CN219301735U - 水位测量装置及包含其的水箱组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种水位测量装置及包含其的水箱组件，该水位测量装置包括成对设置的光发射器和光接收器以及导光柱，导光柱穿设连接于水箱，并沿水箱的高度方向延伸，导光柱由与水的折射率接近的透光材质制成，光发射器的发光体朝向导光柱的底部设置，光接收器的接收体朝向导光柱的顶部设置。当水箱内无水时，部分光线在导光柱内经过全反射从导光柱的顶部穿出进入接收体；当水箱内有水时，部分光线在水位以下的导光柱部位会发生反射和折射，导致位于导光柱顶部的接收体所接收到的光线减少，对应的电信号输出变化就越多。根据光接收器的电信号变化，方便测量水箱内水位的高低，并且整体结构与软件分析也相对简单。

Description

水位测量装置及包含其的水箱组件

技术领域

本实用新型涉及一种水位测量装置，特别涉及一种用于水箱的水位测量装置及包含其的水箱组件。

背景技术

在水位测量相关技术领域中，通常采用光电水位传感器进行测量，光电水位传感器采用光折射、反射原理来判断特定位置是否有水，并且相关机械部件无运动，所以可靠性以及测量的精度均比较高。但是，传统采用光电水位传感器对水位进行测量时，一般仅仅只能判断特定位置是否有水，若要判断水位高低，一般需要设置多对光电水位传感器，增加了整体结构的复杂度，同时，多对光电水位传感器的测量结果也非连续水位，需要对其进行曲线拟合，增加了软件分析的复杂度。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中采用多对光电水位传感器测量水位的高低导致整体结构复杂度以及软件分析分析复杂度增加的缺陷，提供一种水位测量装置及包含其的水箱组件。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种水位测量装置，用于测量水箱内水位的高低，所述水位测量装置包括成对设置的光发射器和光接收器以及导光柱，所述导光柱穿设连接于所述水箱，并沿所述水箱的高度方向延伸，所述导光柱由与水的折射率接近的透光材质制成；所述光发射器的发光体朝向所述导光柱的底部设置，所述光接收器的接收体朝向所述导光柱的顶部设置。

在本方案中，导光柱由透光材质制成，透光材质的折射率与水的折射率接近，当水箱内无水时，光发射器发出的部分光线在导光柱内经过全反射从导光柱的顶部穿出进入光接收器的接收体；当水箱内有水时，光发射器发出的部分光线在水位以下的导光柱部位会发生反射和折射，导致位于导光柱顶部的光接收器所接收到的光线相对减少，且水位越高，折射到水里的光线越多，光接收器接收到的光线就越少，对应的电信号输出变化就越多，根据光接收器的电信号变化，方便测量水箱内水位的高低，并且整体结构与软件分析也相对简单。

较优的，所述导光柱垂直于所述水箱的底面设置。

在本方案中，在导光柱连接并穿过水箱底面的情况下，导光柱垂直于水箱的底面，方便导光柱与水箱的连接与密封。

较优的，所述导光柱垂直于所述水箱内的液面设置。

在本方案中，相比于导光柱倾斜于水箱内的液面，在液面下测量出导光柱的长度，导光柱垂直于水箱内的液面，更方便测量液面相对于底面在导光柱所在位置的垂直距离，测量结果更加直观。

较优的，所述光发射器的发光体正对于所述导光柱的底面，所述光接收器的接收体正对于所述导光柱的顶面。

在本方案中，光发射器的发光体与光接收器的接收体分别正对于导光柱的底面和顶面，更方便光线进入导光柱内部以及从导光柱内部射出。

较优的，所述光发射器的发光体与所述导光柱的底面抵接设置，光接收器的接收体与所述导光柱的顶面抵接设置。

在本方案中，通过该种设置，使得发光体所发射的光线直接、快速进入导光柱，以及光线从导光柱射出后直接、快速进入接收体，避免光线的扩散造成损失。

较优的，所述导光柱的底面为一平整平面。

在本方案中，通过将导光柱的底面设置成一平整平面，使得发光体发射出的光线经过导光柱的底面进行导光柱，不会发生发射或折射，从而影响最终的测量精度。

较优的，所述导光柱的顶面为磨砂面。

在本方案中，通过将导光柱的顶面设置成磨砂面，有利于光线在导光柱的顶面形成漫射，避免内部光线从导光柱的顶面再反射回导光柱的内部。

较优的，所述发光体所发射出的光为PWM调制光。

在本方案中，在水箱处于光亮环境下，周围环境光可以照射进水箱内时，通过将发光体发射的光设置成PWM调制光，与周围环境光进行区别，对测量结果不会造成影响，同时也扩大了水位测量装置的适用范围。

一种水箱组件，包括如上所述的水位测量装置及水箱。

在本方案中，通过将如上所述的水位测量装置与对应的水箱进行装配成水箱组件，对对应的水箱中的水位测量更为方便。

较优的，所述水箱组件还包括有水箱座，所述水箱固定在所述水箱座的内部，所述光发射器和所述光接收器分别固定在所述水箱座的底面和顶面。

在本方案中，通过将水箱固定在水箱座的内部，并使得光发射器和光接收器分别固定在水箱座的底面和顶面，使得整个水位测量装置相对于水箱固定，防止产生晃动或者移动，造成测量结果不准确。

本实用新型的积极进步效果在于：

该水位测量装置及包含其的水箱组件中，水位测量装置包括有成对设置的光发射器和光接收器以及导光柱，导光柱由透光材质制成，透光材质的折射率与水的折射率接近，当水箱内无水时，部分光线在导光柱内经过全反射从导光柱的顶部穿出进入光接收器的接收体；当水箱内有水时，部分光线在水位以下的导光柱部位会发生反射和折射，导致位于导光柱顶部的光接收器所接收到的光线减少，且水位越高，折射到水里的光线越多，光接收器接收到的光线就越少，对应的电信号输出变化就越多，根据光接收器的电信号变化，方便测量水箱内水位的高低，并且整体结构与软件分析也相对简单。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的水位测量装置、水箱与水箱座的装配示意图。

图2为本实用新型一实施例的水箱在无水状态下，导光柱内的光线路径示意图。

图3为本实用新型一实施例的水箱在A-A水位时，导光柱内的光线路径示意图。

图4为本实用新型一实施例的水箱在B-B水位时，导光柱内的光线路径示意图。

图5为本实用新型一实施例的水箱在C-C水位时，导光柱内的光线路径示意图。

附图标记说明：

水箱座100

水箱200

导光柱300

发光电路板410

发光体420

接收电路板510

接收体520

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制，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。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”“轴向”、“周向”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本实施例公开了一种水位测量装置，主要用于测量水箱200内水位的高低，该水位测量装置包括成对设置的光发射器和光接收器以及导光柱300，导光柱300穿设连接于水箱200，并沿水箱200的高度方向延伸，导光柱300由与水的折射率接近的透光材质制成；光发射器的发光体420朝向导光柱300的底部设置，光接收器的接收体520朝向导光柱300的顶部设置。进一步的，水位测量装置还包括有水箱座100，水箱200固定在水箱座100的内部，光发射器和光接收器分别固定在水箱座100的底面和顶面。

具体的，如图1所示，水箱200和水箱座100均为长方体的箱体结构，水箱200固定在水箱座100的内部，且水箱200的四壁与水箱座100的四壁均间距设置，水箱200与水箱座100之间的固定连接可以采用现有技术中存在的任何固定连接方式，在此不再赘述。

该水位检测装置主要由光发射器、光接收器和导光柱300组成。其中，导光柱300穿设连接于水箱200，因光发射器和光接收器为了方便供电，需要设置在水箱200的外面，所以导光柱300的顶部和底部均穿过水箱200的顶面和底面，或者导光柱300的顶部和底部和水箱200的顶面和底面齐平，但是在导光柱300与水箱200的连接处需要满足一定的密封性，关于密封的装置可以采用现有技术中存在的任何密封结构，例如，可以通过在水箱200的壁面上设置环形密封圈(图中未示出)，密封圈嵌入到水箱200壁面的环形凹槽(图中未示出)内，密封圈可以采用硅胶材质，由于硅胶材质的密封圈与导光柱300之间连接产生摩擦力，从而对导光柱300固定并进行密封。本实施例中，导光柱300垂直于水箱200的底面，同时也垂直水箱200内的液面，导光柱300由透明材质制成，且该透明材质的折射率接近于水的折射率。

光发射器包括发光电路板410和发光体420，发光电路板410固定于水箱座100的底部，在发光电路板410上设置发光体420，具体为发光LED灯，发光体420朝向导光柱300的底部设置，即发光体420所发出的光线经过导光柱300的底部进入导光柱300的内部，并进一步的传输。光接收器包括接收电路板510和接收体520，接收电路板510固定于水箱座100的顶部，在接收电路板510上设置接收体520，具体为光敏接收管，接收体520朝向导光柱300的顶部设置。

如图1和图2所示，当水箱200内无水时，导光柱300的内侧与外侧均为空气，发光电路板410上发光体420发射出光线从而进入导光柱300的内部，由于导光柱300由透光材质制成，且透光材质的折射率与水的折射率接近，光线从导光柱300的底部进入导光柱300的内部，部分光线在导光柱300的内部会发生全反射，从导光柱300的顶端穿设出并进入光接收器的接收体520，根据接收体520所接收的光线量并通过接收电路板510将其转化为电信号，得出在零水位时的电信号值。

如图1和图3所示，当水箱200内水位为A-A时，导光柱300的外侧在水位下方浸在水内，即在水位下方，导光柱300的内侧为空气，导光柱300的外侧为水，在水位上方，导光柱300的内侧和外侧均为空气。发光电路板410上发光体420发射出光线从而进入导光柱300的内部，在水位下方时，因为换热管的折射率与水的折射率接近，当光线设在导光柱300上时，经过外部的水会发生折射，从而导致一部分可以发生全反射的光线从换热管的外壁上折射出去；在水位上方时，因为换热管的内部与外部均为空气，而换热管材质的折射率小于空气的折射率，所以在水位上可以发生全反射的光线不会从换热管的外壁折射出去。由于在水位下方，可以发生全反射的光线因为发生折射而减少，导致接收体520所接收的光线量减少，最终接收电路板510将其转化为电信号的变化量也越大。

如图1和图4所示，当水箱200内水位为B-B时，水箱200内的水位上升，导光柱300进入水内的部分增加，在水位下方，能发生全反射的光线通过导光柱300折射出的光线更多，在水位上方继续发生全反射的光线变得更少，最终接收体520所接受的光线量也相对变得更少，接收电路板510将其转化为电信号的变化量也越大。如图1和图5所示，当水箱200内水位为C-C时，水位变得更高，如上所述，接收电路板510将其转化为电信号的变化量更大。

需要注意的是，发光体420所发出的光线经过导光柱300的底部进入导光柱300的内部，存在无法满足全反射角度摄入的光线，也存在可以满足全反射角度射入的光线。但是，在测量水箱200内的水位时，由于存在光线的入射方向、接收体520的灵敏度、发光体420与导光柱300的距离偏差等各种因素，所以，首先会对水箱200在零水位和满水位时，在同样光线射入的情况下读取光线的接收量，并将其转化为电信号，将最低水位和最高水位对应的电信号存入控制器或者存储器内，在之后的水位测量中，在不改变测量条件下，中间水位可以根据电信号的变化规律进行计算读取，整体结构与软件分析都相对简单。

如图1所示，本实施例中导光柱300垂直于水箱200的底面，方便导光柱300与水箱200的连接与密封，同时导光柱300也垂直于水箱200内的液面，更方便测量水位与水箱200对应底部在导光柱300所在位置的垂直距离，测量结果更加直观。当然，在其他实施例中，导光柱300也可以不垂直与水箱200的底面，即水箱200的底面可以是倾斜的，在此情况下，相对于导光柱300垂直于水箱200的底面，可能在连接与密封上较为复杂。同样的，导光柱300也可以不垂直于水箱200内的液面，即可以与水箱200内的液面倾斜设置，在此情况下，在对水位测量之前需要对初始位置的信号值进行对应的测量并记录，相对于垂直于水箱200内的液面设置，测量的结果为液面下方导光柱300的长度，而非水箱200内液面的高度，增加了软件分析的复杂度。

如图1所示，在本实施例中，光发射器的发光体420正对于导光柱300的底面，光接收器的接收体520正对于导光柱300的顶面，更方便光线进入导光柱300内部以及从导光柱300内部射出并进入接收体520。进一步的，光发射器的发光体420与导光柱300的底面抵接设置，光接收器的接收体520与导光柱300的顶面抵接设置，可以使得发光体420所发射的光线直接、快速进入导光柱300，以及光线从导光柱300射出后直接、快速进入接收体520，避免光线的扩散造成损失。

当然，在其他实施例中，光发射器的发光体420也可以不正对着导光柱300的底面，只要满足发光体420朝向导光柱300的底部设置，并且所发出的部分光线能在导光柱300内部进行全反射即可，同样的，光接收器也可以不正对于导光柱300的顶面，只要满足接收体520朝向导光柱300的顶部设置，并能够接收到经过导光柱300折射或反射后的光线即可。

如图1所示，导光柱300的底面较优设置为一平整平面，使得导光柱300的底面与发光体420平行设置，使得发光体420发射出的光线经过导光柱300的底面进入导光柱300，不会发生发射或折射，从而影响最终的测量精度。导光柱300的顶面较优设置为磨砂面，有利于光线在导光柱300的顶面形成漫射，避免内部光线从导光柱300的顶面再反射回导光柱300的内部。在本实施例中，发光体420所发射的光为PWM调制光。当水箱200处于遮蔽的黑暗环境时，发光体420所发射的光线可以为连续光，但如果水箱200处于光亮环境下，周围环境光可以照射进水箱200内时，通过将发光体420发射的光设置成PWM调制光，与周围环境光进行区别，对测量结果不会造成影响，同时也扩大了水位测量装置的适用范围。

此外，导光柱300材质的折射率接近于水的折射率，在此基础上，如果选用较小折射率的导光柱300材质，在有水或者没水情况下，光线分辨率会更好，但同时，形成全反射的光线会变少，可能需要提高发光体420的功率。相反，采用较高折射率的导光柱300材质，在有水或者没有情况下，光线分辨率会略差，但同时，形成全反射的光线较多，发光体420的功率可以变低。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种水位测量装置，用于测量水箱内水位的高低，所述水位测量装置包括成对设置的光发射器和光接收器，其特征在于，所述水位测量装置还包括有：

导光柱，所述导光柱穿设连接于所述水箱，并沿所述水箱的高度方向延伸，所述导光柱由与水的折射率接近的透光材质制成；

所述光发射器的发光体朝向所述导光柱的底部设置，所述光接收器的接收体朝向所述导光柱的顶部设置。

2.如权利要求1所述的水位测量装置，其特征在于，所述导光柱垂直于所述水箱的底面设置。

3.如权利要求1所述的水位测量装置，其特征在于，所述导光柱垂直于所述水箱内的液面设置。

4.如权利要求1所述的水位测量装置，其特征在于，所述光发射器的发光体正对于所述导光柱的底面，所述光接收器的接收体正对于所述导光柱的顶面。

5.如权利要求4所述的水位测量装置，其特征在于，所述光发射器的发光体与所述导光柱的底面抵接设置，所述光接收器的接收体与所述导光柱的顶面抵接设置。

6.如权利要求1所述的水位测量装置，其特征在于，所述导光柱的底面为一平整平面。

7.如权利要求1所述的水位测量装置，其特征在于，所述导光柱的顶面为磨砂面。

8.如权利要求1所述的水位测量装置，其特征在于，所述发光体所发射出的光为PWM调制光。

9.一种水箱组件，其特征在于，所述水箱组件包括如权利要求1-8任一项所述的水位测量装置及水箱。

10.如权利要求9所述的水箱组件，其特征在于，所述水箱组件还包括有水箱座，所述水箱固定在所述水箱座的内部，所述光发射器和所述光接收器分别固定在所述水箱座的底面和顶面。

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