CN106989796A - 液面检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液面检测装置，包括光学检测模块、光接收和传导部件、取样探针，所述的光接收和传导部件内嵌取样探针内，顶端与光学检测模块连接，光接收和传导部件的底端设置光接收面，其光接收面与取样探针针头端面、液面保持平行；光接收和传导部件的折射率与液体折射率相近，光接收和传导部件采集空气中的光信号和液面接触的光信号的突变进行液面检测。本发明具有信号变化明显，灵敏度高、响应速度快的特点，能够实现毫升级的液面高度检测，效果显著，应用范围广。
Description
技术领域
本发明属于检测领域，更具体地涉及一种液面检测装置。
背景技术
目前，在医疗、化工、理化分析等应用领域需要对待分析的液体进行精确取样。
常见的液面感应方法主要分为接触式或非接触式两种，非接触式主要有超声波法、激光法和CCD成像法等。非接触式方法设计复杂，成本高，提取试剂的探针空间小，又处于旋转和升降运动状态，不适宜安装传感器或摄像机。
接触式液面感应方法主要有电阻法、电容法等，由于其试剂杯子的口径小，只有10毫米，因此试剂液面呈现下凹型，而不是平面。试剂量会随着提取过程减少，所以液面是逐渐下降的。这样采用探长下降固定高度的方法和在试管两侧安装光电收发信号的方法不能有效的检测到试剂的实际液面。电阻法由于需要另外增加一个电极，增大了交叉污染的机会；电容法则存在在环境湿度大的情况下，即使没有碰到液面也会给出液面检测到的错误结果，稳定性差。
而作为样本测试分析的液体一般都只在毫升级，由此产生的电容变化很小，加之环境湿度、各种寄生电容带来的干扰，容易导致检测不准确。另一方面，电容变化测量的响应时间比较长，会引入数毫秒或数十毫秒的延迟，影响取样精度。为了提高精确取样系统中液面检测精度和响应灵敏度，需要设计一种全新的液面检测方案。
发明内容
一、发明目的。
本发明为了提高毫米级液面取样的灵敏度和精度，提出了一种液面检测装置。
二、本发明所采用的技术方案。
本发明提出的液面检测装置，光学检测模块、光接收和传导部件、取样探针，所述的光接收和传导部件内嵌取样探针内，顶端与光学检测模块连接，光接收和传导部件的底端设置光接收面，其光接收面与取样探针针头端面、液面保持平行；光接收和传导部件的折射率与液体折射率相近，光接收和传导部件采集空气中的光信号和液面接触的光信号的突变进行液面检测。
液面检测装置还包括光源模块，所述光源模块的出射光方向与液面的夹角a满足公式：
。
更进一步具体实施方式中，所述的取样探针可拆卸设置。为了实现不同的液面折射率的光接收和传导部件材料的更换。
更进一步具体实施方式中，所述的接收和传导部件与取样探针采用石英玻璃套管，取样探针为外石英玻璃套管，接收和传导部件在内石英玻璃套管内部。
更进一步具体实施方式中，所述的接收和传导部件与取样探针一体制成石英玻璃内嵌管。
液面检测装置的接收和传导部件的光接收面为平面结构、凹面结构或者凸面结构。
液面检测装置的光学检测模块包括光电转换部件，接收和传导部件将光信号传输至光电转换部件转换成电信号。
液面检测装置的光电转换部件采用雪崩二极管作为光电转换器件，经过I-V转换后产生与光强成比例变化的电压信号进行测量。
三、本发明所产生的技术效果。
本发明利用液体为光密介质和空气为光疏介质的不同特性，结合过光接收和传导部件材料折射率与液体折射率相近的设计，可以液面探测过程中的光信号的突变，相对于其他方式的信号采集，比如电容变化等，其具有信号变化明显，灵敏度高、响应速度快的特点；本发明硬件结构简单，成本较低，但能够实现毫升级的液面高度检测，效果显著，应用范围广。
附图说明
图1为本发明的示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本发明液面检测装置的一种实现方法，由光学检测模块（1）、光源模块（4）和测量模块（5）组成。
光学检测模块（1）由光接收和传导部件（2）和光电转换部件（3）组成。本例中光接收和传导部件（2）为一根独立的石英玻璃棒，根据实际应用的需要，光接收和传导部件（2）也可以制作为石英玻璃套管或者石英玻璃内嵌管以便与取样探针（6）融为一体。光接收和传导部件（2）的光接收面与取样探针（6）的针头保持平齐，一起移动，这样光接收和传导部件（2）的光接收面接触到液面也就意味着取样探针（6）的针头接触到液面。本例中光电转换部件（3）采用雪崩二极管（APD）作为光电转换器件，经过I-V转换后产生与光强成比例变化的电压信号供测量模块（5）使用。
光源模块（4）发出的光线透过试剂管壁（7）进入液体（8），然后透过液面（9）进入空气（10）。由于液体是光密介质，空气是光疏介质，光线在从液面（9）进入空气（10）的过程中，入射角大于临界角的光线由于全反射的作用无法穿透液面（9）进入空气（10），因此当光接收和传导部件（2）的光接收面位于空气中时，光接收和传导部件（2）接收到的光强较弱。当光接收和传导部件（2）的光接收面接触液面时，由于光接收和传导部件（2）的材料的折射率与液体（9）的折射率接近，全反射效果不明显，此时光接收和传导部件（2）接收到的光强较强。因此光电转换部件（3）输出的电压信号在光接收和传导部件（2）的光接收面接触液面的前后会有明显的变化，会产生突变。
测量模块（5）通过测量光电转换部件（3）输出的电压信号，分析电压信号中的突变来判断光学检测模块（1）是否接触到液面，并输出相应的数字信号。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种液面检测装置，其特征在于：光学检测模块（1）、光接收和传导部件（2）、取样探针（6），所述的光接收和传导部件（2）内嵌取样探针（6）内，顶端与光学检测模块（1）连接，光接收和传导部件（2）的底端设置光接收面，其光接收面与取样取样探针（6）针头端面、液面保持平行；光接收和传导部件（2）的折射率与液体折射率相近，光接收和传导部件（2）采集空气中的光信号和液面接触的光信号的突变进行液面检测。
2.根据权利要求1所述的液面检测装置，其特征在于：还包括光源模块（4），所述光源模块（4）的出射光方向与液面的夹角a满足公式：
。
3.根据权利要求1所述的液面检测装置，其特征在于：所述的取样探针（6）可拆卸设置。
4.根据权利要求3所述的液面检测装置，其特征在于：所述的接收和传导部件（2）与取样探针采用石英玻璃套管，取样探针（6）为外石英玻璃套管，接收和传导部件（2）在内石英玻璃套管内部。
5.根据权利要求1所述的液面检测装置，其特征在于：所述的接收和传导部件（2）与取样探针（6）一体制成石英玻璃内嵌管。
6.根据权利要求1所述的液面检测装置，其特征在于：接收和传导部件（2）的光接收面为平面结构、凹面结构或者凸面结构。
7.根据权利要求1所述的液面检测装置，其特征在于：光学检测模块（1）包括光电转换部件（3），接收和传导部件（2）将光信号传输至光电转换部件（3）转换成电信号。
8.根据权利要求7所述的液面检测装置，其特征在于：所述的光电转换部件（3）采用雪崩二极管作为光电转换器件，经过I-V转换后产生与光强成比例变化的电压信号进行测量。
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