CN214407675U - 一种光电式液位传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种光电式液位传感器，包括：发光件，发光件用于发射探测光线；导光体，导光体靠近发光件布置且具有至少一个反射面，反射面用于接收经由导光体传导的探测光线并反射形成待测光线，反射面具有第一反射区和第二反射区，第一反射区产生的反射光线为第一待测光线，第二反射区产生的反射光线为第二待测光线；以及感光件，感光件靠近导光体布置且至少包括第一感光件和第二感光件，第一感光件处于第一待测光线的传播路径以检测第一待测光线的强度信号，第二感光件处于第二待测光线的传播路径以检测第二待测光线的强度信号。本实用新型的光电式液位传感器，能够抵抗水珠挂壁的干扰，精准度较高。

Description

一种光电式液位传感器

技术领域

本实用新型涉及液位检测技术领域，特别涉及一种光电式液位传感器。

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、光线式等多种类型，其中光电式液位传感器因体积小、稳定性高等优点得到较普遍的应用。

现有的光电式液位传感器通常包括具有较高导光率和折射率的棱镜，棱镜的某一表面作为固-液或固-气分界面，红外线等探测光线在界面处发生反射和/或折射，根据反射光线强度可判断棱镜表面是否接触液体。

然而，这种光电式液位传感器可能发生棱镜表面粘附液滴的情况，影响光电式液位传感器的精准度。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种光电式液位传感器，旨在解决目前光电式液位传感器精准度不够的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出的光电式液位传感器包括：

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；以及

感光件，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。

可选的，所述导光体为条状结构，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。

可选的，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，所述探测光线依次经由所述一次反射面和所述二次反射面反射后形成所述第一待测光线和所述第二待测光线。

可选的，所述探测端的端面为弧面，所述一次反射面和所述二次反射面均处于所述弧面内。

可选的，所述探测端的端面包括呈夹角设置的第一平面和第二平面，所述第一平面形成为所述一次反射面，所述第二平面形成为所述二次反射面。

可选的，所述第一平面和所述第二平面的夹角为90°。

可选的，所述第一平面和所述第二平面的面积为43mm²～55mm²。

可选的，所述第一感光件和所述第二感光件之间的距离为0.8mm～1.2mm。

可选的，所述光电式液位传感器还包括安装座，所述导光体贴靠固定于所述安装座的表面，所述安装座内部设有密闭腔，所述发光件和所述感光件固定于所述密闭腔内，所述安装座至少在局部采用允许所述探测光线进入所述导光体的透光材质。

可选的，所述安装座的相对两侧连接有耳板，所述耳板设有安装孔。

本实用新型的技术方案中，通过设置多个感光件，在光路上，不同感光件的位置与反射面的不同反射区对应，本光电式液位传感器正常浸入待测液体时，各反射区均接触液体而发生光泄露。如果遇到液滴粘附于反射面的情况，液滴通常不会覆盖所有的反射区，使得至少一个反射区不发生光泄露而触发相应的感光件，从而将粘附液滴的低液位状态与高液位状态区分开来，避免误判，检测的精准度更高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型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为本实用新型一实施例的立体图；

图4为本实用新型在反射面处的检测原理图；

图5为本实用新型另一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	发光件	224	第二平面
110	探测光线	225	第一分支
				120	待测光线	226	第二分支
121	第一待测光线	230	安装端
				122	第二待测光线	240	检测口
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
				223	第一平面

本实用新型目的的实现、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

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型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。

在本实用新型中，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实用新型中的具体含义。

另外，在本实用新型中如涉及“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，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种光电式液位传感器，可有效避免水珠挂壁引起的检测错误。图1至图5为本实用新型提供的光电式液位传感器的实施例。

参照图1至图2，光电式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。

参考图2、图4，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，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。

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。控制器可以作为本实用新型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实用新型而安装在储存罐外。

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，根据感光件300的信号可判断反射面210处的环境介质，从而判断液位情况。

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。

本实用新型在存在液滴500的情况下仍能作出区分，以便判断。具体的，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，高液位和低液位之间的界限为警戒线，通过合理安装本实用新型的位置可设置警戒线的高度。

为了方便安装，在一实施例中，导光体200为条状结构，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。

探测光线110为发光件发出的初始光线，强度较高。待测光线120为感光件300接收到的光线，强度较低。探测光线110和待测光线120之间的能量差为光衰量，不同液位状态下光衰的差异越大，越利于做出准确判断。

为了增加光衰量，参考图3，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，探测光线110依次经由一次反射面211和二次反射面212反射后形成第一待测光线121和第二待测光线122。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。

具体的，在一实施例中，参考图5，探测端220的端面为弧面，一次反射面211和二次反射面212均处于弧面内，以便一次加工出两个反射面。

在另一实施例中，参考图3，探测端220的端面包括呈夹角设置的第一平面223和第二平面224，第一平面223形成为一次反射面211，第二平面224形成为二次反射面212。将反射面设置为平面，可以保证待测光线120的平行度，从而进一步保证不同感光件300与反射面210的不同区域的对应性，利于做出准确判断。

进一步的，第一平面223和第二平面224的夹角为90°。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。

理论上，反射面210的面积越大，越难以被液滴整体覆盖，液位传感器的判断越准确。然而，导光体200需要保证探测光线110只在反射面210处发生反射，故增大反射面210的面积将导致导光体200的整体体积增大，成本增加。综合考虑检测的准确度和成本因素，在一实施例中，第一平面223和第二平面224的面积为43mm²～55mm²。

为了防止第一待测光线121和第二待测光线122相互干扰，影响液位传感器的准确度，在一实施例中，第一感光件310和第二感光件320之间的距离大于0.8mm。为了减少导光体200的耗材，第一感光件310和第二感光件320之间的距离小于1.2mm。

一些特殊的工业容器如发酵罐、废液池内容易产生泡沫，现有的光电式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。

为了使光电式液位传感器能够同时检测出泡沫的存在，在一实施例中，参考图3，探测光线110传播到感光件300的路径为光回路，导光体200开设有允许被测介质进入的检测口240，被测介质可以是液体、泡沫等流体，光回路经过检测口240。

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。该高液位的具体类形可能是液体浸没探测端220，也可能是泡沫层浸没探测端220，都将触发系统的安全响应动作，仅就本实施例不对该高液位的具体类形做进一步判断。下面是对本实施例检测原理的一种理解。

当被测液体表面存在泡沫时，随着液面的升高，与探测端220首先接触的是泡沫。

对于现有的光电式液位传感器，由于探测端220未开设检测口240，泡沫覆盖于反射面210。泡沫层作为一个整体可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(例如红外线)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。

为了允许泡沫进入检测口240，检测口240可以是一端开口或两端均开口的筒形，为了避免在低液位时，液滴500挂于检测口240内，在一实施例中，参考图3，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226，一次反射面211的反射光线穿过检测口240进入二次反射面212。将探测端220设计为分叉结构有利于减少液滴500与检测口240壁面的接触面积，防止挂珠，进一步提高检测的准确度。

参考图1，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，第一分支225和第二分支226沿宽度方向排布，检测口240在宽度方向的跨距D为7mm～9mm。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。

为了使本实用新型能够安装在容器内，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)将本实用新型固定于待测液体的容器。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型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实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光电式液位传感器，其特征在于，所述光电式液位传感器包括：

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；以及

感光件，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。

2.如权利要求1所述的光电式液位传感器，其特征在于，所述导光体为条状结构，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。

3.如权利要求2所述的光电式液位传感器，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，所述探测光线依次经由所述一次反射面和所述二次反射面反射后形成所述第一待测光线和所述第二待测光线。

4.如权利要求3所述的光电式液位传感器，其特征在于，所述探测端的端面为弧面，所述一次反射面和所述二次反射面均处于所述弧面内。

5.如权利要求3所述的光电式液位传感器，其特征在于，所述探测端的端面包括呈夹角设置的第一平面和第二平面，所述第一平面形成为所述一次反射面，所述第二平面形成为所述二次反射面。

6.如权利要求5所述的光电式液位传感器，其特征在于，所述第一平面和所述第二平面的夹角为90°。

7.如权利要求6所述的光电式液位传感器，其特征在于，所述第一平面和所述第二平面的面积为43mm²～55mm²。

8.如权利要求1所述的光电式液位传感器，其特征在于，所述第一感光件和所述第二感光件之间的距离为0.8mm～1.2mm。

9.如权利要求1至8中任一项所述的光电式液位传感器，其特征在于，所述光电式液位传感器还包括安装座，所述导光体贴靠固定于所述安装座的表面，所述安装座内部设有密闭腔，所述发光件和所述感光件固定于所述密闭腔内，所述安装座至少在局部采用允许所述探测光线进入所述导光体的透光材质。

10.如权利要求9所述的光电式液位传感器，其特征在于，所述安装座的相对两侧连接有耳板，所述耳板设有安装孔。

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