專利名稱：紅外數(shù)字液位傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于液位測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種適合于多種液體液位檢測的紅外數(shù)字液位傳感器。
已有技術(shù)的液位傳感器存在一定的局限性，如中國專利86205101.0低壓簡易水庫水位測量裝置，采用干簧管式傳感器，若干個干簧管等元件安裝在鋁管中，鋁管在水中容易受腐蝕生銹起垢，影響套在鋁管外面的環(huán)形磁鐵浮子的滑動，當(dāng)被測水面比較穩(wěn)定時，水面附近的那只干簧管將會隨著水面波動而不停地開合，其壽命大大縮短，它采用指針式電壓表讀數(shù)不直觀，不能與計算機(jī)系統(tǒng)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
中國專利88200109.4精密數(shù)字水位儀，其關(guān)鍵部件為絲杠和連著測針的傳動螺母等精密件，加工難度較大，而且不容易密封、防塵、防潮，不適于在野外長期使用。市售的UYB－12型電容液位變送器，不能在含有粘滯介質(zhì)的洪水，或?qū)щ娦阅懿环€(wěn)定，或有腐蝕性的污水中使用。超聲波流量計，其換能器受水質(zhì)、溫度影響較大，不宜在含沙量、礦化度不穩(wěn)定的明渠中使用。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單，能夠適合于多種液體，不受潮濕、溫度、塵土影響，耗電省，壽命長，并能夠直接給計算機(jī)提供液位數(shù)據(jù)的高精度紅外數(shù)字液位傳感器。
本實(shí)用新型包括一個設(shè)置在若干紅外接收元件的標(biāo)尺裝置，一個帶有紅外發(fā)射元件的浮子移動機(jī)構(gòu)和一個單片機(jī)。
所述的標(biāo)尺裝置包括一個帶有懸吊螺栓(8)的框架(1)，框架(1)上部安裝有滑輪(5)，滑輪(5)下邊用上、下夾板(3)(4)豎直固定有能夠密封的玻璃管(2)，玻璃管(2)中豎直安裝有帶若干個聚光孔(10)的聚光板(9)，與聚光板(9)平行在其后邊豎直安裝有印刷電路板(12)，印制電路板(12)上焊裝有若干紅外接收元件(13)和用于識別任何一個紅外接收元件(13)是否導(dǎo)通的控制電路裝置。
所述的浮子移動機(jī)構(gòu)這樣構(gòu)成，一條繞過上述滑輪(5)的軟繩(18)，其一端穿過夾板(3)、(4)上的定位孔(23)系有平衡錘(19)，其另一端穿過夾板(3)、(4)上的定位孔(24)系有浮子(20)，在浮子(20)上方的軟繩(18)上固定有紅外發(fā)射元件(21)，隨著液位的上升或下降，該浮子移動機(jī)構(gòu)能夠帶著紅外發(fā)射元件(21)，在上述標(biāo)尺裝置的外側(cè)，平行于若干紅外接收元件(13)的中心線向上或向下移動。
所述的單片機(jī)(67)，用于定時啟動向上述紅外發(fā)射元件與控制電路裝置供電的電子開關(guān)(66)，同時接收來自控制電路裝置提供的液位計數(shù)與識別信號，顯示液位，并定時向主機(jī)遠(yuǎn)距離傳輸。
本實(shí)用新型的
如下圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型標(biāo)尺裝置與浮力移動機(jī)構(gòu)移動示意圖；圖3是本實(shí)用新型的A－A剖視圖；圖4是本實(shí)用新型的電原理圖；圖5是本實(shí)用新型的波形圖；下邊結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本實(shí)用新型。
如圖1～3所示，用槽形鋁材制成框架(1)，φ30mm左右的玻璃管(2)由上、下夾板(3)、(4)固定，框架(1)上部安裝有滑輪(5)、滑輪軸(6)、固定架(7)、懸吊螺栓(8)、玻璃管(2)中有聚光板(9)，聚光板(9)的中線上豎直等距離(如1cm)，開有錐形聚光孔(10)，其上端用銅銷(11)固定在框架(1)上，印刷電路板(12)的中線上豎直等距離安裝有若干紅外接收二極管(13)，紅外接收二極管(13)與上述聚光孔(10)一一對應(yīng)，印刷電路板(12)上的紅外接收二極管(13)如圖4所示以8×16矩陣連接，其上還焊裝有上述的控制電路裝置，可用橡膠環(huán)(16)和后蓋(17)將玻璃管(2)口密封，同時管內(nèi)可充填一定的硅膠丸，以保持管內(nèi)干燥。
如圖2所示浮子移動機(jī)構(gòu)的組成如上文所述，此處不再贅述。該機(jī)構(gòu)中的紅外發(fā)射元件(21)可以是2～4個串聯(lián)的紅外發(fā)射二極管，所述的軟繩(18)最好是尼龍繩。
圖4是本實(shí)用新型電原理圖。上述用于識別任何一個紅外接收元件是否導(dǎo)通的控制電路裝置，可以是如圖4所示的一種掃描電路，其包括一個八位二進(jìn)制計數(shù)器(56)，它由一塊CMOS4520雙二進(jìn)制計數(shù)器(57)、(58)組成；一個以8×16矩陣連接的紅外接收二極管陣(62)，它有8條行線X0～X7和16條列線Y0～Y15；一個八選一數(shù)據(jù)選擇器(61)，它的輸出端與上述紅外接收二極管陣(62)的8條行線X0～X7依次連接，其輸入選擇端A1、B1、C1分別與所述的八位二進(jìn)制計數(shù)器(56)的低三位輸出Q0、Q1、Q2連接；兩個3－8線譯碼器(60)、(59)，它的輸出端Y0～Y15依次連接到所述的紅外接收二極管陣(62)的16條列線Y0～Y15，它們的三個輸入選擇端均分別連接到所述的八位二進(jìn)制計數(shù)器(56)的輸出端Q3、Q4、Q5，3－8線譯碼器(60)的控制端G2A和3－8線譯碼器(59)的G1分別連接到八位二進(jìn)計數(shù)器(56)的輸出端Q6；一個振蕩器(50)，它由一個2輸入與非門施密特觸發(fā)器(51)、電阻R3和電容C1組成，用于提供八位二進(jìn)制計數(shù)器(56)的時鐘脈沖信號和液位計數(shù)與識別信號；一個輸出脈沖控制電路(55)，它由三個2輸入與非門施密特觸發(fā)器(52)、(53)、(54)組成，它的輸入端C與八位二進(jìn)制計數(shù)器(56)的輸出端Q7連接，另一輸入端b與八選一數(shù)據(jù)選擇器(61)的輸出端O連接，第三個輸入端a接到上述振蕩器(50)的輸出，它的輸出端d產(chǎn)生液位計數(shù)與識別信號，經(jīng)整形器(69)、(68)整形后，以供單片機(jī)(67)判斷當(dāng)前液位的高度。
如圖4中所示的電子開關(guān)(66)包括一個開關(guān)三極管(63)，其發(fā)射極接＋5V電源，其基極串聯(lián)一個電阻R3連接到一個兩級反相驅(qū)動器(64)、(65)的輸出端，反相器(65)的輸入端連接80C31單片機(jī)(67)的一個輸出端，其集電極連接到上述紅外發(fā)射二極管(21)與如圖4所示的掃描電路。
本實(shí)用新型工作過程如下，當(dāng)每次采樣時，單片機(jī)(67)輸出一個約600ms寬的低電平，電子開關(guān)(66)導(dǎo)通，向圖4的掃描電路及紅外發(fā)射二極管(21)提供電壓VDD，連接在計數(shù)器(57)、(58)復(fù)位端R的由R2、C2組成的復(fù)位電路使計數(shù)器自動復(fù)位，振蕩器(50)起振產(chǎn)生如圖5－a所示的1000Hz方波，八位二進(jìn)制計數(shù)器(56)循環(huán)計數(shù)，對8×16紅外接收二極管矩陣依次掃描，識別其中哪一個紅外接收二極管吸收紅外光而導(dǎo)通，當(dāng)八位二進(jìn)制計數(shù)器(67)的Q7端為高電平時(如圖5－C所示)，打開輸出脈沖控制電路(55)，其輸出端d連續(xù)輸出如圖5－d所示的液位計數(shù)信號，供單片機(jī)(67)計數(shù)，當(dāng)掃描到有1或2個紅外接收二極管導(dǎo)通時，八選一數(shù)據(jù)選擇器(61)的輸出端0為低電平，如圖5－b所示，此低電平關(guān)斷輸出脈沖控制電路(55)，如圖5－d所示使128個計數(shù)脈沖中相應(yīng)當(dāng)前液位的1或2個脈沖變?yōu)檩^寬的高電平，此高電平即為液位識別信號，其上升沿使單片機(jī)(67)停止計數(shù)，此時的計數(shù)值乘以標(biāo)尺裝置中紅外接收元件的間距，即計算出當(dāng)前液位高度值。上述過程可根據(jù)主控制機(jī)要求循環(huán)進(jìn)行，每間隔一定時間采樣一次，采樣數(shù)次后一并向主控制機(jī)通過電話線傳輸。
本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例中，采用128個紅外接收二極管BPW34組成8×16矩陣，紅外發(fā)射元件可以采用LD271紅外發(fā)射二極管，八位二進(jìn)制計數(shù)器(56)可以由一塊CMOS雙二進(jìn)制計數(shù)器4520組成，八選一數(shù)據(jù)選擇器(61)選用4051CMOS電路，2塊3－8線譯碼器(60)、(59)可以選用74HC138電路，振蕩器(50)和輸出脈沖控制電路(55)可以用一塊CMOS2輸入四與非門史密特觸發(fā)器4093組成，單片機(jī)(67)可以選用80C31單片機(jī)。
當(dāng)液位變幅在0～1.28m時，可直接采用上述8×16矩陣電路，當(dāng)液位變幅在0～2.5m時可采用16×16的矩陣電路。本實(shí)用新型的標(biāo)尺裝置的紅外接收元件的間距為1cm，精度可以達(dá)到±0.01m，若要提高精度可將上述間距變小。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)如下1、本實(shí)用新型液位測量范圍寬，0～數(shù)十米，測量精度可達(dá)±0.01米。
2、采用自動短暫低壓供電方式，優(yōu)選實(shí)施例供電時間為600ms，功耗低，壽命長，工作可靠。
3、其控制電路等均密封在玻璃管內(nèi)，管內(nèi)填充一些硅膠丸使其保持干燥，不受風(fēng)沙、潮濕、溫差等影響，不受水質(zhì)限制，適合于野外明渠等場合長期使用。
4、能直接與微機(jī)系統(tǒng)配接，提供準(zhǔn)確的液位數(shù)據(jù)，為水庫、明渠流量多點(diǎn)集中計算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用提供了方便。
5、無機(jī)械觸點(diǎn)，不產(chǎn)生火花，適宜在石油化工部門有易燃易爆氣體環(huán)境中使用。
權(quán)利要求1.一種適合于多種液體液位檢測的紅外數(shù)字液位傳感器，其特征在于它包括一個設(shè)置有若干紅外接收元件的標(biāo)尺裝置，該標(biāo)尺裝置包括一個帶有懸吊螺栓(8)的框架(1)，框架(1)上部安裝有滑輪(5)，滑輪(5)下邊用上、下夾板(3)、(4)豎直固定有能夠密封的玻璃管(2)，玻璃管(2)中豎直安裝有帶若干聚光孔(10)的聚光板(9)，與聚光板(9)平行，在其后邊豎直安裝有印制電路板(12)，所述的印制電路板(12)上焊裝有若干紅外接收元件(13)，與用于識別任何一個紅外接收元件(13)是否導(dǎo)通的控制電路裝置；一個帶有紅外發(fā)射元件的浮子移動機(jī)構(gòu)，該浮子移動機(jī)構(gòu)這樣構(gòu)成，一條繞過上述滑輪(5)的軟繩(18)，其一端穿過夾板(3)、(4)上的定位孔(23)系有平衡錘(19)，其另一端穿過夾板(3)、(4)上的定位孔(24)系有浮子(20)，在浮子(20)上方的軟繩上固定有紅外發(fā)射元件(21)，隨著液位的上升或下降，該浮子移動機(jī)構(gòu)能夠帶著紅外發(fā)射元件(21)在所述的標(biāo)尺裝置的外側(cè)，平行于若干紅外接收元件(13)的中心線向上或下移動；一個單片機(jī)(67)，它的一個輸出端連接到電子開關(guān)(66)的反相驅(qū)動器(65)的輸入端，它的一個輸入端與整形器(68)的輸出端連接，它還通過電話線與主控制機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外數(shù)字液位傳感器，其特征在于所述的用于識別任何一個紅外接收元件是否導(dǎo)通的控制電路裝置，可以是一種掃描電路，其包括一個八位二進(jìn)制計數(shù)器(56)；一個以8×16矩陣連接的紅外接收元件陣(62)，它有八條行線和16條列線；一個八選一數(shù)據(jù)選擇器(61)，它的輸出端與所述的紅外接收元件陣(62)的八條行線依次連接，它的三個輸入選擇端分別與所述的八位二進(jìn)制計數(shù)器(56)的低三位輸出Q0、Q1、Q2連接；兩個3－8線譯碼器(60)、(59)，它們的輸出端依次連接到所述的紅外接收元件陣(62)的16條列線，它們的三個輸入選擇端均分別連接到所述的八位二進(jìn)制計數(shù)器(56)的輸出端Q3、Q4、Q5，3－8線譯碼器(60)的控制端G2A和3－8線譯碼器(59)的控制端G1分別連接到八位二進(jìn)制計數(shù)器(56)的輸出端Q6；一個振蕩器(50)，用于提供所述的八位二進(jìn)制計數(shù)器(56)的時鐘信號和液位計數(shù)、識別信號；一個輸出脈沖控制電路(55)，它的輸入端C與八位二進(jìn)制計數(shù)器(56)的Q7輸出端連接，另一輸入端b與八選一數(shù)據(jù)選擇器(61)的輸出端O連接，第三輸入端a連接到振蕩器(50)的輸出端，它的輸出端d產(chǎn)生液位計數(shù)與識別信號，以供單片機(jī)(67)判斷當(dāng)前液位高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外數(shù)字液位傳感器，其特征在于所述的電子開關(guān)(66)，包括一個開關(guān)三極管(63)，其發(fā)射極接＋5V電源，其基極串聯(lián)電阻R3連接到一個兩級反相驅(qū)動器(64)、(65)的輸出端，反相驅(qū)動器(65)的輸入端連接到單片機(jī)(67)的一個輸出端，其集電極連接到所述紅外發(fā)射元件(21)與控制電路裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外數(shù)字液位傳感器，其特征在于所述的紅外發(fā)射元件(21)是2～4個串聯(lián)的紅外發(fā)射二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的紅外數(shù)字液位傳感器，其特征在于所述的紅外接收元件(13)是紅外接收二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外數(shù)字液位傳感器，其特征在于所述的浮子移動機(jī)構(gòu)中的軟繩(18)是尼龍繩。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外數(shù)字液位傳感器，其特征在于所述的標(biāo)尺裝置中的聚光板(9)上的若干聚光孔(10)是錐形聚光孔。
專利摘要一種適合于多種液體液位檢測的紅外數(shù)字傳感器，它包括一個設(shè)置有若干紅外接收元件的標(biāo)尺裝置，一個帶有紅外發(fā)射元件的浮子移動機(jī)構(gòu)及一個單片機(jī)，隨著液位的上升或下降，浮子移動機(jī)構(gòu)能帶著紅外發(fā)射元件在標(biāo)尺裝置外側(cè)，平行于豎直安裝在若干紅外接收元件中心線向上或下移動，一個能識別任何一個紅外接收元件是否導(dǎo)通的掃描電路提供出液位計數(shù)與識別信號，供單片機(jī)計算當(dāng)前液位高度，并定時向主機(jī)傳輸。
文檔編號G01F23/30GK2099960SQ9121822
公開日1992年3月25日 申請日期1991年7月13日 優(yōu)先權(quán)日1991年7月13日
發(fā)明者董開嘉, 王忠寬, 李元良, 郭步殿, 李新愛 申請人:山西省汾河水利管理局一壩分局