其在厕所非水冲洗装置上的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种红外测距液位测量仪，包括红外液位测量头、红外液位测量圆筒、浮漂、小孔以及固定装置，红外液位测量头安装在红外液位测量圆筒的顶端，在圆筒上下部分均开设有小孔。红外液位测量圆筒与盛装液体的容器由固定装置连接，红外液位测量头固定于量圆筒顶端，红外液位测量圆筒为圆筒形或其他形状，置于液体中或与液体相通，浮漂置于红外液位测量圆筒的内圆筒中，为半圆柱形或半圆锥形，可根据测量圆筒的形状进行调整，由红外液位测量头获得红外液位测量头与浮漂之间的距离H2，红外液位测量头与液体盛装容器底部之间的距离H1已知，从而获得液面高度为H2-H1。还提供了一种使用上述红外测距液位测量仪的厕所非水冲洗装置。

Description

一种红外测距液位测量仪及其在厕所非水冲洗装置上的应用

技术领域

本发明涉及一种红外测距型液位测量仪，特别是涉及一种将该红外测距型液位测量仪应用在一种厕所非水冲洗装置上形成的一种新型厕所非水冲洗装置。

背景技术

现代文明发明的水冲式厕所给我们带来卫生和舒适的生活，然而，由于传统下水道系统产生的水污染问题近些年来得到了广泛关注，未经处理的污水正在污染地下水、河流、湖泊和沿海地区，而且目前水资源非常匮乏，因此发明一种具有冲洗泵，但不采用水作为冲洗液的厕具非常实用和必要。由本申请的发明人发明了一种冲洗厕具，厕具包括一人体探测装置，一电路控制装置，一大便器，一粉碎和离心装置，一上层冲洗液冲洗泵，一集冲洗液箱，一集粪箱，一除臭药液自动添加装置和多个管路装置。其中对于集冲洗液箱的液位检测是一项关键的技术，如果对于液位的数据测量不够精确，那么由于非水冲洗目前液位测量仪分为接触式和非接触式两种。其中接触式测量包括浮球式、液体插入式，其主要缺点是液位测量仪容易被液位腐蚀，或者受到不洁液体的干扰影响测量。而非接触式液位测量通常采用压力式，通过传感头感应液体压力从而转化为相应的液位值。洗衣机通常采用这种方式，但是由于超声波自身的发散特性，测量精度极低。另外还有与传统的玻璃管(板)液位计相比可靠性更高，安全性和实用性也更好的磁性浮子液位计，根据浮力原理和磁性耦合作用制成，当被测容器中的液位升降时，液位计本体管中的磁性浮子也随之升降，浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到磁翻柱指示器，驱动红白翻柱翻转180度，当液位上升时翻柱由白色转变为红色，当液位下降时翻柱由红色转变为白色，指示器的红白交界处为容器内部液位的实际高度，从而实现液位清晰的指示。但磁性浮子液位计的价格昂贵，一般是电压或者电流型数据传送模式，因此不利于长距离传送数据。目前浮子式液位计的使用范围较广，但是在应用过程中，也存在一些需要解决的问题。例如在较小范围和较短测量距离的场合，如厕具内的监测，如果采用传统的超声波测量，波面发散，如采用激光测量，产品成本过高，而且对于透明液体的液位测量，由于激光测量需要反射面满足一定的条件，也会影响其在液位测量方面的推广应用。因此采用激光和超声波进行浮子液位计的设计有些应用场合显得不那么实用，故障率较高，测量精度较低。

发明内容

鉴于以上分析，本发明的主要目的是提供一种使用红外测距头进行液位测量的液位计，及利用该液位计进行非水冲洗装置上集冲洗液箱液位检测的应用。该液位计主要由红外液位测量头，红外液位测量圆筒，浮漂，小孔以及圆筒固定装置组成。所述红外液位测量圆筒为圆筒形，还可以是其他形状的，比如三角形或方筒形或多边筒形，放置在液体中或者与液体相通，圆筒的外侧壁采用固定装置与待测液体盛装的容器内壁相连，所述浮漂置于红外液位测量圆筒的内圆筒中，浮漂可以采用半圆柱或者半圆锥形，所述浮漂还可以根据测量圆筒的形状进行调整，例如为截面为三角形或多边形的筒形或锥形。所述红外液位测量头精确固定在所述红外液位测量圆筒的顶端，所述红外液位测量圆筒的上下均开设若干小孔，从而便于透气和透水。

本发明的目的还在于提供一种使用该红外测距型液位计的非水冲洗装置，其中该装置包括一人体探测装置、一电路控制装置、一大便器、一粉碎和离心装置，一上层冲洗液冲洗泵，一集冲洗液箱，一集粪箱，一除臭药液自动添加装置，其中集冲洗液箱收集小便来冲洗大便，箱体内小便的液位采用红外测距型液位计来进行液位的测量。其中红外液位测量头的型号可以为GP2D120X。

本发明所采取的技术方案如下：。

这种采用红外测距头进行液位测量的液位测量仪，其工作原理是：接通电源后，采用测距头，将测距头安装在待测装置的上方，正对液体出现的位置，将测距头固定在红外液位测量圆筒顶端，红外液位测量圆筒为圆筒形，放置在液体中或者与液体相通，圆筒的外侧壁采用固定装置与待测液体盛装的容器内壁相连，所述浮漂置于红外液位测量圆筒的内圆筒中，红外液位测量圆筒的上下均开设若干小孔，从而便于透气和透水，由红外测距头，也就是红外液位测量头发出的红外信号垂直照射在浮漂上，采用单片机进行实时采集，获得电压信号，根据测距头的工作特性还原成距离信号，即获得红外液位测量头与浮漂之间的距离H2，一般来说，H2的范围限定在4cm至50cm之间，由于所述红外液位测量头的与液体盛装容器的底部之间的距离H1已知，从而获得了液面高度为H2-H1。

进一步地，采用红外测距头的方法进行液位测量，其中红外测距头可以采用SHARP测距头，其型号可以为GP2D120X，测距头的信号发送给单片机进行信号的调制，处理和转换，并通过485接口与外围控制电路相连接，控制后续执行器的动作。

进一步地，所述红外测距型液位计中采用红外液位测量圆筒，用于固定浮漂，使得红外线能够以较高垂直度照射在浮漂上，其中所述红外液位测量圆筒的外侧壁采用固定装置与待测液体盛装的容器内壁相连，其中所述的固定装置可以采用固定螺钉。

进一步地，所述红外测距型液位计中所采用的浮漂可以采用半圆柱形，也可以采用半圆锥形。

进一步地，采用该红外测距型液位计的厕所非水冲洗装置，厕具包括一人体探测装置、一电路控制装置、一大便器、一粉碎和离心装置、一上层冲洗液冲洗泵、一集冲洗液箱、一集粪箱、一除臭药液自动添加装置和多个管路装置。通过大小便识别程序，判定如果是小便，则电路控制装置启动上层冲洗液冲洗泵的电动机及粉碎和离心装置的电动机，集冲洗液箱中的上层冲洗液被上层冲洗液冲洗泵泵出沿冲洗液管路流入大便器的前部开口，对大便器进行冲洗。其中需要对集冲洗液箱的液位进行判定，从而确定是否需要添加水或其他药液辅助冲洗大便，或液位过高要自动排液，判定是否可以开始大便冲洗过程，所采用的液位测量装置即为本申请的红外测距型液位计。

该液位测量仪稳定、可靠、安装方便，结构简单，可以在液面波动较大的环境下，在狭小空间和较短距离范围内实现动态液位变化的实时检测，也可以在液面相对稳定的环境下，实现液位的高精度测量，为无水厕具的关键部件液位测量提供了方便快捷的检测手段。而对采用了该液位测量仪的厕所非水冲洗装置进行了多次实验，发生小便溢出以及小便未达到冲洗要求量的误判率为0，实验证明效果很好。

附图说明

附图1为目前常用的液位测量仪结构示意图；

附图2为本发明红外测距型液位测量仪结构示意图；

附图3为本发明红外测距型液位测量仪所应用的厕所非水冲洗装置结构图。

上述图中标号名称：1-液位测量仪；2-红外液位测量头；3-红外液位测量圆筒；4-浮漂；5-小孔；6-固定装置；7-人体探测装置；8-电路控制装置；9-大便器；10-粉碎和离心装置；11-上层冲洗液冲洗泵；12-集冲洗液箱；13-集粪箱；14-除臭药液自动添加装置。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细的说明。

参见附图1为目前常用的液位测量仪1结构示意图，这种测量液位的方法和仪器常用于测量不透明的液体的液面高度。例如CN200975907Y中公开的一种水煤浆浆位激光测量装置，包括水煤浆桶及设置在其上方的激光测距仪，激光测距仪的输出端连接有激光测距仪转换电路的输入端，该装置中从水煤浆罐底部到激光发射与传感装置的距离高度已知，而需要测量的是激光发射装置到水煤浆液面的实际测量距离高度，从而通过上述两者的差值获得水煤浆液面镜测量后的实际距离高度。

附图2为本发明红外测距型液位测量仪的结构示意图。该红外测距型液位测量仪包括红外液位测量头2、红外液位测量圆筒3、浮漂4、小孔5以及固定装置6，其中，所述红外液位测量头2安装在所述红外液位测量圆筒3的顶端，在所述圆筒的上下部分均开设有小孔5，从而进行透气和透水，所述红外液位测量圆筒3与盛装液体的容器采用固定装置6进行连接。该液位测量仪的工作原理是：接通电源后，采用测距头，将红外液位测量头2安装在待测装置的上方，正对液体出现的位置，将所述红外液位测量头2固定在所述红外液位测量圆筒3顶端，红外液位测量圆筒3为圆筒形，还可以是其他形状的，比如三角形或方筒形或多边筒形，放置在液体中或者与液体相通，圆筒的外侧壁采用固定装置与待测液体盛装的容器内壁相连，所述浮漂4置于红外液位测量圆筒3的内圆筒中，从而可以约束浮漂的横向水平运动，浮漂可以不受任何约束的随液面上下移动，圆筒直径不宜过大，从而影响液面较低时的测量效果，红外液位测量圆筒的上下均开设若干小孔，从而便于透气和透水，之所以采用小孔结构，主要考虑到既可以保持内外液面畅通，也可以将物理结构的变化对液面自身的影响降低到最小，由红外测距头，也就是红外液位测量头2发出的红外信号垂直照射在浮漂4上，采用单片机进行实时采集反射信号，获得电压信号，根据测距头的工作特性还原成距离信号，即获得红外液位测量头2与浮漂4之间的距离H2，由于所述红外液位测量头的与液体盛装容器的底部之间的距离H1已知，从而获得了液面高度为H2-H1。

进一步地，采用红外测距头的方法进行液位测量，其中红外测距头可以采用SHARP测距头，其型号可以为GP2D120X，测距头的信号发送给单片机进行信号的调制，处理和转换，并通过485接口与外围控制电路相连接，控制后续执行器的动作。

进一步地，所述红外测距型液位计中采用红外液位测量圆筒，用于固定浮漂，使得红外线能够以较高垂直度照射在浮漂上，其中所述红外液位测量圆筒的外侧壁采用固定装置与待测液体盛装的容器内壁相连，其中所述的固定装置可以采用固定螺钉。

进一步地，所述红外测距型液位计中所采用的浮漂可以采用半圆柱形，也可以采用半圆锥形，所述浮漂还可以根据测量圆筒的形状进行调整，例如为截面为三角形或多边形的筒形或锥形，这样的机构可以确保浮漂与圆筒接触面积最小，对液面高度测量的扰动也最小。

参见附图3，采用该红外测距型液位计的厕所非水冲洗装置，厕具包括一人体探测装置7、一电路控制装置8、一大便器9、一粉碎和离心装置10、一上层冲洗液冲洗泵11、一集冲洗液箱12、一集粪箱13、一除臭药液自动添加装置14和多个管路装置。通过大小便识别程序，判定如果是小便，则电路控制装置8启动上层冲洗液冲洗泵11的电动机及粉碎和离心装置10的电动机，集冲洗液箱12中的上层冲洗液被上层冲洗液冲洗泵11泵出沿冲洗液管路流入大便器9的前部开口，对大便器9进行冲洗。其中需要对集冲洗液箱12的液位进行判定，从而确定是否需要添加水或其他药液辅助冲洗大便，判定是否可以开始大便冲洗过程，所采用的液位测量装置即为本申请的红外测距型液位计。

本发明的第一实施例是提供一种红外测距型液位传感器，该红外测距型液位测量仪包括红外液位测量头2、红外液位测量圆筒3、浮漂4、小孔5以及固定装置6，其中，所述红外液位测量头2安装在所述红外液位测量圆筒3的顶端，在所述圆筒的上下部分均开设有小孔5，从而进行透气和透水，所述红外液位测量圆筒3与盛装液体的容器采用固定装置6进行连接。该液位测量仪的工作原理是：接通电源后，采用测距头，将红外液位测量头2安装在待测装置的上方，正对液体出现的位置，将所述红外液位测量头2固定在所述红外液位测量圆筒3顶端，红外液位测量圆筒3为圆筒形，放置在液体中或者与液体相通，圆筒的外侧壁采用固定装置与待测液体盛装的容器内壁相连，所述浮漂4置于红外液位测量圆筒3的内圆筒中，从而可以约束浮漂的横向水平运动，浮漂可以不受任何约束的随液面上下移动，圆筒直径不宜过大，从而影响液面较低时的测量效果，红外液位测量圆筒的上下均开设若干小孔，从而便于透气和透水，之所以采用小孔结构，主要考虑到既可以保持内外液面畅通，也可以将物理结构的变化对液面自身的影响降低到最小，由红外测距头，也就是红外液位测量头2发出的红外信号垂直照射在浮漂4上，采用单片机进行实时采集反射信号，获得电压信号，根据测距头的工作特性还原成距离信号，即获得红外液位测量头2与浮漂4之间的距离H2，一般来说，H2的范围限定在4cm至50cm之间，由于所述红外液位测量头的与液体盛装容器的底部之间的距离H1已知，从而获得了液面高度为H2-H1，其中浮漂为半圆柱形。

本发明的第二实施例是提供一种红外测距型液位传感器，该红外测距型液位测量仪包括红外液位测量头2、红外液位测量圆筒3、浮漂4、小孔5以及固定装置6，其中，所述红外液位测量头2安装在所述红外液位测量圆筒3的顶端，在所述圆筒的上下部分均开设有小孔5，从而进行透气和透水，所述红外液位测量圆筒3与盛装液体的容器采用固定螺钉进行连接，即所述固定装置6为固定螺钉。该液位测量仪的工作原理是：接通电源后，采用测距头，将红外液位测量头2安装在待测装置的上方，正对液体出现的位置，将所述红外液位测量头2固定在所述红外液位测量圆筒3顶端，红外液位测量圆筒3为圆筒形，还可以是其他形状，例如三角形或方筒形或多边筒形，放置在液体中或者与液体相通，圆筒的外侧壁采用固定装置与待测液体盛装的容器内壁相连，所述浮漂4置于红外液位测量圆筒3的内圆筒中，从而可以约束浮漂的横向水平运动，浮漂可以不受任何约束的随液面上下移动，圆筒直径不宜过大，从而影响液面较低时的测量效果，红外液位测量圆筒的上下均开设若干小孔，从而便于透气和透水，之所以采用小孔结构，主要考虑到既可以保持内外液面畅通，也可以将物理结构的变化对液面自身的影响降低到最小，由红外测距头，也就是红外液位测量头2发出的红外信号垂直照射在浮漂4上，采用单片机进行实时采集反射信号，获得电压信号，根据测距头的工作特性还原成距离信号，即获得红外液位测量头2与浮漂4之间的距离H2，由于所述红外液位测量头的与液体盛装容器的底部之间的距离H1已知，从而获得了液面高度为H2-H1，其中浮漂为半圆锥形。

本发明的第三实施例是提供一种采用该红外测距型液位计的厕所非水冲洗装置，厕具包括一人体探测装置7、一电路控制装置8、一大便器9、一粉碎和离心装置10、一上层冲洗液冲洗泵11、一集冲洗液箱12、一集粪箱13、一除臭药液自动添加装置14和多个管路装置。通过大小便识别程序，判定如果是小便，则电路控制装置8启动上层冲洗液冲洗泵11的电动机及粉碎和离心装置10的电动机，集冲洗液箱12中的上层冲洗液被上层冲洗液冲洗泵11泵出沿冲洗液管路流入大便器9的前部开口，对大便器9进行冲洗。其中需要对集冲洗液箱12的液位进行判定，从而确定是否需要添加水或其他药液辅助冲洗大便，或液位过高要自动排液，判定是否可以开始大便冲洗过程，所采用的液位测量装置即为本申请的红外测距型液位计。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时本领域的一般技术人员，根据本发明的实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种红外测距液位测量仪，其特征是：包括红外液位测量头(2)、红外液位测量圆筒(3)、浮漂(4)、小孔(5)以及固定装置(6)，其中，所述红外液位测量头(2)安装在所述红外液位测量圆筒(3)的顶端，在所述圆筒的上下部分均开设有小孔(5)，从而进行透气和透水，所述红外液位测量圆筒(3)与盛装液体的容器采用固定装置(6)进行连接，红外液位测量头(2)安装在待测装置的上方，正对液体出现的位置，将所述红外液位测量头(2)固定在所述红外液位测量圆筒(3)顶端，红外液位测量圆筒(3)为圆筒形，放置在液体中或者与液体相通，所述浮漂(4)置于所述红外液位测量圆筒(3)的内圆筒中，从而可以约束浮漂的横向水平运动，浮漂可以不受任何约束的随液面上下移动，红外液位测量圆筒的上下均开设若干小孔，从而便于透气和透水，由所述红外液位测量头(2)发出的红外信号垂直照射在所述浮漂(4)上，采用单片机进行反射信号的实时采集，获得电压信号，根据测距头的工作特性还原成距离信号，即获得所述红外液位测量头(2)与所述浮漂(4)之间的距离H2，由于所述红外液位测量头(2)与液体盛装容器的底部之间的距离H1已知，从而获得了液面高度为H2-H1。

2.根据权利要求1所述的红外测距液位测量仪，其特征是：所述固定装置(6)为固定螺钉。

3.根据权利要求1-2任一所述的红外测距液位测量仪，其特征是：所述红外液位测量圆筒(3)还可以是其他形状，例如三角形或方筒形或多边筒形。

4.根据权利要求1-3任一所述的红外测距液位测量仪，其特征是：所述浮漂(4)为半圆柱形或者半圆锥形。

5.根据权利要求1-3任一所述的红外测距液位测量仪，其特征是：所述浮漂(4)可以根据测量圆筒的形状进行调整，例如为截面为三角形或多边形的筒形或锥形。

6.根据权利要求1-5任一所述的红外测距液位测量仪，其特征是：所采用的红外测距头为SHARP测距头，其型号可以为GP2D120X。

7.根据上述任一权利要求所述的红外测距液位测量仪，其特征是：所述红外液位测量头(2)与所述浮漂(4)之间的距离，即所述H2的范围限定在4cm至50cm之间。

8.一种使用上述任一权利要求所述红外测距液位测量仪的厕所非水冲洗装置，其特征是：所述厕所非水冲洗装置的厕具包括一人体探测装置(7)、一电路控制装置(8)、一大便器(9)、一粉碎和离心装置(10)、一上层冲洗液冲洗泵(11)、一集冲洗液箱(12)、一集粪箱(13)、一除臭药液自动添加装置(14)和多个管路装置，对所述集冲洗液箱进行液位测量的装置采用如权利要求1-5任一所述的红外测距型液位计，对集冲洗液箱(12)的液位进行判定，从而确定是否需要添加水或其他药液辅助冲洗大便，或液位过高要自动排液，判定是否可以开始大便冲洗过程。

9.根据权利要求8所述的一种厕所非水冲洗装置，其中所述红外测距型液位计安装在集冲洗液箱正上方，对集冲洗液箱内部的小便液位进行测量，通过大小便识别程序，判定如果是小便，则所述电路控制装置(8)启动所述上层冲洗液冲洗泵(11)的电动机及所述粉碎和离心装置(10)的电动机，所述集冲洗液箱(12)中的上层冲洗液被上层冲洗液冲洗泵(11)泵出沿冲洗液管路流入所述大便器(9)的前部开口，对所述大便器(9)进行冲洗。

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