CN219455246U - 一种光纤液位测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种光纤液位测量装置，包括壳体，设置在壳体中的光源、分光器、光开关、光源驱动、光电探测器、加热模块、电源和与光开关通过光纤连接的光纤液位传感器，壳体设置与平台安装的固定装置，光源与光源驱动电连接，光源、分光器和光开关依次光连接，电源与光源、光源驱动、光电探测器、加热模块均电连接，光纤液位传感器设置在待测液位一侧，光开关和光纤液位传感器的数量均为至少两个，光开关控制光纤液位传感器的连通和测量。本实用新型采用光纤传感技术检测液位高度，具有体积小、重量轻、环境耐受性优良、高精度、高可靠性等优势。可以在恶劣环境下连续实时测量，而且测量系统装配方便，使用范围广泛。

Description

一种光纤液位测量装置

技术领域

本实用新型涉及测量测试技术领域，具体涉及一种光纤液位测量装置。

背景技术

液位传感器是测量液体高度信息的仪器，液位是工业生产和生活中需要测量的重要参数。液位测量的要求越来越高，连续式、高精度、高可靠性的测量是液位传感器发展方向。液位测量技术在工业生产贮存以及过程控制领域都有着极其广泛的用途，比如在液氨储罐中液位的测量、液化气球罐中的液位监测以及油轮压载舱液位的实时测量等方面。

目前常用的液位测量方法有机械浮子式、电子式、液压式、磁致伸缩式、超声波式、光学式等等。机械浮子式成本低，可靠性好，但因为是利用机械结构进行测量，所以灵敏度较低。电子式量程大，输出信号统一，更加方便液位的自动检测和控制，但是易受电磁干扰，可靠性差。液压式测量的范围相对较大，安装方便，但是被测的液体的密度要求是均匀的和已知的。磁致伸缩式可对两种不同液体界位高度进行测量，但是由于磁感应效应不能应用在电磁辐射很强的场所。超声波式适用于特殊环境，但是可靠性较差，且生活中有些物质对超声波有强烈的吸收作用。而光学式传感技术具有本征安全、适用性强、实时精确等优点，而且不需要安装多种设备进行同时测量，既节约空间，又有较高的性价比。但光学传感器也存在不能连续测量、安装不方便等问题，限制了使用。

因此，需要一种可连续测量、便于安装、适用于各种环境的光学液位测量仪器。

发明内容

本实用新型是为了解决光学液位测量的温度适应性和连续测量的问题，提供一种光纤液位测量装置，通过设置加热模块使光学液位测量装置适应不同温度环境，保证低温段的稳定工作，通过设置光开关进行各路光纤液位传感器的切换，实现对液位参数精确可靠稳定的连续测量。

本实用新型提供一种光纤液位测量装置，包括壳体，设置在壳体中的光源、分光器、光开关、光源驱动、光电探测器、加热模块、电源和与光开关通过光纤连接的光纤液位传感器，壳体设置与平台安装的固定装置，光源与光源驱动电连接，光源、分光器和光开关依次光连接，电源与光源、光源驱动、光电探测器、加热模块均电连接，光纤液位传感器设置在待测液位一侧，光开关和光纤液位传感器的数量均为至少两个，光开关控制光纤液位传感器的连通和测量；

加热模块包括依次电连接的温度传感器、温控电路和加热器。

本实用新型所述的一种光纤液位测量装置，作为优选方式，壳体包括至少两层壳体、各层之间使用子口连接，壳体的底板设置安装凸台、底部设置减震垫。

本实用新型所述的一种光纤液位测量装置，作为优选方式，光源为C波段红外光蝶型激光器，分光器包括光纤耦合器和环形器，光纤耦合器将一根光线中传输的光波能量按照比例分配给多根光纤并通过环形器输出至光开关，光开关在光传输线中对光信号进行物理交换或逻辑操作。

本实用新型所述的一种光纤液位测量装置，作为优选方式，温控电路为控制开关。

本实用新型所述的一种光纤液位测量装置，作为优选方式，控制开关为密特比较器。

本实用新型所述的一种光纤液位测量装置，作为优选方式，电源包括依次电连接的EMI滤波及保护电路、隔离DC-DC和输出滤波及过压保护的电路。

本实用新型所述的一种光纤液位测量装置，作为优选方式，还包括与光电探测器输出端电连接的AD转换器和与AD转换器电连接的解析及控制组件，解析及控制组件与光开关、光源驱动连接。

本实用新型所述的一种光纤液位测量装置，作为优选方式，解析及控制组件控制光开关的时序并收集光电探测器的数据进行整理。

本实用新型所述的一种光纤液位测量装置，作为优选方式，解析及控制组件包括FPGA和EEPROM。

本实用新型所述的一种光纤液位测量装置，作为优选方式，还包括设置在壳体上的通信组件，通信组件与解析及控制组件电连接。

本实用新型属于传感器技术领域，尤其涉及一种光纤液位测量装置，包括电源模块、光电模块、加热模块、通信模块、解析及控制组件和壳体。电源模块用于给整个装置供电；光电模块用于光电转换，模拟量调理和测量等工作；加热模块用于对内部各模块进行加热保温，保证该设备在低温段可靠工作；通信模块用于发送控制处理模块处理后的数据信息；控制处理模块用于控制所述光电模块和通信模块完成光电转换和通信功能，完成数据处理、判据存储及数据装订；壳体用于保护内部的光路和电路以及在所需平台安装。本实用新型采用光纤传感技术检测液位高度，具有体积小、重量轻、环境耐受性优良、高精度、高可靠性等优势。可以在恶劣环境下连续实时测量，而且测量系统装配方便，使用范围广泛。

本实用新型采用了如下的技术方案：

一种光纤液位测量装置，电源模块用于给整个装置供电；光电模块，光电模块用于光电转换，模拟量调理和测量等工作；加热模块用于对内部各模块进行加热保温，保证该设备在低温段可靠工作；通信模块用于发送控制处理模块处理后的数据信息；控制处理模块用于控制光电模块和通信模块完成光电转换和通信功能，完成数据处理及存储；壳体用于保护内部的光路和电路以及在所需平台安装。

电源模块包含EMI滤波及保护电路、隔离DC-DC等，满足稳压、防反向、滤波等可靠性和安全性设计。

光电模块包括光源、光源驱动及温控、分光器件、光开关、光电探测器、AD转换器和光纤液位传感器，光纤液位传感器设置在待测液位一侧，通过光纤进行液位测量并返回反射光。

光源采用C波段红外光蝶型激光器，避免可见光对测量产生影响。

光源驱动及温控用于光源控制，涉及电流控制、电源控制、激光器温度控制等。

光器件采用光纤耦合器，用于将一根光线中传输的光波能量按照既定的比例分配给多根光纤。

光开关用于光传输线中对光信号进行物理交换或逻辑操作。

光电探测器将光强转换为输出电压信号，由PIN管和电压转换电路组成。

加热模块包括温度传感器、温控电路和加热器。

温控电路采用简单的开关控制，使用斯密特比较器实现，能够避免加热电路在温控临界点频繁启闭。

通信组件采用RS422接口和UART通信协议。

解析及控制组件包括FPGA、EEPROM等。

解析及控制组件数据的整理与处理在FPGA中进行，采用EEPROM完成装订数据和液位传感器的开关阈值的存储。

装订数据功能用于根据实际需要调整激光光源的强度，使测试结果在合理范围内进行数据分析。

壳体通过减震防松保护设计提升安装可靠性，提高装置测量稳定性。

本实用新型具有以下优点：

本实用新型提供的光纤液位解调装置，可进行光电转换，模拟量调理和测量等工作，加热模块对内部各模块进行加热保温，保证该设备在低温段可靠工作；通信模块发送解析及控制组件处理后的数据信息；解析及控制组件控制光电探测器进行光电转换，并将整理后的原始数据与预存储的液位开关阈值表对比，形成液位达到或未达到的开关数据组，开关数据传递给控制系统进行决策判断。本实用新型秉承光纤传感器众多优势，具有体积小、重量轻、环境耐受性优良、高精度、高可靠性等特点，可以在恶劣环境下连续实时测量，而且测量系统装配方便，使用范围广泛。

附图说明

图1为一种光纤液位测量装置的结构示意图；

图2为一种光纤液位测量装置的系统架构图；

图3为一种光纤液位测量装置的系统原理示意图。

附图标记：

1、壳体；2、光源；3、分光器；4、光开关；5、光源驱动；6、光电探测器；7、加热模块；71、温度传感器；72、温控电路；73、加热器；8、电源模块；81、EMI滤波及保护电路；82、隔离DC-DC；83、输出滤波及过压保护的电路；9、光纤液位传感器；10、AD转换器；11、解析及控制组件；12、通信组件。

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一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

如图1～3所示，一种光纤液位测量装置，包括壳体1，设置在壳体1中的光源2、分光器3、光开关4、光源驱动5、光电探测器6、加热模块7、电源8和与光开关4通过光纤连接的光纤液位传感器9，壳体1设置与平台安装的固定装置，光源2与光源驱动5电连接，光源2、分光器3和光开关4依次光连接，电源8与光源2、光源驱动5、光电探测器6、加热模块7均电连接，光纤液位传感器9设置在待测液位一侧，光开关4和光纤液位传感器9的数量均为至少两个，光开关4控制光纤液位传感器9的连通和测量；

加热模块7包括依次电连接的温度传感器71、温控电路72和加热器73。

实施例2

如图1～3所示，一种光纤液位测量装置，包括壳体1，设置在壳体1中的光源2、分光器3、光开关4、光源驱动5、光电探测器6、加热模块7、电源8，与光开关4通过光纤连接的光纤液位传感器9，与光电探测器6输出端电连接的AD转换器10，与AD转换器10电连接的解析及控制组件11和设置在壳体1上的通信组件12，壳体1设置与平台安装的固定装置；

光源2与光源驱动5电连接，光源2、分光器3和光开关4依次光连接，电源8与光源2、光源驱动5、光电探测器6、加热模块7均电连接，光纤液位传感器9设置在待测液位一侧，光开关4和光纤液位传感器9的数量均为至少两个，光开关4控制光纤液位传感器9的连通和测量；

加热模块7包括依次电连接的温度传感器71、温控电路72和加热器73；

壳体1包括至少两层壳体、各层之间使用子口连接，壳体1的底板设置安装凸台、底部设置减震垫；

光源2为C波段红外光蝶型激光器，分光器3包括光纤耦合器和环形器，光纤耦合器将一根光线中传输的光波能量按照比例分配给多根光纤并通过环形器输出至光开关4，光开关4在光传输线中对光信号进行物理交换或逻辑操作；

温控电路72为控制开关，控制开关为密特比较器；

电源8包括依次电连接的EMI滤波及保护电路81、隔离DC-DC82和输出滤波及过压保护的电路83；

解析及控制组件11与光开关4、光源驱动5连接；

解析及控制组件11控制光开关4的时序并收集光电探测器6的数据进行整理；

解析及控制组件11包括FPGA和EEPROM；

通信组件12与解析及控制组件11电连接。

实施例3

如图1～3所示，一种光纤液位测量装置，包括壳体1、分光器3、光开关4、光源驱动5、光电探测器6、加热模块7、电源8，与光开关4通过光纤连接的光纤液位传感器9，AD转换器10，控制处理模块11，通信组件12。

壳体1用于保护内部的光路和电路以及在所需平台安装，电源8用于给整个装置供电；分光器3、光开关4、光源驱动5、光电探测器6用于光电转换，模拟量调理和测量等工作；加热模块7用于对内部各模块进行加热保温，保证该设备在低温段可靠工作；通信组件12用于发送所述控制处理模块4处理后的数据信息；控制处理模块4用于控制所述光电模块3和通信组件12完成光电转换和通信功能，完成数据处理及存储。

如图1所示，本实施例中壳体1为长方形的机箱，光源2、光电探测器6、分光器3、光开关4和光纤组成机箱内的光路部分；电路板、电源8的电源接口和通信组件12的通信接口组成机箱内的电路部分。

壳体1使用时安装减震垫以保证在高冲击环境下安全工作，机箱(壳体)1由多层壳体组成，各层之间采用子口连接，有利于提高安装稳定性和电磁兼容性。底板采取安装凸台设计，防止试验或搬运过程中解调装置底部出现划伤现象。

实施例1～3的具体使用方法及原理为：

如图2所示，原理是基于折射率原理，光源2发出光经过耦合器3，进入光纤液位传感探头9，反射光通过耦合器3进入光电探测器6。光电转换后，对电压信号幅值变化进行判断，给出液位指示信号。

解析及控制组11中的FPGA软件用于实现液位参数的测量控制，并将测量数据组包发送。FPGA软件内部包含时钟产生模块、激光器驱动设置模块、开关控制模块、数据采集模块、液位判读模块、EEPROM读写模块、通信发送/接收模块和状态产生模块。液位判读模块用于处理数据采集模块获取的传感器原始数据，经过算法判读出液位处于传感器的序号位置。

如图3所示，光源2发出稳定的激光，经过分光器3的耦合器进入各环形器，环形器具有依序传光功能，先进入光开关器件4，通过开关切换，顺序与光纤液位传感器9相连通，返回光再次经过光开关4和环形器进入各光电探测电路6，实现光信号至电信号的转换。解析及控制组件11控制光开关4时序，并收集各光电探测电路6的数据进行整理。整理后的原始数据与预存储的液位开关阈值表对比，形成液位达到或未达到的开关数据组，开关数据传递给控制系统进行决策判断，数据均通过通信回传。

本实用新型公开的光纤液位解调装置，秉承光纤传感器众多优势，具有体积小、重量轻、环境耐受性优良、高精度、高可靠性等特点。可以在恶劣环境下连续实时测量，而且测量系统装配方便，使用范围广泛。本实用新型实施例进行了具体的说明。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光纤液位测量装置，其特征在于：包括壳体(1)，设置在所述壳体(1)中的光源(2)、分光器(3)、光开关(4)、光源驱动(5)、光电探测器(6)、加热模块(7)、电源(8)和与所述光开关(4)通过光纤连接的光纤液位传感器(9)，所述壳体(1)设置与平台安装的固定装置，所述光源(2)与所述光源驱动(5)电连接，所述光源(2)、所述分光器(3)和所述光开关(4)依次光连接，所述电源(8)与所述光源(2)、所述光源驱动(5)、所述光电探测器(6)、所述加热模块(7)均电连接，所述光纤液位传感器(9)设置在待测液位一侧，所述光开关(4)和所述光纤液位传感器(9)的数量均为至少两个，所述光开关(4)控制所述光纤液位传感器(9)的连通和测量；

所述加热模块(7)包括依次电连接的温度传感器(71)、温控电路(72)和加热器(73)。

2.根据权利要求1所述的一种光纤液位测量装置，其特征在于：所述壳体(1)包括至少两层壳体、各层之间使用子口连接，所述壳体(1)的底板设置安装凸台、底部设置减震垫。

3.根据权利要求1所述的一种光纤液位测量装置，其特征在于：所述光源(2)为C波段红外光蝶型激光器，所述分光器(3)包括光纤耦合器和环形器，所述光纤耦合器将一根光线中传输的光波能量按照比例分配给多根光纤并通过所述环形器输出至所述光开关(4)，所述光开关(4)在光传输线中对光信号进行物理交换或逻辑操作。

4.根据权利要求1所述的一种光纤液位测量装置，其特征在于：所述温控电路(72)为控制开关。

5.根据权利要求4所述的一种光纤液位测量装置，其特征在于：所述控制开关为密特比较器。

6.根据权利要求1所述的一种光纤液位测量装置，其特征在于：所述电源(8)包括依次电连接的EMI滤波及保护电路(81)、隔离DC-DC(82)和输出滤波及过压保护的电路(83)。

7.根据权利要求1所述的一种光纤液位测量装置，其特征在于：还包括与所述光电探测器(6)输出端电连接的AD转换器(10)和与所述AD转换器(10)电连接的解析及控制组件(11)，所述解析及控制组件(11)与所述光开关(4)、所述光源驱动(5)连接。

8.根据权利要求7所述的一种光纤液位测量装置，其特征在于：所述解析及控制组件(11)控制所述光开关(4)的时序并收集所述光电探测器(6)的数据进行整理。

9.根据权利要求8所述的一种光纤液位测量装置，其特征在于：所述解析及控制组件(11)包括FPGA和EEPROM。

10.根据权利要求8所述的一种光纤液位测量装置，其特征在于：还包括设置在所述壳体(1)上的通信组件(12)，所述通信组件(12)与所述解析及控制组件(11)电连接。