TWI473978B - Self - correcting method and device for optoelectronic level switch - Google Patents

Description

適用於光電液位開關的自我校正方法及其裝置

本發明係一種光電液位開關，尤指一種可依據待測溶液特性或類型進行自我校正的光電液位開關。

現有光電液位開關使用的場所相當廣泛，例如石化工業、食品業、飼料業、鋼鐵業、水泥業等需要存放大量原物料的工業場所，該光電液位開關係設置於物料桶的桶壁上，藉由光電液位開關偵測物料桶內之溶液液位的高度，再由與光電液位開關連接的控制系統轉換為溶液存量以進行管控。

常見的光電液位開關係由一光發射器發出光線，經物料桶中的溶液反射該光線，再由一光感測器接收該反射的光線，光電液位開關依據光感測器接收之光線的強弱或多寡轉換為一數值，再與光電液位開關設定的一檢測閥值比較，以判斷溶液的液位高低，如圖8所示，假設光電液位開關的檢測閥值設為2.5，當光感測器接收的數值高於2.5時(圖中數值為5)，代表光電液位開關的位置高於溶液的液位高度(空桶)，當光感測器接收的數值低於2.5時(圖中數值為0)，代表光電液位開關的位置低於溶液的 液位高度(滿桶)。

不過現有光電液位開關的光線強度、光線接收靈敏度以及檢測閥值都是固定的，僅能用於特定或固定特性的溶液，或是濁度很低的溶液，而為了能偵測多種不同特性的溶液，因此針對各種特性設計的檢測閥值多是設於由各溶液統計出來之數值的中間值，若遇到未知特性、濁度或是光感測器接收的數值高於或低於所設檢測閥值的溶液，即產生無法感測液位高低的問題。

如前揭所述，現有光電液位開關發出的光線強度、光線接收靈敏度以及檢測閥值都是固定的，僅能用於固定特性的溶液，若遇到未知濁度或超出所設檢測閥值的溶液，即產生無法感測液位高低的問題，因此本發明主要目的在提供一適用於光電液位開關的自我校正方法及其裝置，主要是對光電液位開關發出的光線強度、光線接收靈敏度以及檢測閥值進行參數調變，依據不同待測溶液計算並調整參數，解決現有光電液位開關無法感測未知濁度或無法偵測超出所設檢測閥值溶液的問題。

為達成前述目的所採取的主要技術手段係令前述適用於光電液位開關的自我校正裝置，包含有：一控制模組，其包含有一自我校正單元與一可變的檢測閥值； 一發光模組，其與控制模組電連接，該發光模組係由控制模組控制其發光強度；一接收模組，其與控制模組電連接，該接收模組係接收發光模組的光線並產生一受光強度，且控制模組控制其光接收靈敏度；前述之自我校正單元係分別取得一第一液位狀態的數值與一第二液位狀態的數值，該等數值係分別為兩狀態之發光強度與受光強度的比值，自我校正單元分別比對第一液位狀態的數值、第二液位狀態的數值與檢測閥值，以調整檢測閥值為為第一液位狀態與第二液位狀態之間的數值。

為達成前述目的所採取的主要技術手段係令前述適用於光電液位開關的自我校正方法，係執行以下步驟：對一待測溶液取得一第一液位狀態的數值，該數值為第一發光強度與第一受光強度的比值；對同一待測溶液取得一第二液位狀態的數值，該數值為第二發光強度與第二受光強度的比值；比對第一液位狀態的數值與預設之檢測閥值，並判斷該預設之檢測閥值是否高於第一液位狀態的數值；比對第二液位狀態的數值與預設之檢測閥值，並判斷該預設之檢測閥值是否低於第二液位狀態的數值； 調整該預設之檢測閥值的數值，使其為新設的檢測閥值並為第一液位狀態與第二液位狀態之間的數值。

利用前述元件組成的適用於光電液位開關的自我校正方法及其裝置，該控制模組係控制或調整發光模組之發光強度與接收模組之光接收靈敏度並轉換為受光強度訊號，以偵測不同溶液之反射光線的差異，並取得該待測溶液於第一液位狀態(空桶)與第二液位狀態(滿桶)的數值，再由自我校正單元分析比對以調整或改變預設之檢測閥值，針對不同待測溶液特性，使調整後之檢測閥值位於第一液位狀態的數值與第二液位狀態的數值之間，藉此該光電液位開關可依據不同待測溶液的特性計算並調整出對應之檢測閥值，解決現有光電液位開關無法感測未知濁度或無法偵測超出所設檢測閥值之待測溶液的問題。

10‧‧‧控制模組

11‧‧‧自我校正單元

12‧‧‧檢測閥值

20‧‧‧發光模組

21‧‧‧發光單元

22、22’‧‧‧光強度調變單元

30‧‧‧接收模組

31‧‧‧接收單元

32‧‧‧光靈敏調變單元

40‧‧‧物料桶

50、50’‧‧‧光圈

圖1是本發明第一較佳實施例的電路方塊圖。

圖2是本發明第一較佳實施例之發光模組與接收模組的電路圖。

圖3是本發明第一較佳實施例之檢測閥值的調整示意圖。

圖3A是本發明第一較佳實施例之檢測閥值調整前的示意圖。

圖3B是本發明第一較佳實施例之檢測閥值調整後的示意圖。

圖4是本發明第一較佳實施例之調整檢測閥值的流程圖。

圖5是本發明第二較佳實施例之具有PWM功能之光強度調變單元的電路方塊圖。

圖6是本發明第三較佳實施例之具有光圈的電路方塊圖。

圖7是本發明第三較佳實施例之光圈的開合動作示意圖。

圖8是現有的光電液位開關之檢測閥值的示意圖。

關於本發明的第一較佳實施例，請參閱圖1所示，係於光電液位開關內包含有一控制模組10、一發光模組20與一接收模組30，該控制模組10分別與發光模組20以及接收模組30電連接，該發光模組20與接收模組30係設於一具有待測溶液之物料桶40的桶壁，並朝向該物料桶40內部，該發光模組20向物料桶40內的待測溶液發出光線，該接收模組30係接收該待測溶液反射的光線，控制模組10依據接收模組30接收之光線的強度判斷待測溶液之液位是否到達發光模組20與接收模組30所設位置。

該控制模組10其包含有一自我校正單元11與一可變的檢測閥值12，該自我校正單元11係用以調整或改變檢測閥值12的數值。

該發光模組20是與控制模組10電連接，請配合參閱圖2所示，該發光模組20包含有一發光單元21與一光強度調變單元22，該發光單元21是與光強度調變單 元22串接後再連接至一直流電源(V+)，該控制模組10係透過光強度調變單元22調整發光單元21的電壓，以控制發光單元21發出之光線的強度；於本較佳實施例中，該發光單元21是一發光二極體(LED)，該光強度調變單元22係一可變的光源限流電阻R1或一電壓調整器(圖中未示)。

該接收模組30是與控制模組10電連接，該接收模組30包含有一接收單元31與一光靈敏調變單元32，該接收單元31是與光靈敏調變單元32串接後再連接至一直流電源(Vcc)，該接收模組30係接收待測溶液反射的光線並依照接收之光線強度產生一受光強度訊號，該控制模組10係透過光靈敏調變單元32調整接收單元31的光靈敏度，以控制或調整其輸出之受光強度訊號；於本較佳實施例中，該接收單元31是一光電晶體或是一光敏電阻(cds)，該光靈敏調變單元32係一可變電阻，如圖所示，該可變電阻依照與光電晶體連接之不同接腳，而分別設為Rc或Re。

請參閱圖3、4所示，控制模組10的自我校正單元11係執行以下步驟以調整或改變預設之檢測閥值12，其包含有：步驟一(101)，取得一第一液位狀態的數值，該數值為第一發光強度訊號與第一受光強度訊號的比值。

步驟二(102)，取得一第二液位狀態的數值，該數值為 第二發光強度訊號與第二受光強度訊號的比值。

步驟三(103)，比對第一液位狀態的數值與預設之檢測閥值12，並判斷該預設之檢測閥值12是否高於第一液位狀態的數值。

步驟四(104)，比對第二液位狀態的數值與預設之檢測閥值12，並判斷該預設之檢測閥值12是否低於第二液位狀態的數值。

步驟五(105)，調整該預設之檢測閥值12的數值，使其輸出為新設的檢測閥值並為第一液位狀態與第二液位狀態之間的數值。

其中該第一液位狀態係代表空桶的狀態，該第二液位狀態係代表滿桶的狀態，該第一液位狀態與第二液位狀態代表的狀態亦可互換。

該控制模組10控制發光模組20之發出之光線強度或接收模組30之光接收靈敏度，以偵測不同溶液之反射光線的差異並調整其檢測閥值12，並取得該待測溶液於第一液位狀態(空桶)與第二液位狀態(滿桶)的數值。

該自我校正單元11係分析比對以調整預設之檢測閥值12，使調整後之新設檢測閥值12的數值位於第一液位狀態的數值與第二液位狀態的數值之間，可依據不同待測溶液計算並對應調整其檢測閥值12，如圖3A、3B所示，原來的檢測閥值12之數值係預設為2.5，而第一液 位狀態與第二液位狀態的數值分別為3以及5，該檢測閥值12即位於兩數值之外，經前述步驟一(101)至步驟五(105)，該檢測閥值12由預設的2.5改為4之後，新的檢測閥值12即位於兩數值(3與5)之間或是兩數值之中間值，而可對應該待測溶液的新檢測閥值12，解決現有光電液位開關無法感測未知濁度或超出其所設檢測閥值12範圍溶液的問題。

關於本發明的第二較佳實施例，請參閱圖5所示，該發光模組20是由控制模組10以脈波寬度調變(PWM)的方式調整其發光單元21的發光強度，其中，發光單元21可直接連接至控制模組10，由控制模組10以PWM直接調整其發光強度(圖中未示)，或是如圖5所示是由一具有PWM功能的光強度調變單元22’驅動發光單元21，以改變其發光工作週期(duty cycle)，如圖所示，該發光工作週期可以是50%、75%或100%。

關於本發明的第三較佳實施例，請參閱圖6、7所示，係於發光模組20之發光單元21以及接收模組30之接收單元31的光線路徑上分設有一可調整開口大小的光圈50、50’，控制模組10可控制光圈50、50’開口的大小以調整發光單元21發出的光線強度或是改變接收單元31的受光強度訊號。

10‧‧‧控制模組

11‧‧‧自我校正單元

12‧‧‧檢測閥值

20‧‧‧發光模組

21‧‧‧發光單元

22‧‧‧光強度調變單元

30‧‧‧接收模組

31‧‧‧接收單元

32‧‧‧光靈敏調變單元

40‧‧‧物料桶

Claims (13)

1. 一種適用於光電液位開關的自我校正裝置，包含有：一控制模組，其包含有一自我校正單元與一可變的檢測閥值；一發光模組，其與控制模組電連接，該發光模組係由控制模組控制其發光強度；一接收模組，其與控制模組電連接，該接收模組係接收發光模組的光線並產生一受光強度，且控制模組控制其光接收靈敏度；前述之自我校正單元係分別取得一第一液位狀態的數值與一第二液位狀態的數值，該等數值係分別為兩狀態之發光強度與受光強度的比值，自我校正單元分別比對第一液位狀態的數值、第二液位狀態的數值與檢測閥值，以調整檢測閥值為為第一液位狀態與第二液位狀態之間的數值。
2. 如請求項1所述之適用於光電液位開關的自我校正裝置，該發光模組包含有一發光單元與一光強度調變單元，該發光單元是與光強度調變單元串接，該光強度調變單元係控制發光單元的發光強度。
3. 如請求項2所述之適用於光電液位開關的自我校正裝置，該發光單元是一發光二極體(LED)，該光強度調變單元係一可變的光源限流電阻。
4. 如請求項1至3中任一項所述之適用於光電液位開關的自我校正裝置，該接收模組包含有一接收單元與一光 靈敏調變單元，該接收單元是與光靈敏調變單元串接，該光靈敏調變單元係控制接收單元的光靈敏度。
5. 如請求項4所述之適用於光電液位開關的自我校正裝置，該接收單元是一光電晶體或是一光敏電阻(cds)，該光靈敏調變單元係一可變電阻。
6. 如請求項1至3中任一項所述之適用於光電液位開關的自我校正裝置，該發光模組是由控制模組以脈波寬度調變(PWM)方式調整其發光工作週期。
7. 如請求項4所述之適用於光電液位開關的自我校正裝置，該發光模組是由控制模組以脈波寬度調變(PWM)方式調整其發光工作週期。
8. 如請求項2或3所述之適用於光電液位開關的自我校正裝置，該發光模組與控制模組之間的光強度調變單元具有PWM功能，以控制發光單元改變其發光工作週期。
9. 如請求項4所述之適用於光電液位開關的自我校正裝置，該發光模組與控制模組之間的光強度調變單元具有PWM功能，以控制發光單元改變其發光工作週期。
10. 如請求項1所述之適用於光電液位開關的自我校正裝置，該發光模組之發光單元以及接收模組之接收單元的光線路徑上分設有一可調整開口大小的光圈，控制模組控制光圈開口的大小以調整發光單元的發光強度或是接收單元的受光強度訊號。
11. 一種適用於光電液位開關的自我校正方法，係執行以下步驟：對一待測溶液取得一第一液位狀態的數值，該數值為 第一發光強度與第一受光強度的比值；對同一待測溶液取得一第二液位狀態的數值，該數值為第二發光強度與第二受光強度的比值；比對第一液位狀態的數值與預設之檢測閥值，並判斷該預設之檢測閥值是否高於第一液位狀態的數值；比對第二液位狀態的數值與預設之檢測閥值，並判斷該預設之檢測閥值是否低於第二液位狀態的數值；調整該預設之檢測閥值的數值，使其成為新設的檢測閥值並為第一液位狀態與第二液位狀態之間的數值。
12. 如請求項11所述之適用於光電液位開關的自我校正方法，該新設的檢測閥值為第一液位狀態與第二液位狀態之數值的中間值。
13. 如請求項11或12所述之適用於光電液位開關的自我校正方法，該第一液位狀態係代表空桶的狀態，該第二液位狀態係代表滿桶的狀態。