CN107702764A - 燃气发生器光学全直射式水位传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种燃气发生器光学全直射式水位传感器，解决了目前飞行器发射瞬间燃气发生器冷却罐内水位测量难的问题。本发明包括光源、光电探测器、信号调理器和固定工装，光源和光电探测器安装于固定工装上，信号调理器通过传输电缆分别与光源以及光电探测器连接。本发明水位传感器设计科学、结构简单、安装方便、设备成本低廉，能够满足燃气发生器点火瞬间的特殊环境，利用光学直射原理，可实现冷却罐内水位的精确测量。同时本发明水位传感器系统响应速度快、可靠性高、抗过载能力强，传感部分的光源和光学探测器距离可调，不受容器大小的约束，是一种理想的专用水位测量仪器，填补了特殊环境下燃气发生器冷却罐水位测试的空白。
Description
技术领域
本发明涉及传感器应用技术领域，特别是一种专门用于测量燃气发生器冷却罐水位的传感器，具体是一种燃气发生器光学全直射式水位传感器。
背景技术
飞行器发射动力装置的核心为燃气发生器，它主要由燃剂发生罐和冷却罐两部分组成，燃剂发生罐主要产生燃气，冷却罐中装有冷却水，燃气会通过冷却罐导槽从而推进飞行器动作。1000℃以上高温燃气经过冷却罐时会使水产生气化作用，从而使冷却罐中水位发生变化，通过测验冷却罐中水位的变化情况可以研究燃气和水混合物的相对规律，对燃气发生器的研制具有指导性意义。
飞行器在发射瞬间会产生高温、高压等极端环境，且燃气的工作过程一般在100ms内完成，需要传感器的响应速度足够快，同时燃剂燃烧过程为黑色颗粒状烟雾气体，对常规光学传感器不敏感。目前，应用较多的水位传感器主要包括电容式、浮子式、压力式、超声波、雷达式和激光式等等，不同的水位传感器其工作原理、适用条件不尽相同，例如：电容式水位传感器能满足高温高压环境，但是其响应速度远远不够；浮子式水位传感器应用最为广泛，技术成熟，可靠性高, 但环境适用性较差；气泡式和雷达式水位传感器为新型水位传感器，目前也有一定范围的应用，可靠性较好，但设备昂贵，安装条件受限；激光式水位传感器技术尚不成熟，可靠性较差，适用环境有限。因此，现有的水位传感器基本满足不了上述测试环境需求。
截止目前，燃气发生器冷却罐中的水位测试几乎处于空白。为了研究燃气发生器燃剂燃烧规律，其冷却罐中的水位测量迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前飞行器发射瞬间燃气发生器冷却罐内水位测量难的问题，而提供一种燃气发生器光学全直射式水位传感器。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种燃气发生器光学全直射式水位传感器，包括光源、光电探测器、信号调理器和固定工装；固定工装包括底板，底板的一端穿插固定有第一安装柱、另一端穿插固定有第二安装柱；光源封装于第一安装柱位于底板以上的柱段内，并且紧邻底板设置，第一安装柱上开设有供光源照出的透光口；光电探测器封装于第二安装柱位于底板以上的柱段内，第二安装柱上沿其轴向开设有正对光源照射方向的透光槽，光源照射出的光穿过透光槽直射在光电探测器的光敏面上；信号调理器设于底板下方，信号调理器通过传输电缆分别与第一安装柱内的光源以及第二安装柱内的光电探测器连接。
使用时，将本发明传感器安装于燃气发生器的冷却罐内，并使得第二安装柱内的光电探测器的光敏面上下贯穿水面到水底。飞行器在发射时，会使得冷却罐内水面上方的部分充满不透光的烟雾气体，所以光源发出的光只能在水中传输而无法照射到水面上方。由于基于光源直射原理，光源和光电探测器的距离（即第一安装柱和第二安装柱的距离）只需满足光源的入射角小于90°即可，光源发出的光可照射到光电探测器在水中的光敏面上，光电探测器在水面上方的光敏面无法照射到，因此，光电探测器光敏面的受光高度与冷却罐中的水位高度为一一对应关系，固其输出电流与水位高度可以构建简单的一维函数关系。将光电探测器输出的电流信号通过传输电缆连接信号调理器，把微弱的电流信号转换成标准电压信号，然后再进行采集、存储、处理等。通过对检测电压信号的变化，即可得到冷却罐内水位的变化情况。信号调理器主要完成两方面的功能，一方面给光源进行供电，另一方面完成光电探测器输出电流信号的调理放大。
作为优选的技术方案，所述的光电探测器由若干个PSD光电器件串联组成。单个PSD光电器件的探测长度为34mm，所以为了满足冷却罐内的水位深度，可以通过串联多个PSD光电器件来达到要求，将串联后的PSD光电器件的光敏面贯彻于水面到水底即可。
作为优选的技术方案，所述的光源采用LED红光光源。
作为优选的技术方案，该水位传感器能够承受800℃以上瞬态高温和2MPa以上高压，抗冲击过载不小于2万g，测量响应速度优于1us。
本发明水位传感器设计科学、结构简单、安装方便、设备成本低廉，能够满足燃气发生器点火瞬间的特殊环境，利用简单的光电原理可实现冷却罐内水位的精确测量。同时本发明水位传感器系统响应速度快、可靠性高、抗过载能力强，传感部分的光源和光学探测器距离可调，不受容器大小的约束，是一种理想的专用水位测量仪器，填补了特殊环境下燃气发生器冷却罐水位测试的空白。
附图说明
此处的附图用来提供对本发明的进一步说明，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用来解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的使用示意图。
图中：1-光源、2-光电探测器、3-信号调理器、4-底板、5-第一安装柱、6-第二安装柱、7-传输电缆。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明，以下结合参考附图并结合实施例对本发明作进一步清楚、完整的说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，一种燃气发生器光学全直射式水位传感器，包括光源1、光电探测器2、信号调理器3和固定工装；固定工装包括底板4，底板4的一端穿插固定有第一安装柱5、另一端穿插固定有第二安装柱6；光源1封装于第一安装柱5位于底板4以上的柱段内，并且紧邻底板4设置，第一安装柱5上开设有供光源1照出的透光口；光电探测器2封装于第二安装柱6位于底板4以上的柱段内，第二安装柱6上沿其轴向开设有贯穿第二安装柱6上下且正对光源1照射方向的透光槽，光源1照射出的光穿过透光槽后直射在光电探测器2的光敏面上；信号调理器3设于底板4下方，信号调理器3通过传输电缆7分别与第一安装柱5内的光源1以及第二安装柱6内的光电探测器2连接，信号调理器3一方面给光源1进行供电，另一方面完成光电探测器2输出电流信号的调理放大。
具体实施时，可以选用M20mm的螺杆作为第一安装柱5和第二安装柱6，将光源1和光电探测器2分别封装于各自螺杆内，并在封装光电探测器2的螺杆上铣出透光槽，然后通过螺帽将螺杆固定于底板4上；传输电缆7的一端可以从螺杆的底端端部穿入，并分别与螺杆内的光源1以及光电探测器2连接，之后传输电缆7的另一端再分别与信号调理器连接。光源1采用大功率的LED红光光源。光电探测器2由若干个PSD光电器件串联组成，选用一维的PSD光电器件来敏感光信号，PSD光电器件主要利用横向光电效应实现对光源位置的检测，具有分辨率高、响应速度快、处理电路简单等优点、另外，PSD光电器件为非分割型元件，可以连续输出模拟信号，其位置输出信号与入射光斑的形状无关，只与其光敏面接收到的入射光光斑能量中心的位置有关，单个PSD光电器件的探测长度为34mm，即光敏面的长度为34mm。
使用时，如图2所示，将本发明传感器安装于冷却罐内的底部，同时要求光电探测器2的光敏面要贯彻冷却水的水面到水底，一般冷却罐内的冷却水的初始深度为100mm，所以需要将三只PSD光电器件进行串联作为光电探测器2，其光敏面长度为102mm，满足测量需求。调整光源1的直射角度＜90°，由于水面上方为不透光的烟雾气体，使所有的光只能直射到光电探测器2的光敏面上，随着水位的变化，实现水位与光电探测器2的受光高度一一对应。光电探测器2输出的信号经信号调理器3调理放大后输出为标准电压信号，与光的一维坐标位置构成简单的函数关系。信号调理器3输出的信号可以通过常规的数采装置进行采集、存储、监测、处理，从而完成测量过程。
本发明传感器具有水密功能，并且可以承受800℃以上的瞬态高温以及2MPa以上的高压，抗冲击过载不小于2万g，测量响应速度优于1us。
上面是对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (5)
1.一种燃气发生器光学全直射式水位传感器，其特征在于：包括光源（1）、光电探测器（2）、信号调理器（3）和固定工装；固定工装包括底板（4），底板（4）的一端穿插固定有第一安装柱（5）、另一端穿插固定有第二安装柱（6）；光源（1）封装于第一安装柱（5）位于底板（4）以上的柱段内，并且紧邻底板（4）设置，第一安装柱（5）上开设有供光源（1）照出的透光口；光电探测器（2）封装于第二安装柱（6）位于底板（4）以上的柱段内，第二安装柱（6）上沿其轴向开设有正对光源（1）照射方向的透光槽，光源（1）照射出的光穿过透光槽直射在光电探测器（2）的光敏面上；信号调理器（3）设于底板（4）下方，信号调理器（3）通过传输电缆（7）分别与第一安装柱（5）内的光源（1）以及第二安装柱（6）内的光电探测器（2）连接。
2.根据权利要求1所述的燃气发生器光学全直射式水位传感器，其特征在于：所述的光电探测器（2）由若干个PSD光电器件串联组成。
3.根据权利要求1或2所述的燃气发生器光学全直射式水位传感器，其特征在于：所述的光源（1）采用LED红光光源。
4.根据权利要求1或2所述的燃气发生器光学全直射式水位传感器，其特征在于：该水位传感器能够承受800℃以上的瞬态高温以及2MPa以上的高压，抗冲击过载不小于2万g，测量响应速度优于1us。
5.根据权利要求3所述的燃气发生器光学全直射式水位传感器，其特征在于：该水位传感器能够承受800℃以上的瞬态高温以及2MPa以上的高压，抗冲击过载不小于2万g，测量响应速度优于1us。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5828458A (en) * | 1995-01-26 | 1998-10-27 | Nartron Corporation | Turbidity sensor |
| CN101509802A (zh) * | 2009-03-16 | 2009-08-19 | 哈尔滨工程大学 | 光学全反射式线阵ccd液位测量方法及测量装置 |
| CN101509801A (zh) * | 2009-03-16 | 2009-08-19 | 哈尔滨工程大学 | 智能化光源线阵ccd液位测量方法及测量装置 |
| CN101504302A (zh) * | 2009-03-19 | 2009-08-12 | 哈尔滨工程大学 | 收发一体式线阵ccd光学液位测量方法及测量装置 |
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