专利名称：一种非接触式管内液体检测器及其检测方法
技术领域：
本发明涉及测试测量技术中用于管内液体流经感知检测，尤其是涉及一种应用光电检测 技术针对细管内的污水流经感知检测。
背景技术：
S前，应用于测试测量技术中的液体检测感知技术主要有三类
1. 电极检测法该方法涉及一个水样输入口 1、 一个计量杯2、 一个电极探针3、 一个信 号线4。其应用原理为计量杯2内有水样时，水样中的各种离子在电极探针的作用下移动 使电极探针3两端形成通路。其构造如图1所示，主要为计量杯内水位上升后触碰到探针时， 计量杯底部的电极和探针电极形成通路，从而得到信号。其缺点和不足在于(1)不能测一 些不导电的液体，如纯净水、酒精、某些液态有机物等；(2)溶液可能具有腐蚀性，使得必 须选用铂金、钯金这样的贵重金属作为电极，价格昂贵；(3)离子富集在电极表面，对测定 结果产生严重的影响，如本次计量的污水中含有的金属元素通过氧化还原反应富集在电极上， 而将来计量酸性溶液时又与之反应。
2. 光电透射法该方法涉及一个光放射极5、 个光接收极6以及中间的玻璃管7，其原 理为根据液体和空气折射率的差别，光通过玻璃管后产生的汇聚或者发散作用。由于液体
的折射率比空气大，当管内为液体的时候光汇聚作用强，当管内为空气的时候光汇聚作用弱。
检测接收端的光强就可以得到管内是否有液体。原理示意图如图2所示。其缺点与不足在于
当管内为颜色较深的液体或污水时，由于从发射端发出的光被液体吸收了一部分，那么从接 收端接收到的光强会相应的减弱很多，容易让管内有颜色较深的液体时误判为管内无液体。
3. 锥形针一光电反射法该方法涉及一个光发射极8、 一个光接收极9、 一个锥形玻璃探
头10。其原理为根据空气和液体的折射率差异，当锥形探头在空气介质11中时(如图3-
①)，发射极发出的光线在探头内光线全反射到接收端，当锥形探头在液体介质12中时(如 图3-②)，光线在锥形探头的界面上发生了折射，从而接收极不能接收到光信号。其缺点与
不足在于(l)如果安装在细管内，由于锥形突出部分容易挂住絮状物形成堵塞或误判；(2)
装置要安装在细管内难度大，比较适合于大液面的液位检测。
综上所述，污水和环境水样的水质情况比较复杂，通常含有大量的杂质或腐蚀性成分， 传统的液体检测感知技术在该领域的应用效果不佳。
发明内容
由于现有技术在对污水或者水质情况比较复杂的环境下进行检测时，检测效果方面存在 弊端，导致大多数液体检测装置成本过高，或者应用受限。针对现有技术在该领域液体检测 感知应用中遇到的问题，本发明提供一种非接触式管内液体检测器，其特征在于包括外壳、 检测部件、玻璃管和面板，所述玻璃管通过管孔与所述检测部件及外壳串接，用于液体的进 出；所述检测部件置于所述外壳内部，并与所述外壳相固定，所述外壳与所述面板相固定； 所述检测部件包括玻璃管架和控制电路板，其中所述控制电路板包括发光二极管、光电传 感器以及信号输出电路，所述发光二极管用于提供光发射极的发射光源，所述光电传感器用 于提供光接收极的光信号接收，并将光信号转变成为电信号，通过所述信号输出电路是否输 出电信号来判断所述玻璃管内是否为液体；所述玻璃管架包括一个用以放置所述发光二极管 的光发射极的端口、 一个用以放置所述光电传感器的光接收极的端口以及一个用以将所述玻 璃管置于其中的玻璃管预留管孔。
本发明还提供使用该非接触式管内液体检测器检测液体的方法，其特征在于，包括以下 步骤当玻璃管内为空气时，利用控制电路板控制红外发光二极管发射光源，光发射极发射 的光线按照设计的入射角度投射在玻璃管的外壁上，产生第一次折射将光线投射在玻璃管的 内壁。由于玻璃管与空气两介质密度相差很大，光线在内壁上产生全反射，经玻璃管外壁折 射投射到光接收极的光电传感器，光电传感器将光信号转变成为电信号输出，此时玻璃管内 无液体；当液体流经玻璃管时，由于玻璃管和液体两介质密度近似，光线在玻璃管内壁上不 会产生全反射，光线将产生第二次折射进入玻璃管内，又经玻璃管内壁和外壁两次折射投射 到玻璃管外，因此，在光接收极的位置无法接收到光信号，信号输出电路无信号输出，表征 此时管内有液体。基于该原理，本检测器可准确可靠地感知了管内液体的流经。
图1是现有的应用电极检测法设计的液体检测器；
图2是现有的应用光电透射法设计的液体检测器；
图3是现有的应用锥形针一光电反射法设计的液面检测器;
图4是本发明的光路原理示意图5是本发明实施例的右视图和主视图6是本发明的玻璃管架结构示意图。
具体实施例方式
图5所示为本发明一种非接触式管内液体检测器的右视图和主视图，18为外壳，19为检 测部件，15为玻璃管，20、 21为自攻螺钉。玻璃管15通过管孔24与检测部件19及外壳18 串接而成，检测部件19置于外壳18内部，并通过一自攻螺钉20与外壳18相固定，外壳18 通过一个自攻螺钉21与面板相固定。其中玻璃管15用于液体的进出，液体从玻璃管15的一 端流进，从另一端流出。检测部件19是本发明的核心部分，包括一个玻璃管架和一个控制电 路板，其中玻璃管架是本发明实现液体检测感知技术的核心装置，为本发明光路工作原理的 实现提供了必备的辅助装置。玻璃管架示意图如图6所示；控制电路板主要由发光二极管、 光电传感器以及信号输出电路组成。发光二极管用于提供光发射极13的发射光源，光电传感 器用于提供光接收极14的光信号接收，并将光信号转变成为电信号，通过控制电路板上的信 号输出电路，是否输出电信号来判断玻璃管内是否为液体。外壳18和检测部件19选材黑色 ABS树脂，以减少外部光源对检测过程的影响。
如图6所示为本发明的玻璃管架示意图，主要包括一个用以放置发光二极管的光发射极 13的端U 22， 一个用以放置光电传感器的光接收极14的端口 23， 一个玻璃管预留管孔24， 用以将玻璃管15置于其屮。其中光发射极13的光源采用红外发光二极管发射光源，光接收 极14采用红外光电传感器接收信号，用以减少太阳光对接收端的干扰。玻璃管架通过发光二 极管管脚、光电传感器管脚以及玻璃管与控制电路板相固定。
图4所示为本发明的光路原理示意图， 一个光发射极13， 一个光接收极14以及玻璃管 15,利用光从玻璃介质投射到空气介质或者液体介质时全反射角不同，提供了一种光电检测 方法。按照设计好的发射光的入射角度，光发射极13发射光线投射在玻璃管15的外壁上， 产生第一次折射，折射的光线继续投射在玻璃管的内壁上，当玻璃管15内为介质空气16时 (如图4-①)，由于玻璃管和空气两介质密度相差很大，该折射光线产生全反射，又经玻璃 管外壁一次折射投射到光接收极14，光接收极14的光电传感器接收光信号，并将光信号转 变成为电信号输出；当玻璃管15内为介质液体17时(如图4-②)，由于玻璃管和液体两介 质密度近似，该折射光线产生第二次折射进入玻璃管内，又经玻璃管内壁和外壁两次折射投 射到玻璃管外，光接收极14没有接收到光信号。通过以上描述的光路原理发生过程，就可以 通过光接收极14是否接收到光信号，来准确可靠地感知液体的流经。
本发明与现有技术的相比，具有以下优点
(1) 本发明的非接触式管内液体检测器适用于流经内径为①3mm左右的细管内的液体进 行流经感知检测。
(2) 采用光电检测法具有检测器与被检测液体无需直接接触的优点，这种非接触式的光电检测方法，使检测器不需和腐蚀性极强的液体接触，大大方便了仪器的维护，.延长了检测 器的使用寿命。
(3) 能够适应流经多种类的液体，如纯净水、强酸强碱、工业污水水样等等。尤其适用 于管内为颜色较深的液体或者污水时，本发明利用光从玻璃介质投射到液体介质时侧壁全反 射的光电检测法，可以消除对透光性差液体的误判。
(4) 控制管内径为03以保证后续工艺的取液量，且器件装配方便，性价比高。 本发明这里公开的实施例是示例性的，其仅是为了对本发明进行解释说明，而并不是对
本发明的限制，本领域技术人员能够理解，可以采用普通光发射极、普通光电传感器等，使 控制检测电压阔值从而实现检测目的；同时还可以采用其它透明管路，如PVE透明硬管等， 来作为光全反射或者折射界面，这些可以预见的改良和扩展都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种非接触式管内液体检测器，其特征在于包括外壳、检测部件、玻璃管和面板，所述玻璃管通过管孔与所述检测部件及外壳串接，用于液体的进出；所述检测部件置于所述外壳内部，并与所述外壳相固定，所述外壳与所述面板相固定；所述检测部件包括玻璃管架和控制电路板，其中所述控制电路板包括发光二极管、光电传感器以及信号输出电路，所述发光二极管用于提供光发射极的发射光源，所述光电传感器用于提供光接收极的光信号接收，并将光信号转变成为电信号，通过所述信号输出电路是否输出电信号来判断所述玻璃管内是否为液体；所述玻璃管架包括一个用以放置所述发光二极管的光发射极的端口、一个用以放置所述光电传感器的光接收极的端口以及一个用以将所述玻璃管置于其中的玻璃管预留管孔。
2. 根据权利要求1所述的非接触式管内液体检测器，其特征在于所述检测部件通过自攻螺钉与所述外壳相固定，所述外壳通过自攻螺钉与所述面板相固定。
3. 根据权利要求1所述的非接触式管内液体检测器，其特征在于所述外壳和检测部件采用黑色ABS树脂制成。
4. 根据权利要求1所述的非接触式管内液体检测器，其特征在于所述玻璃管架通过所述发光二极管管脚、所述光电传感器管脚以及所述玻璃管与所述控 制电路板相固定。
5. 根据权利要求1所述的非接触式管内液体检测器，其特征在于 所述发光二极管为红外发光二极管，所述光电传感器为红外光电传感器。
6.—种使用如权利要求1所述非接触式管内液体检测器检测液体的方法，其特征在于，包括以下步骤当玻璃管内为空气时，利用控制电路板控制红外发光二极管发射光源，光发射极发射的 光线按照设计的入射角度投射在玻璃管的外壁上，产生第一次折射将光线投射在玻璃管的内 壁，光线在内壁上产生全反射，经玻璃管外壁折射投射到光接收极的光电传感器，光电传感 器将光信号转变成为电信号输出，表示玻璃管内无液体；当液体流经玻璃管时，利用控制电路板控制红外发光二极管发射光源，光发射极发射的 光线按照设计的入射角度投射在玻璃管的外壁上，产生第一次折射将光线投射在玻璃管的内 壁/光线在玻璃管内壁上不会产生全反射，而是产生第二次折射进入玻璃管内，'又经玻璃管 内壁和外壁两次折射投射到玻璃管外，在先接收极的位置无法接收到光信号，信号输出电路 无信号输出，表示玻璃管内有液体。
全文摘要
一种非接触式管内液体检测器及其检测方法，包括外壳、检测部件、玻璃管和面板，所述玻璃管通过管孔与所述检测部件及外壳串接，用于液体的进出；所述检测部件置于所述外壳内部，并与所述外壳相固定，所述外壳与所述面板相固定，所述控制电路板包括发光二极管、光电传感器以及信号输出电路，所述玻璃管架包括一个用以放置所述发光二极管的光发射极的端口、一个用以放置所述光电传感器的光接收极的端口以及一个用以将所述玻璃管置于其中的玻璃管预留管孔。
文档编号G01V8/12GK101561517SQ20091013636
公开日2009年10月21日 申请日期2009年5月12日 优先权日2009年5月12日
发明者傅杨剑, 官宏祥, 田海涛, 巍 肖 申请人:广州市怡文科技有限公司