CN2244184Y

CN2244184Y - 用于液面高度测量的光电探头

Info

Publication number: CN2244184Y
Application number: CN 95209303
Authority: CN
Inventors: 张昌如; 黄�俊; 冯启明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-04-20
Filing date: 1995-04-20
Publication date: 1997-01-01
Anticipated expiration: 2005-04-20

Abstract

用于液面高度测量的光电探头，由取样光窗、排列在其两侧的发光元件和光敏元件、随浮子沉浮而在取样光窗内上下移动的编码杆构成，编码杆上部有长短不一的透光孔，使得6-8对发光元件和光敏元件可测量二、三十单位距离量程的液面变化。本探头不受水质、温度影响，无需经常清洗、不易换坏、可靠性高，易于以低成本增大量程和提高测量精度，与二次仪表联接可构成功能齐全的水位示控仪，适用于蒸汽锅炉等高温、高压、液面易污染的场合。

Description

用于液面高度测量的光电探头

本实用新型为一种光电转换装置，用于液面高度测量，尤其适用于锅炉水位测量。

目前常用的锅炉水位测量传感器有磁控式、电感式、浮球式、电极点式等种类，但分别存在容易损坏、维修困难、可靠性不高等弱点。由于光电元件寿命长、性能稳定、可进行非接触式测量，利用它们构成的光电液位传感器工作可靠性高的优点十分明显。中国专利89211254.9所公开的光电式传感器是由水位计、水位计一侧的照明灯泡以及相对一侧纵向排列的六只光电管构成，水位计横截面是一特定尺寸多边形，由于水和蒸气折射率不同，对应于水位计有水部位的光电管可接收到灯光折射信号，而对应蒸气部位的光电管不能接收到灯光信号，光电管输出控制电信号。该传感器的光源为灯泡，其寿命较短，需经常更换，由于水直接进入水位计，易形成水垢，需定期清洗，且测量精度较低，仅能测量6点水位，若要提高测量精度，即增加测量点数，则要增加相应数量的光敏元件，信号线根数及放大电路，导致成本增加，给制造、安装及维修带来不便。

本实用新型目的在于提供一种寿命长、使用方便、无需经常清洗维护、便于以低成本提高测量精度的光电式传感器。

为实现所述目的，本实用新型的光电探头包括取样光窗及纵向排列在其两侧的发光元件和光敏元件，发光元件由驱动电路驱动，光敏元件输出信号经滤波放大后输出，特别采取了如下措施：(1)所述取样光窗由座体、平板玻璃、夹板组成，座体纵向开有内孔道，内孔道顶端封闭，内孔道中段有贯穿座体的条状透孔，夹板将两块平板玻璃平行压紧在座体上封闭条状透孔形成窗口；(2)所述发光元件和光敏元件个数相同，在取样光窗窗口两侧一一相对纵向排列；(3)所述光电探头还包括编码杆和浮子，编码杆上部有长短不一的透光孔，构成编码区，编码杆下端垂直安装在浮子上，编码杆上端伸入所述取样光窗座体内孔道，编码区可相对于取样光窗窗口上下移动。

所述的光电探头，可以选择所述发光元件和光敏元件个数为6—8对，每对之间由发光元件——导光棒——取样光窗——导光棒——光敏元件形成光路。

所述的光电探头，选择所述发光元件和光敏元件个数为6对时，每对之间可纵向均匀间隔1单位距离，所述编码杆从顶端向下编码区排列依次为5.5单位长度遮光区、3.5单位长度透光孔、1.5单位长度遮光区、1.5单位长度透光孔、3.5单位长度遮光区、1.5单位长度透光孔、1.5单位长度遮光区、3.5单位长度透光孔，以下为与浮子连接段，编码杆向上行程限制在22单位长度以内。

为减少光敏元件输出信号后续电路的数量，可对所述光电探头进一步采取如下措施：(1)所述驱动电路由振荡电路、译码电路和功率放大电路组成，振荡电路产生1KHz—200KHz频率信号，经译码电路和功率放大电路，驱动发光元件轮流发光；(2)所述光敏元件可并联成一组，或间隔一位并联为二组，或间隔二位并联为三组，或间隔三位并联为四组，其输出经对应数量的前置放大电路、滤波电路和比较器后，输出高低电平。

采用本实用新型的光电探头作为液面高度传感器，浮子位于液面随水位高低而升降，编码杆随之上下移动，取样光窗高于最高液面，液体不进入内孔道，因此避免了水质的影响，无需经常清洗。光电式测量结构简单、故障率低，发光元件和光敏元件可以离开高温物体一定距离，不受高温影响，不易换坏、可靠性高。采用编码杆使得6—8对发光元件和光敏元件可以测量二、三十单位距离量程的液面变化，由于采用轮流发光方式，可大大减少前置放大和滤波电路数量，欲增加量程或提高测量精度，仅需增加一、二对发光元件和光敏元件，所费甚少，该传感器与二次仪表联接可构成寿命长、可靠性高、功能齐全的水位示控仪。

图1为光电探头及其安装示意图；

图2为取样光窗结构示意图；

图3为光电元件排列示意图；

图4为六位编码杆及对应的编码表；

图5为驱动发光元件轮流发光的一种电路；

图6为光敏元件并联为一组的后续电路。

由图1，取样光窗A、发光元件B、光敏元件C、编码杆D和浮子E构成的光电探头，通过法兰L固定在水表柱F上，由导向杆G限制编码杆D的运动方向，水表柱通过汽连管H，水连管1与锅筒相通，水表柱F上可同时装有目视观察用的水位计J。水表柱F中的水位与锅筒中的水位是一致的，当锅筒中水位上升或下降时，水表柱中的浮子E随水位的变化而带动编码杆D上升或下降移动，从而使水位信号转化为编码杆的遮通光信号，经过发光元件B、光敏元件C和光电转换电路送到二次仪表进行处理。

图2表示取样光窗，其结构与目前广泛使用的平板玻璃水位计的结构基本相同，用夹板A—3将平板玻璃A—2压紧在座体A—1上，平板玻璃A—2与座体A—1和夹板A—3的接触部分均加入密封垫A—4，平板玻璃A—2上不得有沟槽，以免光线散射过开，夹板A—3本身是靠螺母螺栓锁紧的。座体A—1纵向开有内孔道，其形状与尺寸应与编码杆D相仿且略大、内孔道下段设有导向口A—6，与图1中导向杆G一起构成导向机构，对编码杆D起导向作用，保证编码杆D在运动过程中不被卡死。取样光窗A通过法兰L固定在水表柱上。

图3表示发光元件B和光敏元件C在取样光窗A两侧一一相对纵向排列。发光二极管B间距1cm等距离纵向安装在电路板Q上，光电管C(光电二极管或光电三极管)等距离安装在另一面的电路板上，导光棒M采用透光玻璃或金属管，用固定板P固定在对准发光二极管B和光电管C的位置，起导光和防尘作用。隔热玻璃N减少取样光窗外表面附近热空气对发光元件和光敏元件的影响。滤光板O的作用是进一步防止光串扰。发光元件和光敏元件两部分电路和光路外加防尘罩R，定好位后可用密封胶密封严实，防止外部灰尘落入其中，用细螺栓联在取样光窗窗口的两侧外表面上。当编码杆D上下移动时，发光管B发出的光就会通过取样光窗窗口、编码杆的透光孔照射到对面的光电管上，当光被编码杆的遮光区遮挡时，对面的光电管就接收不到光，这样光电元件将探测到的光编码信号经光电转换变为电编码信号。

图4表示发光元件和光敏元件个数为6对时，编码杆的一种实例及对应的编码表。6对光电元件间距1cm均匀排列，从编码杆的顶端向下，编码区的尺寸为5.5cm遮光区、3.5cm透光孔、1.5cm遮光区、1.5cm遮光区，3.5cm遮光区、1.5cm透光孔、1.5遮光区、3.5cm透光孔，以下为与浮子连接段，向上总行程限制在22cm以内。由于编码杆D只起遮光和透光作用，要求不高，可以用薄铝材制作，降低了浮子承受的重量，可使浮子设计时壁厚增加，以提高耐压性。编码杆宽度可为10—15mm，透光孔宽度可做成4—6mm。全量程22cm共有23组代码，其中液位为9.5—22cm位置每格(cm)对应两组编码，见图4左侧编码表，其测量精度为半格(cm)。

图5表示发光管轮流发光的驱动电路由振荡器电路、选通脉冲产生电路，经译码电路和功率放大电路组成，译码电路可选用74HC138芯片、功率放大电路可采用1413芯片，电路与发光管连接方式如图示，发光管可选用SE303A，光脉冲的频率可为4KHz，占空比1∶1，由二次仪表控制，R₁为限流电阻，可取为20欧姆，发光管导道电流为300mA左右。

图6表示光电二极管并联成一组，光电管选用PH302，接收光脉冲信号，由运放构成的带通滤波放大电路将电压信号放大后进入比较器，放大电路通频带中心频率与光脉冲调制频率相等，可为4KHz，图6中运放选用LM324，构成四级有源带通滤波，放大倍数为80dB以上，电平比较器可选用LM311、LM393或LM339，输出送给二次仪表。

驱动电路中振荡器电路可以放在光电探头中，也可以由二次仪表电路产生，而选通脉冲信号需二次仪表给出，这样接收到的电平信号可以保证二次仪表的位对应读取。光电探头送出的电平信号送到二次仪表中经位对应读取为编码信号，查编码表解码为水位数字信号，供水位显示、报警、控制等用。解码过程可用单片机软件实现或硬件译码电路完成。

Claims

1.一种用于液面高度测量的光电探头，包括取样光窗及纵向排列在其两侧的发光元件和光敏元件，发光元件由驱动电路驱动，光敏元件输出信号经滤波放大后输出，其特征在于：

(1)所述取样光窗由座体、平板玻璃、夹板组成，座体纵向开有内孔道，内孔道顶端封闭，内孔道中段有贯穿座体的条状透孔，夹板将两块平板玻璃平行压紧在座体上封闭条状透孔形成窗口；

(2)所述发光元件和光敏元件个数相同，在取样光窗窗口两侧一一相对纵向排列；

(3)所述光电探头还包括编码杆和浮子，编码杆上部有长短不一的透光孔，构成编码区，编码杆下端垂直安装在浮子上，编码杆上端伸入所述取样光窗座体内孔道，编码区可相对于取样光窗窗口上下移动。

2.如权利要求1所述的光电探头，其特征在于所述发光元件和光敏元件个数为6—8对，每对之间由发光元件——导光棒——取样光窗——导光棒——光敏元件形成光路。

3.如权利要求2所述的光电探头，其特征在于所述发光元件和光敏元件个数为6对，每对之间纵向均匀间隔1单位距离，所述编码杆从顶端向下编码区排列依次为5.5单位长度遮光区、3.5单位长度透光孔、1.5单位长度遮光区、1.5单位长度遮光区、3.5单位长度遮光区、1.5单位长度透光孔、1.5单位长度遮光区、3.5单位长度透光孔，以下为与浮子连接段。

4.如权利要求1、2或3所述的光电探头，其特征在于：

(1)所述驱动电路由振荡电路、译码电路和功率放大电路组成，振荡电路产生1KHz—200KHz频率信号，经译码电路和功率放大电路，驱动发光元件轮流发光；

(2)所述光敏元件可并联成一组，或间隔一位的并联为二组，或间隔二位并联成三组，或间隔三位并联成四组，其输出经对应数量的前置放大电路、滤波电路和比较器后，输出高低电平。