[实用新型]用于液面高度测量的光电探头

说明书

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。