一种光电传感液位监测装置

1.本发明涉及一种光电传感液位监测装置，属于液位测量技术领域。


背景技术：

2.目前生产应用中使用较为广泛的液位计有玻璃管式液位计、浮球式磁性液位计、超声波液位计、磁翻板液位计和雷达液位计等，其中，有的与液体直接接触，或易受介质干扰，影响测量。而非接触测量，且不受液体的粘度、密度和介质等影响的液位计，则成本高、维护维修困难。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种不与介质接触且成本低的光电传感液位监测装置，用以解决现有技术的非接触式液位计成本高、维护维修困难的技术问题。
4.本发明采用如下技术方案：一种光电传感液位监测装置，其包括支撑架及位于支撑架上的光源发生器、固定夹和检测箱，所述固定夹位于光源发生器和检测箱之间，固定夹内夹持有透明管，透明管位于光源发生器的发射路径上，所述检测箱靠近固定夹的一侧开设有探测窗口，探测窗口内安装有凹透镜，光源发生器的光源发射路径和凹透镜中心轴线重合，所述检测箱内设置有透明板，所述透明板上设有若干并联连接的光敏元件，光敏元件呈阵列形式均匀分布在透明板上，位于透明板最底部一排的光敏元件与凹透镜中心轴线在同一水平面上，位于透明板最底部一排的光敏元件上连接有通过检测电路一连接有报警装置一，其余光敏元件通过检测电路二连接有报警装置二，检测电路一和检测电路二均包括电源、信号放大器。
5.所述光敏元件包括光敏元件组一和光敏元件组二，光敏元件组一和光敏元件组二分别安装在透明薄板两侧且错位分布。
6.所述报警装置一为报警蜂鸣器，报警装置二为报警灯，光敏元件组一中最底部一排的光敏元件连接有报警蜂鸣器一，其余光敏元件连接有报警灯一，光敏元件组二中最底部一排的光敏元件连接有报警蜂鸣器二，其余光敏元件连接有报警灯二；或者是光敏元件组一中最底部一排的光敏电阻连接有报警蜂鸣器一，其余每排光敏元件均连接有报警灯一，光敏元件组二中最底部一排的光敏电阻连接有报警蜂鸣器二，其余每排光敏元件均连接有报警灯二。
7.所述光敏元件组一和光敏元件组二均由若干光敏电阻或光电三极管或光电二极管或光电池并联而成。
8.所述光敏电阻由包括硫化镉、硒化镉、硫化铅在内的任意一种半导体材料制成，光敏电阻表面涂有防潮树脂；所述光敏电阻宽度为0.2~6mm，透明板同一侧相邻光敏电阻之间的距离为0.01~1mm。
9.所述检测箱内位于透明板和凹透镜之间的位置处设有偏振光栅，偏振光栅竖直设置且与光源发射路径垂直，偏振光栅占据整个检测箱的纵截面。
10.所述固定夹包括两个弹性夹片，弹性夹片内侧设置有与透明管配合的弧形夹板，两个弹性夹片之间还设置有紧定螺栓；所述固定夹与检测箱之间距离大于所夹持的透明管的最大半径的1.5倍。
11.所述检测箱上位于探测窗口的周向开设有凹槽，所述凹透镜的边缘安装在凹槽内。
12.所述凹透镜由包括pmma、透明树脂、玻璃在内的任意一种透明材料制成，凹透镜长为0.25~50mm、折射率为1.3~1.8。
13.所述光源发生器的光源采用波长为600nm的橙色激光和波长为800nm的近红外激光的激光合束而成；或者是光源采用全波段白色光。
14.所述光源发生器底部连接有用于驱动光源发生器朝向和远离透明管移动的移动机构。
15.所述透明板由包括有机玻璃、pe在内的任意一种透光材料制成，透明板的厚度为0.02~4mm。
16.本发明的有益效果是：本发明提供的一种光电传感液位监测装置，光源发生器的光束水平通过装有液体的透明管时，液位高度高于或齐平于光束高度时会发生折射，路径产生偏移，经凹透镜折射后偏移角进一步放大，经过两次折射的光束被除最底部一排的其它光敏元件接收，最底部一排的光敏元件不会接收光束，报警装置二报警，报警装置一不报警；当液位高度低于光束高度时，光束不发生折射而被最底部光敏元件接收，报警装置一报警，报警装置二不报警。本发明的光电传感液位监测装置操作简单，克服了现有技术非接触液位计价格高、灵活性差的缺点，能有效的应用于药液的液位提示，当药液不足时，及时提醒更换药液，实际应用中能便于医护人员照料输液中的病人。
17.优选的，采用双面印刷的透明板使得本发明的电路结构整体性能更好。
18.优选的，报警装置一采用报警蜂鸣器一和报警蜂鸣器二及报警灯一和报警灯二，使得更加直观的监测液位，当液位高度高于或齐平于光束高度时，报警灯一或报警灯二亮，报警蜂鸣器一和报警蜂鸣器二均不发生警报声；当液位高度低于光束高度时，报警蜂鸣器一或报警蜂鸣器二不发生警报声，报警灯一或报警灯二均不亮。
19.优选的，固定夹可夹在透明管的任意位置，测量透明管中的液位，取决于夹的位置，可人为调整透明管的位置。
20.优选的，可以采用两种不同的光敏元件对应感应两种不同波长的光，可检测深色和透明色药液，增加了液位计的可靠性。
21.优选的，考虑到光经过透明管及药液会产生一定的漫散射，再凹透镜之后设置偏振光栅能更灵敏、准确地识别光斑位置，减少系统误动作报警。
附图说明
22.图1是本发明实施例1的光电传感液位监测装置的示意图；图2是图1中透明板的放大图；图3是图1中透明板一侧的光敏元件及检测电路一的示意图；图4是图1中透明板另一侧的光敏元件及检测电路二的示意图；图5是图1中光敏元件及检测电路的整体分布图；
图6是本发明实施例2的光电传感液位监测装置中的光敏元件及检测电路的分布图。
23.图中：1-光源发生器，2-支撑架，3-固定夹，4-探测窗口，5-凹透镜，6-电源，7-光敏电阻组一，8-光敏电阻组二，9-报警蜂鸣器一，10-报警蜂鸣器二，11-报警灯一，12-报警灯二，13-信号放大器， 14-导线，15-偏振光栅，16-透明板，17-检测箱。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
25.实施例1：如图1所示，本发明实施例1的光电传感液位监测装置包括支撑架2及位于支撑架2上的光源发生器1、固定夹3和检测箱17，本实施例中，光源发生器1的光源采用波长为600nm的橙色激光和波长为800nm的近红外激光的激光合束而成。针对有色药液的检测时，光源还可以采用全波段白色光。
26.所述固定夹3位于光源发生器1和检测箱17之间，固定夹3内夹持有透明管，透明管位于光源发生器1的光源发射路径上，所述固定夹3包括两个弹性夹片，弹性夹片内侧设置有与透明管配合的弧形夹板，两个弹性夹片之间还设置有紧定螺栓；所述固定夹3与检测箱17之间距离大于所夹持的透明管的最大半径的1.5倍，以避免透明管半径过大与检测箱17产生干涉。所述光源发生器1底部连接有用于驱动光源发生器1朝向和远离透明管移动的移动机构（附图中未显示），这样使得光源成为移动光源。
27.所述检测箱17靠近固定夹3的一侧开设有探测窗口4，探测窗口4内安装有凹透镜5，光源发生器1的光源发射路径和凹透镜5中心轴线重合，所述检测箱17上位于探测窗口4的周向开设有凹槽，所述凹透镜5的边缘安装在凹槽内。所述凹透镜5由包括pmma、透明树脂、玻璃在内的任意一种透明材料制成，凹透镜5长为0.25~50mm、折射率为1.3~1.8。
28.所述检测箱17内设置有透明板16，所述透明板16由包括有机玻璃、pe在内的任意一种透光材料制成，透明板16的厚度为0.02~4mm。检测箱17内位于透明板16和凹透镜5之间的位置处设有偏振光栅15，偏振光栅15竖直设置且与光源发射路径垂直，所述偏振光栅15占据整个检测箱的纵截面。考虑到光路经过透明管及药液会产生一定的漫散射，设置偏振光栅能更灵敏、准确地识别光斑位置，减少系统误动作而报警。
29.透明板的侧视图如图2所示，所述透明板16上设有若干并联连接的光敏元件，光敏元件呈阵列形式均匀分布在透明板16上，位于透明板16最底部一排的光敏元件与凹透镜5中心轴线在同一水平面上，位于透明板16最底部一排的光敏元件上连接有通过检测电路一连接有报警装置一，其余光敏元件通过检测电路二连接有报警装置二，检测电路一和检测电路二均包括通过导线14连接的电源6、信号放大器13。
30.本实施例中，透明板上的光敏元件及检测电路如图3至图5所示。所述光敏元件包括光敏元件组一7和光敏元件组二8，光敏元件组一7和光敏元件组二8分别安装在透明薄板两侧且错位分布，也就是说，光敏元件组一7中的一个光敏元件位于光敏元件组二8中相邻两个光敏元件之间，光敏元件组二8中的一个光敏元件位于光敏元件组一7中相邻两个光敏元件之间。所述报警装置一为报警蜂鸣器，报警装置二为报警灯，光敏元件组一7中最底部一排的光敏元件连接有报警蜂鸣器一9，其余光敏元件连接有报警灯一11，光敏元件组二8
中最底部一排的光敏元件连接有报警蜂鸣器二10，其余光敏元件连接有报警灯二12。
31.所述光敏元件组一7和光敏元件组二8的光敏元件可以是由若干光敏电阻或光电三极管或光电二极管或光电池并联而成。本实施例的光敏元件采用光敏电阻，光敏电阻可以是由包括硫化镉、硒化镉、硫化铅在内的任意一种半导体材料制成，光敏电阻表面涂有防潮树脂；所述光敏电阻宽度为0.2~6mm，透明板16同一侧相邻光敏电阻之间的距离为0.01~1mm。
32.本实施例中光敏元件组一7的光敏电阻由硒化镉制成，光敏元件组二8的光敏电阻由硫化铅制成；所述光敏电阻组二8对800nm近红外激光相对灵敏度高达百分之百，所述光敏元件组一7对600nm橙色激光相对灵敏度高达百分之百。不同颜色的药液对两种波段的光吸收不同，若近红外光被溶液吸收，则橙光仍会被光敏元件组一7检测到，若橙光被溶液吸收，则近红外光仍会被光敏元件组二8检测到。由于不同颜色药液对不同波段的光吸收不同，光束经过有色药液后部分波段被药液吸收，至少能被一个光敏元件组检测到，从而增加了检测的可靠性。
33.如图1所示，当液位高度超过或齐平于光路高度时，光源发生器1的光线会经过药液的折射而改变光线打到凹透镜5偏上的位置（凹透镜5中心点上方），导致光线经过凹透镜5再次发生折射，偏移角放大，从而导致光线不会打到光敏元件组一或光敏元件组二的最底部一排的光敏电阻上，而是打到除最底部一排光敏电阻外的任意一个光敏电阻上（即与报警灯连接的光敏电阻），则报警灯一11和报警灯二12至少有一个发光；当液位高度低于光路高度时，光线经过透明圆管不会发生折射（由于透明管中有液体和无液体的相对折射量为一个固定值，所以透明管自身的折射忽略），从而光线直接打到凹透镜5的中心点，光线不会发生折射，最后光线打到光敏元件组一或光敏元件组二最底部一排的光敏电阻上（即与报警蜂鸣器连接的光敏电阻），报警蜂鸣器一9和报警蜂鸣器二10至少有一个发出蜂鸣警报声。
34.固定夹可以夹在透明管的任意位置，来测量透明管中的液位经过或不经过光源的光路。固定夹夹在透明管上的位置，可人为调整固定夹的位置。
35.实施例2：如图6所示，本发明实施例2的光电传感液位监测装置与实施例1的不同之处仅在于透明板上的检测电路不同，本实施例中光敏元件组一中最底部一排的光敏电阻连接有报警蜂鸣器一，其余每排光敏元件均连接有报警灯一，即除最底部一排其余每排光敏元件分别对应一个报警灯一；光敏元件组二中最底部一排的光敏电阻连接有报警蜂鸣器二，其余每排光敏元件均连接有报警灯二，即除最底部一排其余每排光敏元件分别对应一个报警灯二。
36.也就是说，透明板上除最底部一排外，每一排的光敏电阻组都分别对应一个报警灯一11或一个报警灯二12，最底部一排的光敏电阻组对应一个报警蜂鸣器一9或一个报警蜂鸣器二10，液位高度超过或齐平于光路高度时，光源若自下向上移动，报警灯一或报警灯二则自下向上依次亮起；液位高度低于光路高度时，报警蜂鸣器一9或一个报警蜂鸣器二10发出蜂鸣警报声。
37.本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还
应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。