CN2094044U - 光纤液位仪的液位传感装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种光纤液位仪的液位传感装置， 主要包括：浮子、重锤和钢带、与钢带啮合的尖形齿 轮、一个光码盘和与之同轴转动的步进齿轮、一个扫 描器，所述尖形齿轮通过一组传动齿轮带动光码盘转 动，所述扫描器上装有一对光纤，用以传送光码盘上 反映液位升降变化的信息，它解决了现有装置因采用 多根光纤使结构复杂以及停机时液位变化信息完全 丢失的缺点，它和数据处理显示装置配合可用于监测 各种易燃易爆油类液位的变化。

Description

本实用新型涉及液体液面的测量装置，具体说是一种光纤液位仪的液位传感装置。

大型油罐中油位的测量主要有人工的方法和电子学的方法。人工测量的方法就是测量人员站在罐顶将绳子或钢卷尺放入罐内直接测量液面位置，从而确定液位高度，这种方法的缺点是费时、费力，精度不高；电子学测量方法是将传感器安装在油罐上测量液压或液面，进而确定液位的高度，这种方法的缺点是需要将电引入到测量现场，这对于易燃易爆的油类是不够安全的。

为克服以上两种传统测量方法的缺点，近年来，有关研究人员提出并制作了一种光纤液位计，这种液位计包括液位传感装置和信号处理显示装置两大部分。液位传感装置在结构上主要由浮子、重锤、钢带、齿轮、齿轮式斩波器和光纤组成，工作时浮子通过钢带使齿轮转动，齿轮通过一个轴带动齿轮式斩波器旋转，此斩波器用不透明的薄片材料制成，周围有若干齿，齿宽和齿槽宽相等，一对光纤置在斩波器两侧，光纤端隔齿相对，当齿处于两光纤端之间时，两光纤端间的光被齿挡住，不能传递，当齿槽处于两光纤端之间时，从一光纤端射出的光经齿孔进入另一光纤端。当浮子随液位上下移动时，通过钢带和齿轮带动斩波器旋转，两光纤端间的齿槽从一个齿槽转动到相邻的另一个齿槽时，两光纤端间的光被齿挡过一次，该光信号通过光纤传送给数据处理显示装置，根据编好的程序处理后即可算出并显示液位的高低。但这种液位计存在以下两个缺点：第一，齿轮式斩波器正转或反转产生的光脉冲是一样的，单纯根据一个光脉冲无法判断液位是上升还是下降，为了判断液位是上升产生的脉冲还是下降产生的脉冲，需要再安装两根光纤，同时增加光源和接收器以及相应的电子器件，这样就增加了产品成本；第二，液位计需要昼夜开机，否则关机时液位变化的信息将丢失，引起测量上的误差，如油罐有漏油现象时，也不能被仪器发现。

本实用新型的目的在于提供一种能够使光纤液位仪结构简单，成本减少，且在关机时仍可反映出液位在一定范围内升降变化的液位传感装置。

完成上述目的的技术解决方案是：一种光纤液位仪的液位传感装置，具有一个底座1、固定在底座上的外壳3、一个浮子7和一个重锤6、两端分别与浮子和重锤相连并带有齿孔8的钢带5、同所述钢带5啮合的尖形齿轮4和装在底座1上的尖形齿轮轴2，其特殊之处在于：所述尖形齿轮轴2的另一端安装一组传动齿轮，传动齿轮的输出轴安装一个光码盘12，与光码盘12同轴安装着一个步进齿轮14，步进齿轮14的步进弹挡机构15固定在外壳的底板34上；在所述外壳3内的上部设置一个支承轴22，支承轴22上安装一个用以扫描所述光码盘12上码孔26的扫描器20，该扫描器的两个扫描头11上分别装有一对光纤10的一端，这一对光纤10的另外两端连接在光纤接插头23上，所述扫描器20上装一永久磁铁19，永久磁铁19的对面是一振荡器中线圈的端部25，所述振荡器以及供给其电源的电池密封在一个电池盒9里并固定在外壳3内。

本实用新型中的光码盘12上可以凿有二进制的码孔26，也可以凿有其它形式的码孔，如循环码孔，只要码孔能够反映液位升降的变化。当码孔为二进制码孔时，可以有六个码道，也可以有其它多个码道。

若在本实用新型中扫描头11上的两个光纤端装一微透镜33或自聚焦纤维透镜，则可提高光从一光纤端入射到另一光纤端的耦合效率。

附图描述了本实用新型的一个优选实施例。

图1是该实施例的结构示意图；

图2是该实施例中浮子、重锤、钢带及尖齿齿轮的装配示意图；

图3是图1的A向视图；

图4是图3的B向视图；

图5是扫描器与电池盒的装配示意图；

图6是光码盘的结构图；

图7是步进齿轮弹挡机构的结构图；

图8是振荡器的线路图；

图9是扫描头的结构图。

图中各标号说明如下：

1－底座，2－尖形齿轮轴，3－外壳，4－尖形齿轮，5－钢带，6－重锤，7－浮子，8－齿孔，9－电池盒，10－光纤，11－扫描头，12－光码盘，13－小齿轮，14－步进齿轮，15－步进弹挡机构，16－支承板，17－大齿轮，18－小齿轮轴，19－永久磁铁，20－扫描器，21－支架，22－支承轴，23－光纤接插头，24－固定架，25－线圈端部，26－码孔，27－第一码道，28－第六码道，29－弹挡件，30－弹挡销，31－扭簧，32－支座，33－微透镜，34－底板。

参见图1、图2知，该装置具有底座1，底座的一侧固定一个外壳3，尖形齿轮4通过尖形齿轮轴2安装在底座内，浮子7与重锤6分别联接在一个钢带5的两端，钢带5上设有等间距的齿孔8，钢带5与尖形齿轮4啮合。

参见图3、图4，在所述外壳3的底板34内侧设置了一个支承板16，尖形齿轮轴2的另一端装有一个大齿轮17，大齿轮17同一个小齿轮13啮合，输出轴即小齿轮轴18装在底板34和支承板16上，与小齿轮同轴安装着一个步进齿轮14，步进齿轮14的步进弹挡机构15固定在外壳3的底板34上，小齿轮轴18的另一端装有一个光码盘12。

参见图3～5，在外壳3的上部通过支架21联接一个支承轴22，支承轴上安装一个用以扫描所述光码盘12上码孔的摆动式扫描器20，该扫描器20的两个扫描头11上分别设有一对光纤10的一端，这一对光纤10的另外两端连接在设于外壳外侧的光纤接插头23上，在所述扫描器20的中下部装有一块永久磁铁19，永久磁铁的对面是一振荡器中线圈的端部25，该振荡器与供给其电源的电池密封在一个电池盒里，并通过支架21和固定架24安装在外壳内。

参见图6知，光码盘12为圆形盘，上面凿有二进制的码孔26共有六个码道，在径向上各码道的码孔宽度和码孔间距是相等的，在圆周方向上，相同码道的码孔宽度和码孔间距是相等的，不同码道的码孔长度和码孔间距是不相等的。码盘径向上排列着的六个码道代表着二进制的不同数值，第一码道27代表2⁰＝1，第六码道28代表2⁵＝32，其它各码道依次代表2¹＝2，2²＝4，2³＝8，2⁴＝16。

参见图7可知，该步进齿轮弹挡机构由弹挡件29，安装在弹挡件上小孔中的弹挡销30和扭簧31组成，通过一个支座32固定在外壳的底板34上。

参见图8，振荡器是一个由三极管T1、电容C1、C2、电阻R1、电源E和线圈L1、L2组成的简单振荡电路。该振荡电路的振荡频率为1HZ。为了防止电源蓄电池E短路或正负极意外相接，产生瞬时过大电流，在电源蓄电池正极处接一限流电阻R0，该端称为工作端子a，使其输出电流最大不超过10mA，即使电子线路出现短路，电池输出的电流也远远在安全限以下，为了使蓄电池在电能耗尽时可以充电，在其正极处还装以二极管D1、D2，该端称为充电端子b，需要充电时，二极管D1、D2允许大电流通过，而当正负极出现短路时，因二极管的单向导电性，使充电端子没有电流输出。二极管D1、D2和限流电阻R0以及电源蓄电池E胶封在一起，成为一个安全可靠的整体。另外，为了防止线圈L1、L2两端出现过高的感应电压，在与其相接的线路中安装了8个稳压管D_Z1～D_Z8同时将D_Z1～D_Z8和L1、L2胶封在一起，进一步保证了电子线路在安全的条件下工作。设置振荡器电子元器件的线路板、振荡器的电源蓄电池以及线圈均密封在一个电池盒内。

振荡电路中各元件的参数分别为：T1 3DG6，C1 0.1μF，C2 1.0～3.3μF，R1 510KΩ，R0 62Ω，E 1.2V，D1、D2 1N5404，D_Z1～D_Z82CW10，L1、L2 4500匝，φ＝0.058mm。

参见图9，为了提高光从一光纤端入射到另一光纤端的耦合效率，在扫描头11的两个光纤端处各设有一个微透镜33。

工作时，浮子7随液位上、下移动，通过钢带5使尖形齿轮4转动，再通过大齿轮17、小齿轮13、小齿轮轴18带动光码盘12转动。扫描器20的扫描头11跨在码盘12两侧，安装在扫描头上的一对光纤10的两端正好相对，从一光纤端出射的光穿过码孔26进入另一光纤端，当码盘12转动时，处在两扫描头11中的码孔26也会改变。

步进齿轮14的作用是为防止当浮子7随液位连续变化时，码盘12也连续转动，有可能使码盘上一个码道中的码孔与另一个码道中的码孔之间无码孔的过渡部分处在两扫描头11之间，使光信号无法通过从而导致判断液位高度的误差或错误。步进弹挡机构15的弹挡销30卡在步进齿轮14的齿槽内，给步进齿轮14的转动一个制动力，当步进齿轮14的转动力大于该制动力时，步进齿轮14能转动，码盘12同时产生步进，否则码盘12与步进齿轮14均不转动。调节弹挡机构15制动力的大小，使得只有在浮子7随液面上升或下降1mm时，所产生的转动力才能克服其制动力，使步进齿轮14转动一个齿距，光码盘12转动一个第一码道中码孔的长度，从而避免了因码盘12连续转动而可能出现的误差。

在光码盘12的经向上等距离排列着的六个码道代表着二进制的不同数值，扫描器的扫描头11是沿径向扫描的，当第一码道27至第六码道28全部出现在扫描器扫描轨迹上而被扫描器在一个周期中全部扫过，此时通过光纤10输出6个光脉冲信号，则它代表2⁰＋2¹＋2²＋2³＋2⁴＋2⁵＝63，当六个码道全部不在扫描器扫描轨迹上时，光纤10不输出光脉冲信号，则为0，当只有部分码道孔出现扫描轨迹上，而另一部分不出现时，则光纤10只输出部分光脉冲信号，该信号被数据处理显示装置接收后，根据出现码道代表的数值相加即可判断出出现码道代表的总数值。

由于码道是通光的码孔，形状是一样的，只是由于它在径向上所处的位置不同，才代表着不同的数值。在径向上，码道宽度、码道间隔和从码道边缘到第一码道孔27外缘的宽度是一样的，当扫描器扫描任一组码道时，扫描器扫过一个码道的时间为△t，同时测得扫描器从码盘边缘扫描到某一码道外缘的时间为t，则此码道数为N＝（t／△t＋1）／2。

光码盘上有六个码道，而扫描器的扫描头11上只装有一对光纤10，这就需要扫描器不停地扫描，因此，在扫描器20的中下部嵌一永久磁铁19，磁铁与一线圈端部25相对应，线圈在振荡器的作用下产生频率为1HZ的周期性磁通变化，它的频率是扫描器扫描频率的2倍，每当扫描器运动到线圈处，线圈中产生的磁通极性和永久磁铁19的极性相反，则二者互相排斥，使扫描器得到一推力，往复循环，不停地扫描各码道。

结合以上实施例可以看出，本实用新型相比现有技术具有如下优点：

1、通过两根光纤扫描光码盘上的所有码道，用以反映液位的升降变化，因而可以使光纤液位仪的结构简单，成本减少；

2、由于光码盘对一定范围内的液位升降变化（如本实施例中的31mm）有“记忆”能力，因而当液位变化小于该范围时，采用本实用新型的液位仪可以停机，而液位升降变化的信息不会丢失，这样可延长液位仪的使用寿命，也可发现油罐的少量漏油现象。

3、测量精度高，可达到1mm或1mm以下。

Claims (7)

1、一种光纤液位仪的液位传感装置，具有一个底座1、固定在底座上的外壳3，一个浮子7和一个重锤6，两端分别与浮子7和重锤6相连并带有齿孔8的钢带5、同所述钢带5啮合的尖形齿轮4和装在底座1上的尖形齿轮轴2，其特征在于：所述尖形齿轮轴2的另一端安装一组传动齿轮，这组传动齿轮的输出轴18安装一个光码盘12，与光码盘12同轴安装着一个步进齿轮14，步进齿轮14的步进弹挡机构15固定在外壳的底板34上；在所述外壳3内的上部设置一个支承轴22，支承轴22上安装一个用以扫描所述光码盘12上码孔26的扫描器20，该扫描器的两个扫描头11上分别装有一对光纤10的一端，这一对光纤10的另外两端连接在一个光纤接插头23上，所述扫描器20上装一永久磁铁19，永久磁铁19的对面是一振荡器中线圈的端部25，所述振荡器以及供给其电源的电池密封在一个电池盒9里并固定在外壳3内。

2、根据权利要求1所述的光纤液位仪的液位传感装置，其特征在于：所述的一组传动齿轮是由一个大齿轮17和一个与之啮合的小齿轮组成。

3、根据权利要求1或2所述的光纤液位仪的液位传感装置，其特征在于：所述光码盘12上凿有二进制的码孔26。

4、根据权利要求3所述的光纤液位仪的液位传感装置，其特征在于：设于扫描头11上的两个光纤端各装有一微透镜33或自聚焦纤维透镜。

5、根据权利要求1或2所述的光纤液位仪的液位传感装置，其特征在于：设于扫描头11上的两个光纤端各装有一微透镜33或自聚焦纤维透镜。

6、根据权利要求4所述的光纤液位仪的液位传感装置，其特征在于：所述供给振荡器电源的电池是一可充电的蓄电池E，该蓄电池的正极处接一限流电阻R0，构成工作端子，接以二极管D1、D2，构成充电端子，限流电阻R0、二极管D1、D2和蓄电池E胶封成一个整体。

7、根据权利要求6所述的光纤液位仪的液位传感装置，其特征在于：所述振荡器中线圈的两端装有稳压管，该稳压管同线圈一起胶封成一个整体。

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