TWI453378B - Simulation system of liquid level sensor - Google Patents

Description

物液位感測器的模擬系統

本發明係關於一種模擬系統，尤指一種物液位感測器的模擬系統。

物液位感測器於倉儲管理中扮演重要的角色，凡涉及倉儲的各型產業皆會使用，如石化工業、大宗食品業、飼料業、鋼鐵業、水泥業等，其主要係藉由感測器的探棒偵測倉儲內的存量，藉以監控倉儲內的儲量。

其中有一光學式的感測器，請配合參閱圖8，其包含有一光發射模組80、一光接收模組81、一信號處理模組82及一輸出模組83，該光接收模組81內具有一感光元件以將光訊號轉換為電訊號。使用時主要係由該光發射模組80發出光線，藉由倉儲內的物料反射後，且經由光接收模組81取得該反射光線以轉換為相對應的電訊號，再利用信號處理模組82分析，最後即可由該輸出模組83輸出該信號處理模組分析的結果，以供使用者得知該倉儲內的物料儲量。

惟該感測器在製造完成時，多半會先測試其是否正常，測試方式多係先將該感測器置於一具有物料或液料的倉儲內，以實際測量倉儲內物料的高度，藉以確認該物液位感測器是否正常。

上述測試感測器的方法中，若倉儲的物液位係為高料位時，如欲測試感測器在低料位時是否正常，其多係等待該倉儲內的儲量降至低料位後，才進行測試，反之亦然； 惟上述測試方式實為無效率，因由高料位降至低料位或由低料位升至高料位須耗費過多的時間等待，故有一模擬系統可模擬該物液位的高度，可縮短測試時間，如美國第4354180號專利案即已揭露一模擬系統可模擬液位的高度，藉以測試液位感測器是否有異常，請參閱圖9所示，該模擬系統具有一光發射器90、一光接收器91、一探頭92、一光源開關93及一高度計算模組94，該探頭92係一透明材質所構成，且於上端形成有一反光槽921，另在下端形成有一槪呈三角錐狀的反射面922，又該高度計算模組94具有一放大器941、一切換器942及一液位檢測器943，其主要係若探頭92位於空氣中時(液位較低)，該光源開關93開啟通電後，令該光發射器90發出一光線L，該光線L隨即進入探頭92並藉由反射面922反射至該光接收器91，另該光線L亦會進入該反光槽921，並由反光槽921的底面反射並進入該光接收器91，其中因探頭92的光折射率大於該空氣的光折射率，且光線L對應於該反射面922係大於該光折射的臨界角，意即若該探頭92位於空氣中時，該光線L即會於該反射面922發生全反射，故光線L會反射至該光接收器91，反之，若探頭92置於液體時，因探頭92的光折射率相當於於該液體的光折射率，故該光線L會因此穿出該反射面922，使光接收器91無法取得光線L；又光線L會因散射而照射至該反光槽921，且藉由反光槽921可令該光接收器91接收到該光線L，其中光接收器91內具有一感光元件，其係可依光的亮度而產生一相對應的電壓閥值，因此若探頭91位於空氣中時，該光接收器91 係自該反射面922及反光槽921分別取得光線L，則光接收器91則因此感應出較高的電壓閥值(5V)，若探頭91位於液體中時，該光接收器91僅自反光槽921內取得光線L，故光接收器91則感應出較低的電壓閥值(2V)，藉此再利用該高度計算模組94的液位檢測器943內一標準電壓值判別液體為低料位或高料位，如電壓閥值大於標準電壓值，即表液體為低料位，反之亦然，再傳送至監控端以供使用者得知。

其中上述高度計算模組94係可供使用者將其切換為一測試模式，意即如探頭92位於液體內，此時原感測高度應為高料位，藉由該切換器942可令該液位檢測器943的標準電壓值降至1伏特，故此標準電壓值比液體位於高料位的電壓閥值(2V)要低，即可模擬顯示為低料位，反之，若探頭92位於空氣中，表示液體高度為低料位，此時另將該光源開關93關閉，由於光接收器91無法接收光線，則該電壓閥值即表示為0伏特，因此標準電壓值會大於電壓閥值(0V)，即可模擬該液體高度為高料位時感測器的狀況。

惟上述模擬系統中將標準電壓值降至1伏特時，該電壓閥值易因液體內摻雜有雜質時而有所飄移，導至無法模擬液體位於低料位的狀態，進而誤以為該感測器異常，又其液體位於高料位的測試方式較為繁雜，造成使用者操作不便，鑑於上述問題，實有必要解決，並謀求可行的解決方案。

鑑於上述現有技術的缺點，本發明主要目的係提供一種物液位感測器的模擬系統，藉以方便使用者模擬待測的物料為高料位或低料位，並用以測試該物液位感測器是否正常。

為達成上述目的所採取的技術手段係令前述物液位感測器包含有：一光發射模組；一光接收模組，具有一輸出端，該光接收模組內設有一感光元件，藉以將光訊號轉換為一對應的電訊號，並由輸出端輸出；一信號處理模組，具有一輸入端及一輸出端，該輸入端係與前述光接收模組輸出端電連接；一模擬模組，具有一反向器及一切換器，該反向器輸入端係與該信號處理模組輸出端電連接，該切換器的輸入端係可切換地與該反向器的輸出端及前述信號處理模組的輸出端電連接，且該切換器係可供模擬模組切換為一使用模式及一模擬模式；一輸出模組，具有一輸入端及一輸出端，該輸入端係與前述切換器電連接；依上述構造所構成的物液位感測器，常態使用時，主要係將該模擬模組內切換器切為使用模式，此時切換器的輸入端係與信號處理模組的輸出端電連接，故該光發射模組發出光線後，經物料的反射且由該光接收模組接收，藉由光接收模組的感光元件將光訊號轉為對應的電訊號後，再傳送至信號處理模組，該信號處理模組依其接收的電訊 號判別物料高度為高料位後，則傳送至輸出模組輸出，以供使用者得以監控，又如光接收模組無法取得經物料反射的光線時，則信號處理模組依對應的電訊號而判別為低料位；又若有測試物液位感測器需求時，係令該模擬模組的切換器切換為模擬模式，此時切換器輸入端即與該反向器的輸出端電連接，故信號處理模組則依該電訊號而分別判別物料高度的高料位或低料位後，再經由該反向器後輸出至輸出模組，其中，若信號處理模組經由電訊號判別為高料位時，因模擬模組係為模擬模式，故信號處理模組的輸出訊號會經由該反向器再傳送至輸出模組，此時使用者即可在實際物料為高料位時模擬為低料位，反之，若物料高度為低料位時，透過該反向器即可模擬為高料位，藉此可在該模擬模式中，方便物液位感測器模擬倉儲內的高度，藉以測試該物液位感測器在高料位或低料位時是否正常，如此一來，藉由該模擬模組可供迅速地切換為模擬模式，且此一模擬模組具有該反向器，故可正確地將低料位轉換為高料位或高料位轉換為低料位，故可使用於液體或部分混濁的液體中，且不會因訊號偏移而造成測試異常，以供使用者得以快速測試該物液位感測器是否正常。

關於本發明之一實施例，請參閱圖1，該物液位感測器係包含有一光發射模組10、一光接收模組20、一信號處理模組30、一模擬模組40及一輸出模組50，其中： 該光發射模組10係可發出光線至待測的物料或液體，於本實施例中，該光發射模組10進一歩設有一光調變模組11，以供調整光發射模組10發出光線的強度、相位、發光場型等，藉以供使用於不同的物料或液體，又該光發射模組10可為LED或氖(Ne)燈等寬頻譜光源，亦可為雷射二極體(Laser Diode)等窄頻譜光源，另該光調變模組11可為針孔(Pin Hole)、光遮斷器、倍頻器(Etalon)、光柵(Grating)或光放大器(Amplifier)等。

該光接收模組20具有一輸出端，且光接收模組20內建有一感光元件21，藉以將光接收模組20取得的一光訊號轉換為一電訊號，並由輸出端輸出，該感光元件21可為光敏電阻、光二極體、光電晶體、CCD或CMOS等。

該信號處理模組30具有一輸入端及一輸出端，該輸入端係與前述光接收模組20輸出端電連接，以取得該電訊號，再藉由信號處理模組30分析為一高料位訊號或一低料位訊號後由輸出端輸出。

該模擬模組40係提供一使用模式及一模擬模式的切換功能，其具有一反向器41及一切換器42(如圖2所示)，該反向器41輸入端係與該信號處理模組30輸出端電連接，又切換器42係為一單極雙刀開關(SPDT,Single pole,double throw)，故其具有一共接點、一第一接點及一第二接點，該第一接點係與信號處理模組30輸出端電連接，該第二接點係與反向器輸出端電連接，於本實施例中，當共接點與第一接點連接係進入使用模式，而共接點與第二接點連接係進入模擬模式，又該模擬模組40內進一步設有一 驅動器43，以控制切換器42的切換，亦即使用者可透過驅動器43控制該切換器42，以切換使用模式或模擬模式。

該輸出模組50具有一輸入端及一輸出端，於本實施例中，該輸出模組50的輸入端係與前述切換器42的共接點電連接。

依上述構造所構成的物液位感測器，常態使用時，該驅動器43係驅使該切換器42的共接點與第一接點連接，藉以進入使用模式，因此光發射模組10發出一光線至物料後，並藉由光接收模組20接收，透過感光元件21轉換為電訊號，該電訊號經由信號處理模組30分析即可得知該物料的高度係為高料位，再以輸出模組輸出顯示，反之，若光接收模組20無法取得光線時，則該信號處理模組30即會依照該對應的電訊號而判別高度為低料位，如此即可供使用者藉以監控物料的存量，其中，請配合參閱圖3所示，如欲模擬測試物液位感測器時，令物料高度為低料位L，且藉由驅動器43驅使切換器42以令該共接點與第二接點連接，故該信號處理模組30輸出端經由該反向器41將該低料位訊號轉為高料位訊號，故該輸出模組50則因此輸出顯示為高料位H(如圖4所示)，反之，若物料高度原為高料位H時(如圖5所示)，藉由該反向器41即可將其轉為低料位訊號，藉以令輸出模組50輸出顯示為低料位L(如圖6所示)，如此一來，藉由該模擬模組40可供使用者視需求而自行切換使用模式或模擬模式，且利用該反向器41即可方便地將高料位訊號反轉為低料位訊號或由低料位訊號反轉為高料位訊號，藉此方便使用者模擬物料的高度，藉以測試 該物液位感測器是正常，且此一構造係可廣泛地應用於物料或液體。

關於本發明之又一實施例，請配合參閱圖7，其基本架構與前一實施例大致相同，其不同之處係在該輸出模組50進一步於輸出端設有一時間延遲器60，其主要係因若當液體係為高黏度流體(Viscous Fluid)或高黏彈流體(High Elastomeric Fluid)時，該液體液位降低時會殘留於物液位感測器上，進而使物液位感測器發生誤判，故該時間延遲器60即係用以模擬該待測液體為高黏度流體或高黏彈流體且殘留於物液位感測器上的狀況，藉以供使用者得以全方位的模擬測試該物液位感測器，以避免使用於不同待測液體時而發生異常。

10‧‧‧光發射模組

11‧‧‧光調變模組

20‧‧‧光接收模組

21‧‧‧感光元件

30‧‧‧信號處理模組

40‧‧‧模擬模組

41‧‧‧反向器

42‧‧‧切換器

43‧‧‧驅動器

50‧‧‧輸出模組

60‧‧‧時間延遲器

80‧‧‧光發射模組

81‧‧‧光接收模組

82‧‧‧信號處理模組

83‧‧‧輸出模組

90‧‧‧光發射器

91‧‧‧光接收器

92‧‧‧探頭

93‧‧‧光源開關

94‧‧‧高度計算模組

921‧‧‧反光槽

922‧‧‧反射面

941‧‧‧放大器

942‧‧‧切換器

943‧‧‧液位檢測器

圖1：為本發明之一架構示意圖。

圖2：為本發明之模擬模組詳細構造圖。

圖3：為本發明之一實施例低料位狀態示意圖。

圖4：為本發明之一實施例模擬高料位狀態示意圖。

圖5：為本發明之一實施例高料位狀態示意圖。

圖6：為本發明之一實施例模擬低料位狀態示意圖。

圖7：為本發明之另一實施例示意圖。

圖8：為現有技術之一架構示意圖。

圖9：為現有技術之一模擬液位高度示意圖。

10‧‧‧光發射模組

11‧‧‧光調變模組

20‧‧‧光接收模組

21‧‧‧光感元件

30‧‧‧信號處理模組

40‧‧‧模擬模組

43‧‧‧驅動器

50‧‧‧輸出模組

Claims (7)

1. 一種物液位感測器的模擬系統，包含有：一光發射模組；一光接收模組，具有一輸出端，該光接收模組內建有一感光元件，藉以將光訊號轉換為一對應的電訊號，並由輸出端輸出；一信號處理模組，具有一輸入端及一輸出端，該輸入端係與前述光接收模組輸出端電連接；一模擬模組，具有一反向器及一切換器，該反向器輸入端係與該信號處理模組輸出端電連接，該切換器的輸入端係可切換地與該反向器的輸出端及前述信號處理模組的輸出端電連接，且該切換器係可供模擬模組切換為一使用模式及一模擬模式；一輸出模組，具有一輸入端及一輸出端，該輸入端係與前述切換器電連接。
2. 如請求項1所述之物液位感測器的模擬系統，該切換器為一單極雙刀開關；該切換器具有一共接點、一第一接點及一第二接點；該第一接點係與信號處理模組輸出端電連接；該第二接點係與該反向器輸出端電連接；該共接點與第一接點連接時進入使用模式，該共接點與第二接點連接時進入模擬模式。
3. 如請求項2所述之物液位感測器的模擬系統，該模擬模組設有一驅動器，該驅動器用以控制該切換器切換。
4. 如請求項1所述之物液位感測器的模擬系統，該光發 射模組進一步設有一光調變模組。
5. 如請求項4所述之物液位感測器的模擬系統，該光發射模組為LED、氖燈等寬頻譜光源或雷射二極體等窄頻譜光源；該光調變模組為針孔、光遮斷器、倍頻器、光柵或光放大器等。
6. 如請求項1所述之物液位感測器的模擬系統，該感光元件可為光敏電阻、光二極體、光電晶體、CCD或CMOS等。
7. 如請求項1至6中任一項所述物液位感測器的模擬系統，該輸出模組進一步於輸出端設有一時間延遲器。