CN113514131A - 一种抗泡沫液位传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种抗泡沫液位传感器，所述抗泡沫液位传感器包括：发光件，所述发光件用于发射探测光线；导光体，所述导光体靠近所述发光件布置且具有至少一个反射面，所述反射面用于接收经由所述导光体传导的所述探测光线并反射形成待测光线，所述探测光线或所述待测光线的传播路径为光回路，所述导光体开设有允许被测介质进入的检测口，所述光回路经过所述检测口；以及感光件，所述感光件靠近所述导光体布置，所述感光件处于所述待测光线的传播路径以检测所述待测光线的强度信号。本发明的抗泡沫液位传感器，能够同时检测液体和泡沫，安全可靠。

Description

一种抗泡沫液位传感器

技术领域

本发明涉及液位检测技术领域，特别涉及一种抗泡沫液位传感器。

背景技术

液位检测对人们的生产生活有重要的指导意义，例如需要监测水箱、储油罐、发酵筒等容器内的液位来实现预警。液位传感器有机械浮子式、压力式、电容式、超声波式、光线式、光电式等多种类型。

一些特殊的工业容器如发酵罐、废液池内容易产生泡沫，现有的液位传感器只能检测出表面接触的液体，而不能检测出泡沫的存在，可能因泡沫溢出而造成安全隐患。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种抗泡沫液位传感器，旨在解决目前液位传感器无法检测泡沫的问题。

为实现上述目的，本发明提出的抗泡沫液位传感器，包括：

发光件，所述发光件用于发射探测光线；

导光体，所述导光体靠近所述发光件布置且具有至少一个反射面，所述反射面用于接收经由所述导光体传导的所述探测光线并反射形成待测光线，所述探测光线或所述待测光线的传播路径为光回路，所述导光体开设有允许被测介质进入的检测口，所述光回路经过所述检测口；以及

感光件，所述感光件靠近所述导光体布置，所述感光件处于所述待测光线的传播路径以检测所述待测光线的强度信号。

可选地，所述检测口在所述光回路上的跨距D为7mm～9mm，所述探测光线为红外线。

可选地，所述检测口沿所述光回路排布多个。

可选地，所述导光体为板状结构，所述板状结构的边缘设有缺口，所述缺口形成为所述检测口。

可选地，所述导光体具有长度方向，所述导光体在长度方向的一端为探测端，另一端为安装端，所述反射面和所述检测口位于所述探测端，所述发光件和所述感光件靠近所述安装端。

可选地，所述反射面具有第一反射区和第二反射区，经由所述第一反射区反射形成的光线为第一待测光线，经由所述第二反射区反射形成的光线为第二待测光线，所述感光件靠近所述导光体布置且至少包括第一感光件和第二感光件，所述第一感光件处于所述第一待测光线的传播路径以检测所述第一待测光线的强度信号，所述第二感光件处于所述第二待测光线的传播路径以检测所述第二待测光线的强度信号。

可选地，所述反射面设置至少两个且分别为一次反射面和二次反射面，所述一次反射面和所述二次反射面均具有第一反射区和第二反射区，所述检测口位于所述一次反射面和所述二次反射面之间。

可选地，所述探测端包括第一分支和第二分支，所述第一分支和所述第二分支之间的空隙形成为所述检测口，所述一次反射面设置于所述第一分支，所述二次反射面设置于所述第二分支。

可选地，所述一次反射面和所述二次反射面均为平面且相互呈90°夹角设置，所述检测口具有相对设置的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面和所述第二侧面均为垂直于所述光回路的平面。

可选地，所述导光体的长度为55mm～70mm，所述导光体的宽度为15mm～25mm，所述导光体的厚度为4mm～7mm，所述检测口处于所述导光体宽度方向的中部，所述检测口的深度为25mm～35mm。

本发明的技术方案中，通过导光体形成光回路，被测介质为液体时，利用反射面使探测光线作用于被测液体并形成待测光线，从而判断液位；被测介质带有泡沫时，本发明通过检测口使探测光线作用于泡沫并形成待测光线，从而判断泡沫位置，安全可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一实施例的结构示意图；

图2为图1中安装座部位的结构示意图；

图3为本发明一实施例的立体图；

图4为本发明在反射面处的检测原理图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	发光件	226	第二分支
110	探测光线	230	安装端
				120	待测光线	240	检测口
121	第一待测光线	241	第一侧面
				122	第二待测光线	242	第二侧面
200	导光体	300	感光件
				210	反射面	310	第一感光件
211	一次反射面	320	第二感光件
				212	二次反射面	400	安装座
213	第一反射区	410	耳板
				214	第二反射区	411	安装孔
220	探测端	500	液滴
				225	第一分支

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B为例”，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种抗泡沫液位传感器，可以同时检测到被测液体和泡沫。图1至图4为本发明提供的抗泡沫液位传感器的实施例。

参照图1至图4，抗泡沫液位传感器包括发光件100、导光体200和感光件300。

发光件100用于发射探测光线110。探测光线110可以为红外线、可见光、激光等。发光件100可以为半导体激光器、发光二极管等。发光件100发射的光线可以以直接耦合或间接耦合的方式进入导光体200内。

导光体200靠近发光件100布置且具有至少一个反射面210，反射面210用于接收经由导光体200传导的探测光线110并反射形成待测光线120。探测光线110或待测光线120的传播路径为光回路，导光体200开设有允许被测介质进入的检测口240，光回路经过检测口240。

感光件300靠近导光体200布置，感光件300处于待测光线120的传播路径以检测待测光线120的强度信号。从导光体200内射出的待测光线120可以以直接耦合或间接耦合的方式进入感光件300。感光件300可以是光电二极管、光电三极管、光电池等。

感光件300检测到的强度信号可直接用于触发提示信号，如指示灯、蜂鸣器等，也发送给控制器以触发相应的控制程序。控制器可以作为本发明的一部分安装在被测液体的储存罐内，控制器也可以独立于本发明而安装在储存罐外。

从发光件100发出光线到感光件300接收光线，光线可能经过一次或多次反射或折射，光线的强度逐渐减弱。本发明中的待测光线120是指感光件300接收到的最终光线。本发明中的探测光线110既包括发光件100刚发出的光线，也包括任意相邻两次反射之间的光线。光线既可以先经过检测口240再到达反射面210，也可以经由反射面210反射之后再经过检测口240。

本发明可视为光电式液位传感器，光电式液位传感器的基本原理是光线在不同介质形成的界面处反射率不同。导光体200作为光线传播的主要介质，通过采用发射角小、平行度高的发光件100，可以使探测光线110主要在反射面210处发生反射和/或折射，而不在导光体200的其它表面发生反射和/或折射。

反射面210作为界面，一侧为导光体200，另一侧为空气或水、油等待测液体。当被测液体处于低液位时，界面两侧分别是导光体200和空气，界面两侧材质的折射率之比较大，界面反射率高，使感光件300测得强度较高的待测光线120并转换为强的电信号，例如较大的电压、电流。

当被测液体处于高液位时，反射面210完全浸在被测液体中，界面两侧分别是导光体200和被测液体，界面两侧材质的折射率之比较小，界面反射率低，也可理解为探测光线110的大部分能量通过被测液体“泄露”到环境中了，使感光件300测得强度较低的待测光线120并转换为弱的电信号。

因此，可以根据感光件300的信号判断反射面210处的环境介质，从而判断液位情况。

对于传统的机械式液位传感器，可以通过附装消泡机构来避免泡沫对测量结果的影响。也可以改变浮子结构，使浮子刚好处于泡沫和液体的分界面，以测量真实的液位。这些结构过于复杂，增加了故障几率和维护难度。

对于传统的光电式液位传感器，当被测介质带有泡沫时，随着液面的升高，与导光体200首先接触的是泡沫。泡沫层作为一个整体可近似理解为某一折射率较低的连续介质，该连续介质的折射率与空气的折射率相差不大，探测光线110射入泡沫层的能量较少，能量的泄露基本可忽略，故难以发现泡沫的存在。

对于本实施例，检测口240内粘附泡沫，泡沫阻挡于光回路，使探测光线110必须要穿过泡沫才能到达感光件300。在探测光线110射向泡沫时，光线的能量发生泄露，从而使待测光线120与探测光线110的能量存在明显差异。能量泄露的其中一种情况是探测光线110在射向泡沫时，泡沫的不平整的表面将光线朝四面反射而耗散。另一种情况是泡沫完全填充检测口240，红外线或其它单色光在各气泡壁上经过多次散射而耗散，从而能够检测出到达警戒线的泡沫。由于本实施例的方案已通过实践证实可行，对原理的分析并不影响实现发明目的，故不再对科学机理部分做进一步探究。

为确保探测光线110经过检测口240时有足够的衰减量，在一实施例中，探测光线110为红外线，检测口240在光回路上的跨距D大于7mm。为了减小本抗泡沫液位传感器的整体尺寸，检测口240在光回路上的跨距D小于9mm，这样可以将导光体200设置为长条状，检测口240设置在导光体200的端部，导光体200竖向安装，检测口240开口朝下进入待测介质。

在另一实施例中，检测口240沿光回路排布多个。这样可以将导光体200设置为长条状，多个检测口240沿导光体200长度方向排列，导光体200横向安装，各检测口240开口均朝下进入待测介质。

为了防止泡沫挂于检测口240而影响测量结果，在一实施例中，导光体200为板状结构，板状结构的边缘设有缺口，缺口形成为检测口240。板状结构的厚度较薄，即使检测口240的跨距D较大，也可以将检测口240的侧面面积保持在较小范围内，从而防止泡沫连成一片挂于检测口240。

具体的，在一实施例中，导光体200具有长度方向，导光体200在长度方向的一端为探测端220，另一端为安装端230，反射面210和检测口240位于探测端220，发光件100和感光件300靠近安装端230。该设置可以将发光件100和感光件300安装于同一电路板并靠近容器壁固定于警戒线上方，而探测端220上的反射面210固定于警戒线下方，以此拉开反射面210和电路板的距离，更安全。

对于现有的光电式液位传感器，当反射面210上粘附有待测液体，且待测液体以液滴500的形式处于探测光线110的传播路径上时，则探测光线110的能量可能经由液滴500而泄露，感光件300将弱的电信号发送给控制器，控制器将误判被测液体处于高液位，而实际上被测液体处于低液位。

因此现有的光电式液位传感器难以将粘附有液滴500的低液位与高液位这两种状态区分开来，通过结构设计使反射面210不易粘附液滴500或清除液滴500的方法也难以将液滴500完全清除。

为了防止液滴或泡沫挂于导光体200影响检测结果，在一实施例中，反射面210具有第一反射区213和第二反射区214，经由第一反射区213反射形成的光线为第一待测光线121，经由第二反射区214反射形成的光线为第二待测光线122，感光件300靠近导光体200布置且至少包括第一感光件310和第二感光件320，第一感光件310处于第一待测光线121的传播路径以检测第一待测光线121的强度信号，第二感光件320处于第二待测光线122的传播路径以检测第二待测光线122的强度信号。

在外观上，第一反射区213和第二反射区214之间没有明显的界限。从原理上讲，第一反射区213的位置随第一感光件310的位置发生变化，第二反射区214的位置随第二感光件320的位置发生变化。

本实施例通过将反射面210分区，不同感光件300可分别检测不同分区是否被液体覆盖。以便与感光件300连接的控制器作出准确判断，判断的方法可以简述如下，

当所有分区对应的感光件300均产生弱的电信号时，判定为高液位。

当所有分区对应的感光件300均产生强的电信号时，判定为低液位。

当部分感光件300产生弱的电信号，另一部分产生强的电信号，例如第一感光件310产生弱的电信号而第二感光件320产生强的电信号，判断为低液位，具体为粘附有液滴500时的低液位。

从而将粘附有液滴500的低液位与高液位这两种状态区分开来。

通过合理设置反射面210的面积，可以保证通常情况下液滴500不会同时覆盖第一反射区213和第二反射区214，使至少一个感光件300产生强的电信号，以便控制器判断为低液位。

在一实施例中，反射面210设置至少两个且分别为一次反射面211和二次反射面212，一次反射面211和二次反射面212均具有第一反射区213和第二反射区214，检测口240位于一次反射面211和二次反射面212之间。

不同的待测液体具有不同的折射率，当待测液体的折射率较高时，易于区分高低液位。当待测液体的折射率较低时，通过增加反射面和反射次数，可以增加高液位时的光衰量，从而利于做出准确判断。讲检测口240位于一次反射面211和二次反射面212之间，可以使工作状态下检测口240的开口朝下，防止液滴或泡沫挂于检测口240。

具体的，探测端220包括第一分支225和第二分支226，第一分支225和第二分支226之间的空隙形成为检测口240，一次反射面211设置于第一分支225，二次反射面212设置于第二分支226。

为了防止第一待测光线121和第二待测光线122相互干扰，影响测量结果，在一实施例中，一次反射面211和二次反射面212均为平面，如此，第一待测光线121和第二待测光线122的平行度高，避免经过多次反射后的光线出现交叉。

进一步的，一次反射面211和二次反射面212相互呈90°夹角设置，如此，可以使经过两次反射后形成的待测光线120与探测光线110保持平行，便于减小导光体200的体积，节约材料。

为了确保探测光线110能够从导光体200进入检测口240，并确保穿过检测口240后的光线能够进入导光体200，进一步的，在一实施例中，检测口240具有相对设置的第一侧面241和第二侧面242，第一侧面241和第二侧面242均为垂直于光回路的平面。

具体的，在一实施例中，导光体200的长度为55mm～70mm，导光体200的宽度为15mm～25mm，导光体200的厚度为4mm～7mm，检测口240处于导光体200宽度方向的中部，检测口240的深度为25mm～35mm。既能避免液滴500完全覆盖于反射面210或检测口240，又能节约导光体200的材料。

为了使本发明能够安装在容器内，参考图1，在一实施例中，光电式液位传感器还包括安装座400，导光体200贴靠固定于安装座400的表面，安装座400内部设有密闭腔，发光件100和感光件300固定于密闭腔内，安装座400至少在局部采用允许探测光线110进入导光体200的透光材质。该设置使发光件100发出的探测光线110不经过光纤直接进入导光体200内，同时避免待测液体影响安装座400内的电路结构。

具体的，参考图2、图3，安装座400的相对两侧连接有耳板410，耳板410设有安装孔411，可通过穿设于安装孔411的紧固件(未图示)将本发明固定于待测液体的容器。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种抗泡沫液位传感器，其特征在于，所述抗泡沫液位传感器包括：

发光件，所述发光件用于发射探测光线；

导光体，所述导光体靠近所述发光件布置且具有至少一个反射面，所述反射面用于接收经由所述导光体传导的所述探测光线并反射形成待测光线，所述探测光线或所述待测光线的传播路径为光回路，所述导光体开设有允许被测介质进入的检测口，所述光回路经过所述检测口；以及

感光件，所述感光件靠近所述导光体布置，所述感光件处于所述待测光线的传播路径以检测所述待测光线的强度信号。

2.如权利要求1所述的抗泡沫液位传感器，其特征在于，所述检测口在所述光回路上的跨距D为7mm～9mm，所述探测光线为红外线。

3.如权利要求1所述的抗泡沫液位传感器，其特征在于，所述检测口沿所述光回路排布多个。

4.如权利要求1所述的抗泡沫液位传感器，其特征在于，所述导光体为板状结构，所述板状结构的边缘设有缺口，所述缺口形成为所述检测口。

5.如权利要求4所述的抗泡沫液位传感器，其特征在于，所述导光体具有长度方向，所述导光体在长度方向的一端为探测端，另一端为安装端，所述反射面和所述检测口位于所述探测端，所述发光件和所述感光件靠近所述安装端。

6.如权利要求1所述的抗泡沫液位传感器，其特征在于，所述导光体的长度为55mm～70mm，所述导光体的宽度为15mm～25mm，所述导光体的厚度为4mm～7mm，所述检测口处于所述导光体宽度方向的中部，所述检测口的深度为25mm～35mm。

7.如权利要求1至6中任一所述的抗泡沫液位传感器，其特征在于，所述反射面具有第一反射区和第二反射区，经由所述第一反射区反射形成的光线为第一待测光线，经由所述第二反射区反射形成的光线为第二待测光线，所述感光件靠近所述导光体布置且至少包括第一感光件和第二感光件，所述第一感光件处于所述第一待测光线的传播路径以检测所述第一待测光线的强度信号，所述第二感光件处于所述第二待测光线的传播路径以检测所述第二待测光线的强度信号。

8.如权利要求7所述的抗泡沫液位传感器，其特征在于，所述反射面设置至少两个且分别为一次反射面和二次反射面，所述一次反射面和所述二次反射面均具有第一反射区和第二反射区，所述检测口位于所述一次反射面和所述二次反射面之间。

9.如权利要求8所述的抗泡沫液位传感器，其特征在于，所述探测端包括第一分支和第二分支，所述第一分支和所述第二分支之间的空隙形成为所述检测口，所述一次反射面设置于所述第一分支，所述二次反射面设置于所述第二分支。

10.如权利要求8所述的抗泡沫液位传感器，其特征在于，所述一次反射面和所述二次反射面均为平面且相互呈90°夹角设置，所述检测口具有相对设置的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面和所述第二侧面均为垂直于所述光回路的平面。

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