CN1877267A

CN1877267A - 激光传导、数字量化液位测量方法

Info

Publication number: CN1877267A
Application number: CN 200610012922
Authority: CN
Inventors: 田逸; 田宝宏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2006-12-13

Abstract

一种激光传导、数字量化液位测量方法，包括圆柱管型透明连通取样器，测量液位的方法是，在圆柱管型透明连通器外，沿其轴向设置激光管排，激光管排的高度等于所需被测量液位的量程；在圆柱管型透明连通取样器的对面设置有背景面，使激光管排发出的激光束投射到背景面上形成一条竖直光条，根据光条的高度来确定所测液位的高度；在竖直光条的位置设置用于接收激光束的光敏接收管排，该光敏接收管排的高度与激光管排相对应，等于所需测量液位的量程，光敏管反映出的状况代表实际的液位高度。本发明屏除了现有技术的所有缺陷，可以实现非接触式液位测量，具有防爆性能和绝热性能。结构简单，可以就地直接读数，直观可靠，是理想的工业液位测量仪表。

Description

激光传导、数字量化液位测量方法

技术领域

本发明涉及利用激光折射、光电感应、同步进行量化和数字化液位测量方法，属于工业液位测量仪表技术领域，具体地说是一种激光传导、数字量化液位测量方法。

背景技术

目前工业液位测量，特别是工业锅炉水位测量主要用以下三种水位计进行测量：云母水位计、压差水位计、电接点水位计。

三种水位计测量原理、特点及缺陷：

云母水位计是利用连通器的静力平衡原理来测量水位的。特点是结构简单，读数直观，可靠，是最可靠的监视汽包水位的仪表。常用来校核和标定其他形式的水位计。缺点是，只能通过工业电视远距离监视水位，不能量化和数字化水位信号从而不能为自动调节系统提供水位信号。

压差式水位计是采用平衡容器把水位信号转换成压差信号，经压差计显示水位。特点是可在控制室远距离监视水位，以及为自动调节系统提供水位信号。缺点是，结构比较复杂，不能直接读数，可靠性不高。

电接点水位计是利用水和蒸汽的电导率相差很大，即水导电、蒸汽不导电的性质来测量水位的。特点是：输出数字信号，便于远传，避免使用导压管，减少了测量延迟，无机械传动所产生的变差和刻度的误差，简化了仪表的检修和调校，但电极间距离大存在电极间信号死区，不宜用作自动调节信号。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种利用激光管排发出的光束投射到背景面上，以及用光敏管排传输数字信号实现光电转换和量化来确定液位高度的激光传导、数字量化液位测量方法。使用本发明可以进行液位直读、高精度的数字量化水位信号，便于远传和用于自动调节信号。

实现上述发明目的采用以下技术方案：一种激光传导、数字量化液位测量方法，包括圆柱管型透明连通取样器，测量液位的方法按下述步骤进行，

在圆柱管型透明连通取样器外，沿其轴向安装一列激光发光管，多个激光发光管组成激光管排，所述的激光管排的高度等于所需液位测量的量程H；

在圆柱管型透明连通取样器的对面安装背景面，使激光管排发出的激光束投射到背景面上，在背景面上产生竖直光条。液面上光条和液面下光条两条光条；

在竖直光条的位置安装用于接收激光束的一排光敏管组成光敏接收管排，该光敏接收管排的高度与激光管排相对应，等于被测量液位的量程H。

所述的竖直光条分为液面上光条和液面下光条。

将光敏接收管排安装在液面上光条的位置时，在这个光敏管排上，没有被激光束排所激活的光敏管所处的位置代表实际的液位；

将光敏接收管排安装在液面下光条的位置时，接收到激光光线的光敏管被激活，这些被激活的光敏管所处的位置代表实际液位高度。

依照上述技术方案，本发明与现有云母水位计、压差水位计、电接点水位计比较，本发明屏除了它们的所有缺陷，除具有上述三种水位计的优点外，还可以实现非接触式液位测量，具有防爆性能和绝热性能。除此之外本发明的显著优点在于：

(1)由于圆柱透明连通器的主体结构类似玻璃管水位计和云母水位计，所以本发明结构简单，可以就地直接读数，直观可靠。

(2)可以用于测量透明和不透明的(非粘附性强的)液体，适用范围广泛。

(3)用光敏管排输出数字信号，便于远传，避免使用导压管，减少了测量延迟，无机械传动所产生的变差和刻度的误差，简化了仪表的检修和调校。

(4)具有量化和数字化液位信号功能，从而实现液位信号远传和能为自动调节系统提供液位信号。

(5)由于采用光传非接触式测量，因此可以测量高温、高压液体，必要时可以将激光源和接收到的液位激光信号通过光纤直接远传，以避免液位计本体含有电子线路，实现无电测量，使得本发明具有防暴性能，安全性好。

附图说明

图1是本发明用激光测量液位的原理示意图。

图2本发明的激光管排、连通器、光敏管及背景面的摆放示意图。

图3是背景面上产生的光条示意图。

图4是圆柱管型透明连通取样器与被测容器连接的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的描述。

实施例1，参见图1，当激光束穿过圆柱管型连通器的透明液体2，且激光束的入射路径1不经过圆柱管型连通器3的轴心时，光线会产生水平偏转，偏转的程度随激光束的入射路径1距离圆柱管轴心的距离而改变。这是本发明的主要理论依据。

依据这一原理，本发明的液位测量方法由以下步骤组成：

实施例2，用光条位置来确定液位。具体测量方法是：参见图2，采用一个圆柱管型透明(如玻璃，或石英等)连通取样器3。在这个圆柱管型透明连通取样器3外，沿其轴向设置安装一列激光发光管(如激光二极管)作为激光源简称激光管排4。参见图2，图3，激光管排4的高度等于测量液位2的量程H。这就可以有一排激光束穿过圆柱管型透明连通取样器3，注：激光束排4入射到圆柱管型透明连通取样器3的路径不能通过其轴心。

参见图2，在圆柱管型透明连通取样器3的对面设置一带有刻度的背景面5，激光束排4发出的光线投影到背景面5上是一条竖直光条6。根据图1的理论(折射实验)，竖直光条6在液位以下的部分会产生平移现象，参见图3，实际在圆柱管型透明连通取样器3的背景面5上产生液面上光条8和液面下光条9两个光条。这两个光条的高度都能反映实际的液位高度。其中：

对于液面下光条：液位＝Hy；

对于液面上光条：液位＝H-Hq；

实施例3，用光敏管的位置来确定液位。参见图2，具体做法是：在液面上光条8或液面下光条9位置安装一排用于接收激光束的光敏管(光敏二极管，或光敏三极管等)，组成光敏管排7，其光敏管排7的高度等于测量液位2的量程H。与激光管排4相对。如果将光敏管排7安装在液面下光条9的位置，接收到激光光线的光敏管被激活，这些被激活的光敏管所处的位置代表实际液位。如果光敏接收管排7被安装在“液面上光条”位置，那么在这个光敏管排上，没有被激光束排所激活的光敏管所处的位置代表实际的液位。

上述过程中的光敏管排7的作用就是对液位进行光电转换和量化及数字化同步转换的关键部件，其转换精度是由光敏管排7中相邻的光敏管间的距离决定的，称其为量化分量。光敏管间间距越小，量化分量越小转换精度越高。光敏管排7最终将液位转换成数字电平信号。

实施例4，测量透明液体，在液面下光条9位置标注刻度，那么光条高度就是液位，这就是直读液位。

实施例5，如果被测量的液体是不透明的，本方法同样也能测量其液位。这是因为虽然激光束被不透明液体阻挡，不能形成液面下光条9，我们还可以用液面上光条8求得液位高度。

实施例6，光敏管排7所转换的数字电平信号配以相应的数字逻辑电路及模拟电路，转换成液位的工程信号供二次仪表或调节系统使用。

实施例7，在必要的情况下可将激光信号直接远传。方法是：将激光发光管和光敏接收管的位置都换成光导纤维的一端，然后在远处的光导纤维的另一端发射和接收激光，实现现场无电检测。

图4显示的是激光束穿过圆柱管型透明连通取样器3和被测容器10的现象。

Claims

1、一种激光传导、数字量化液位测量方法，包括圆柱管型透明连通取样器，其特征在于，测量液位的方法按下述步骤进行，

a、在圆柱管型透明连通取样器外，沿其轴向设置一列激光发光管，多个激光发光管组成激光管排，该激光管排的高度等于所需被测量液位的量程H；

b、在圆柱管型透明连通取样器的对面设置有背景面，使激光管排发出的激光束投射到背景面上形成一条竖直光条，根据光条的高度来确定所测液位的高度；

c、在竖直光条的位置设置用于接收激光束的一排光敏管，多个光敏管组成光敏接收管排，该光敏接收管排的高度与激光管排相对应，等于所需测量液位的量程H，光敏管反映出的状况代表实际的液位高度。

2、根据权利要求1所述的激光传导、数字量化液位测量方法，其特征在于所述的竖直光条分为液面上光条和液面下光条两条光条。

3、根据权利要求1所述的激光传导、数字量化液位测量方法，其特征在于，将光敏接收管排设置在液面上光条的位置时，在这个光敏管排上，未被激光束排所激活的光敏管所处的位置代表实际的液位。

4、根据权利要求1所述的激光传导、数字量化液位测量方法，其特征在于，将光敏接收管排安装在液面下光条的位置时，接收到激光光线的光敏管被激活，这些被激活的光敏管所处的位置代表实际液位高度。