CN201368756Y - 一种光电式液位传感器 - Google Patents

Abstract

一种光电式液位传感器，包括设置有光源、光接受器和测量探头的传感器本体和光通路，传感器本体封装于外壳内，测量探头则伸出所述的外壳，光通路的起始点是光源，经过测量探头反射，最后返回到光接受器。测量探头由透明材料制成，设置于传感器本体端部的、至少具有两个成90°夹角的供光通路反射的对称斜平面。本实用新型的有益效果是，将传感器的测量探头设计成互相垂直的两平面，在测量探头外无液体的条件下，平行光束到达第一个平面时，所有光线都被反射且沿着90度方向射向另一平面，当光线到达另一平面后，所有光线再次被反射且沿着90度方向射向光敏晶体管，此时到达光敏晶体管的光线能量很强。从而至使传感器控制精度高，防干扰能力强。

Description

一种光电式液位传感器

技术领域

本实用新型涉及一种液位传感器，特别涉及一种利用光线在被测液位的液体与空气或者两种液体之间有不同的折射率而导致不同强度的光线到达检测点，在检测点根据不同的光线强度产生不同的信号状态的液位传感器。

背景技术

当前的控制技术中，为了获知液体的液面是否达到一个规定的高度，常常需要检测该液面，当控制系统是智能型的控制系统时，一般需要当液位达到规定的高度时，产生一个触发信号，常用的电子式水位开关就是一个典型的液位传感器，它通过内置电子探头对水位进行检测，再由芯片对检测到的信号进行处理，当被测液体的液位到达动作点时，芯片输出信号使内置的继电器吸合(或者输出数字高低电平信号)，开关动作(配合PLC等动作)，从而实现对液位的控制。这种液面控制开关耐污、耐倾摇、耐颠簸、抗摔性强、耐盐雾、耐酸碱，不怕磁场影响、不怕金属体影响、不怕水压变化影响、不怕光线影响，没有盲区，外部无可动部件，不怕固体漂浮物的影响。适用范围：清水、各种污水、酸碱水、海水、水处理药剂、河涌水、纺织印染水、工业废水，还适合做船舶水位开关等，同一水位开关，可以横装、竖装、斜装等不规则自由安装，灵活方便。当探头是利用光线与液面反射或者折射而获取液面高度信号称为光电式液位传感器，其原理如下：它使用光线特别是红外线探测，利用光线的折射及反射原理。光线在两种不同介质的分界面将产生反射或折射现象。当被测液体处于高位时则被测液体与光电传感器形成一种分界面，当被测液体处于低位时，则空气与光电开关形成另一种分界面，这两种分界面使光电开关内部光接收晶体所接收的的反射光强度不同，即对应两种不同的开关状态。如图1所示为一种市场上的光电式液面传感器，包括设置于传感器本体1内的光源和光接受器以及光线由光源传导到光接受器的光通路，在光通路中有两个反射面，光源的光线通过两次反射到达光接受器，由光接受器对到达的光线的强度进行检测。这样的液位开关具有以下特点：在整个传感器器件里没有活动部件，不易造成机械磨损，维护量少，使用寿命长。

但是，由于此液位传感器前端为圆锥形，光通中的两个反射面为圆锥体的对面，当一束光射到圆锥面时，光在反射过程中会发生散射，从而能量大为衰减，当部分光线再次到达对面的圆锥面时，光能量再次大为衰减，最终到达光敏晶体管的能量很弱。从而至使开关控制精度不高，防干扰能力差。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种光电式液位传感器，克服当前光电式液位传感器控制精度不高防干扰能力差的不足。

本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种光电式液位传感器，包括设置有光源、光接受器和测量探头的传感器本体和光线从光源传导到光接受器的光通路，所述的传感器本体封装于外壳内，所述的测量探头则伸出所述的外壳，所述的光通路的起始点是光源，经过测量探头反射，最后返回到光接受器。所述测量探头由透明材料制成，所述测量探头为设置于所述的传感器本体端部的、至少具有两个成90°夹角的供光通路反射的对称斜平面。

本实用新型的有益效果是，将传感器的测量探头设计成互相垂直的两平面，此时平行光束到达第一个平面时，所有光线都被反射且沿着90度方向射向另一平面，当光线到达另一平面后，所有光线再次被反射且沿着90度方向射向光敏晶体管，此时到达光敏晶体管的光线能量很强。从而至使传感器控制精度高，防干扰能力强。

进一步的，在所述的测量探头根部设置一台阶面，在所述外壳上设置有螺丝和与所述的螺丝啮合的螺母。这样，在安装固定方式上，传感器前部设计了一台阶面，且自带一锁紧螺母，电器产品的水盘或水箱上只需设计一个圆孔即可，模具实现非常简单，不增加任何成本，且模具开发周期短，产品胶件本身也不增加任何成本。

更进一步的，在本方案中还包括光连接所述的光源与测量探头，测量探头与光接受器的光纤。由于利用光纤可以将光束传输到较远的距离，  因此增加光纤传导光束以后，本方案可以设计较长的测量探头，方便设计使用。

下面结合附图与具体实施例对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

图1是现有技术中的液面传感器正视图。

图2是本实用新型实施例1透视图。

图3是本实用新型实施例1正视图。

图4是本实用新型实施例1立体图。

图5是本实用新型实施例2透视图。

图6是本实用新型实施例3透视图。

图7是本实用新型实施例4光源和光接受器排列正视图。

图8是图7A-A截面图。

图9是本实用新型实施例4光源和光接受器排列左视图。

图10是本实用新型实施例中，光线由光源照射到测量探头上，垂直射入测量探头示意图。

图11是本实用新型实施例中，当液体淹没测量探头时，射入探头的光线以45°角的入射角第一次射向测量探头的一个反射平面时，部分光线折射，部分光线反射示意图。

图12是继图11后，光线继续以45°角的入射角第二次射向测量探头的另一个反射平面时，部分光线折射，部分光线反射进入到光接受器的示意图。

图13是本实用新型实施例中，当没有液体淹没测量探头时，射入探头的光线以45°角的入射角第一次射向测量探头的一个反射平面时，被该平面全反射示意图。

图14是继图13后，光线继续以45°角的入射角第二次射向测量探头的另一个反射平面时，被该平面全反射进入到光接受器示意图。

图中，1、传感器本体，2、光通路，3、光源，4、光接受器，5、测量探头，6、外壳，7、台阶面，8、螺丝，9、螺母，10、密封圈，11、支架，12、光出孔，13、光入孔，14、光纤，15、管道，16、引线，17后盖。

具体实施方式

实施例1，如图1、图2和图3所示：一种光电式液位传感器，包括设置有光源3、光接受器4和测量探头5的传感器本体1和光线从光源3传导到光接受器4的光通路2。

传感器本体1封装于外壳6内，仅留测量探头5伸出外壳6，光通路2的起始点是光源3，经过测量探头5反射，最后返回到光接受器4；本实施例中，测量探头5是由透明材料制成，设置在传感器本体1端部，至少具有两个成90°夹角的供光通路2反射的对称斜平面。

本实施例中，光源3为红外线发光二极管，光接受器4为光敏晶体管。在红外线发光二极管和光敏晶体管外侧还设置有支座11，支座11上设置有供光由红外线发光二极管向所述测量探头5照射的光出孔12和光由测量探头5反射回所述的光敏晶体管的光入孔13。本实施例中，测量探头5为聚碳酸酯制成，主体为方形柱体。其端头为人字形尖顶上的两个90°夹角的对称斜平面四边形。也可以为聚碳酸酯制成的方形柱体端头的锥形尖顶上的两对分别成90°夹角的对称斜平面三角形。如图3所示。本实施例优选两对分别成90度夹角的对称斜平面三角形形状的测量探头。在外壳1的后盖17上设置有引线16。引线16将作为光接受器4的光敏晶体管所产生的携带有液体液面高度信息的信号引出，供控制电路使用。该控制电路可以是一个开关，当本实施例的液位传感器感应到液面达到规定的高度时，将开关闭合或者打开，实现由液面高度直接控制开关的自动控制功能。

在本实施例中：在测量探头5根部设置一台阶面7，在外壳6上设置有螺丝8和与螺丝啮合的螺母9。这样，在安装固定方式上，传感器前部设计了一台阶面7，且自带一锁紧螺母9，电器产品的水盘或水箱上只需设计一个圆孔即可，模具实现非常简单，不增加任何成本，且模具开发周期短，产品胶件本身也不增加任何成本。另外为了保证被测液位的液体不会浸蚀传感器本体，在台阶面7与螺母9之间还可以设置一个或者多个密封圈10。

图10、图11、图12、图13和图14表示：利用实施例1的液面传感器来测量液位，确定液位是否达到规定的高度。其中，图10表示光线从光源照射到测量探头上光通路示意图，图11、图12表示当液面达到规定的高度时光通路的示意图，图13和图14表示液面未达到规定的高度时光通路的示意图。下面以实施例1为例来描述本实用新型的光电液位传感器的原理，并且以水来代表液体，我们知道水的折射率为1.33，实施例1中所使用的测量探头是聚碳酸脂PC，聚碳酸脂PC折射率为1.59，另外，空气的折射率为1.0。从光学原理我们可以知道：

聚碳酸脂PC到空气的临界入射角为：38.97°，也就是说，如果入射光线小于38.97°则部分光线发生反射，部分光线发生折射，如果入射光线大于38.97°则光线发生全反射。

聚碳酸脂PC到水的临界入射角为：56.77°，也就是说，如果入射光线小于56.77°则部分光线发生反射，部分光线发生折射，如果入射光线大于56.77°则光线发生全反射。

如图10所示，光通路2的第一阶段为作为光源3的红外线发光二极管发出红外线光，从红外线发光二极管前的光出孔12传导到测量探头，从测量探头5的底部垂直进入测量探头5内，因此此时所有光通量全部射入到测量探头5内，光线继续前进，以45°入射角到达测量探头5前端斜平面上。下面我们分两种情况进行说明：

1.当有水淹住斜平面时

如图11所示，45°入射角小于56.77°的临界入射角，则部分光线发生反射，部分光则从该平面折射到测量探头的外面，反射的部分光线以与入射光线成90°的方向继续在测量探头5内传播。如图12所示，当碰到第二个斜平面时，与第一个斜平面一样，45°入射角小于56.77°的临界入射角，则部分光线发生折射，只有部分光线发生反射，发生反射的部分光线沿与原方向成90°的方向继续在测量探头5内传播，并垂直从测量探头5的底部射出从光入孔13进入到作为光接受器4的光敏晶体管上，被光敏晶体管所捕捉。此时外围控制电路通过引线16得知光敏晶体管4阻值已经生变化，从而判断液面已达到规定高度。

2、当无水淹住斜面时：

由于45度入射角大于聚碳酸脂PC到空气的临界入射角38.97度，则光线在此斜面发生全反射，如图13所示，所有光线沿与原方向成90度的方向继续在传感器测量探头5内传播，并没有因为通过反射有所损失，因为是全反射。同样，如图14所示，当碰到第二个斜平面时，45度入射角大于聚碳酸脂PC到空气的临界入射角38.97度，则光线在此发生全反射，所有光线沿与原方向成90度的方向继续在测量探头5内传播，并垂直从测量探头的底部射出，从光进孔13入射到由光敏晶体管所组成的光接受器4上。此时整个光通路2即是，将红外线发光二极管光源3从光出孔12导出的光线全部从光入孔13进入到光敏晶体管上，此时所有光线被作为光接受器4的光敏晶体管所捕捉。光接受器4上的光通量没有变化，此时外围控制电路通过引线16得之光敏晶体管4阻值未发生变化，从而判断液面未达到规定高度。

实施例2，如图5所示，本实施例结构与实施例1基本相同，而本实施例的传感器的原理也与实施例1相同。只是本实施例中光通路2与实施例1有区别，在光出孔12与测量探头5之间，测量探头5与光入孔13之间各增设一段光纤14。利用光纤将光出孔12的光线传导到测量探头5上，同时还是利用光纤14将测量探头5反射的带有液面信息的光线传导到光入孔13中，从而入射到光敏晶体管光接受器4上。由于光纤传导光束可以在一段较长距离内没有明显的衰减，因此，本实施例可以将测量探头5设计成比较长，以适应更多的应用。

实施例3，如图6所示，本实施例为一管内液位探测光电传感器，其组成和实现原理与实施例1基本相同。只是外壳6上接了一段管道15。

实施例4，如图7、图8和图9所示，本实施例的原理与实施例1相同，将多个实施例1并联以测量多个液面高度。光源3由一组由红外线发光二极管组成，光接受器4由一组由光敏晶体管组成，每个红外线发光二极管与每个光敏晶体管相对应，每个红外线发光二极管和相应的光敏晶体管通过相应的光通路2光连接。如图7所示，本实施例中设置有5对光源3和光接受器4对，就是5个红外线发光二极管和5个光敏晶体管，如图8所示，每个红外线发光二极管对应于一个光敏晶体管，与测量探头一起组成一个像实施例1一样的液面传感器。将5个这样的液面传感器并联，如图9所示，可以组成一个能检测到5个高度的液面，如果根据需要设置足够多的红外线发光二极管和光敏晶体管，可以组成一个符合要求的液体高度测量仪，比如，汽车中对油箱里的油料高度进行测量的油表。

Claims (10)

1.一种光电式液位传感器，包括设置有光源(3)、光接受器(4)和测量探头(5)的传感器本体(1)和光线从光源(3)传导到光接受器(4)的光通路(2)，所述的传感器本体(1)封装于外壳(6)内，所述的测量探头(5)则伸出所述的外壳(6)，所述的光通路(2)的起始点是光源(3)，经过测量探头(5)反射，最后返回到光接受器(4)；其特征在于：所述测量探头(5)由透明材料制成，所述测量探头(5)为设置于所述的传感器本体(1)端部的、至少具有两个成90°夹角的供光通路(2)中光反射的对称斜平面。

2.根据权利要求1所述的光电式液位传感器，其特征在于：所述的光源(3)为红外线发光二极管，光接受器(4)为光敏晶体管。

3.根据权利要求2所述的光电式液位传感器，其特征在于，在所述的红外线发光二极管和光敏晶体管外侧还设置有支座(11)，所述的支座(11)上设置有供光由红外线发光二极管向所述测量探头(5)传导的光出孔(12)和光由所述测量探头(5)反射回所述的光敏晶体管的光入孔(13)。

4.根据权利要求3所述的光电式液位传感器，其特征在于：所述的测量探头(5)为透明的聚碳酸酯制成的方形柱体端头的人字形尖顶上的两个90°夹角的对称斜平面四边形。

5.根据权利要求3所述的光电式液位传感器，其特征在于：所述的测量探头(5)为透明的聚碳酸酯制成的方形柱体端头的锥形尖顶上的两对分别成90°夹角的对称斜平面三角形。

6.根据权利要求3所述的光电式液位传感器，其特征在于：在所述的测量探头(5)根部设置一台阶面(7)，在所述外壳(6)上设置有螺丝(8)和与所述的螺丝(8)啮合的螺母(9)。

7.根据权利要求6所述的光电式液位传感器，其特征在于：在所述的螺母(9)与台阶面(7)之间设置有密封圈(10)。

8.根据权利要求1至7中任一所述的光电式液位传感器，其特征在于：还包括光连接所述的光源(3)与测量探头(5)，测量探头(5)与光接受器(4)的光纤(14)。

9.根据权利要求1至7中任一所述的光电式液位传感器，其特征在于：所述的外壳(6)为管道(15)，所述的测量探头(5)伸入管道(15)中。

10.根据权利要求1所述的光电式液位传感器，其特征在于，所述的光源(3)由一组红外线发光二极管组成，所述的光接受器(4)由一组光敏晶体管组成，每个红外线发光二极管与每个光敏晶体管相对应，每个红外线发光二极管和相应的光敏晶体管通过相应的光通路(2)光连接。

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