液面检测装置及系统的制作方法

本申请涉及液面检测领域，具体而言，涉及一种液面检测装置及系统。

背景技术：

现有技术中的液面测量，一般是通过电学或者光学的测量装置，光学测量方法一般是通过，测量反射光线完成对该液面的测量，该电学测量装置一般是通过电阻，完成对该待测液面的测量。

但是，无论是电学测量还是光学测量均需要考虑装置的防水性，密封性，使得测量液面高度的装置较为复杂，并且若测量的是易燃易爆物质，电学和光学均容易发生危险。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种液面检测装置及系统，以解决现有技术中无论是电学测量还是光学测量均需要考虑装置的防水性，密封性，使得测量液面高度的装置较为复杂，并且若测量的是易燃易爆物质，电学和光学均容易发生危险的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种液面检测装置，装置包括：容器、透光部、第一金属膜层、金属漂浮层和第二金属膜层；容器为一面开口的结构，且与开口一面相对的面上设置有孔洞，透光部设置在孔洞中，第一金属膜层、金属漂浮层和第二金属膜层均设置在容器内部，第一金属膜层位置在容器靠近孔洞的位置，金属漂浮层包括多个金属单元，多个金属单元周期设置在第一金属膜层远离孔洞的一侧，且多个金属单元在待测液体的作用下改变漂浮高度，第二金属膜层设置在容器开口位置，容器靠近第一金属膜层的侧壁上设置有第一进液孔。

可选地，该第一金属膜层和第二金属膜层的结构完全相同。

可选地，该第一金属膜层和第二金属膜层的厚度均为10nm-60nm。

可选地，该第一金属膜层和第二金属膜层的材料均为贵金属。

可选地，该金属漂浮层的多个金属单元的形状为：长方体、三棱柱、三棱锥和球形中任意一种。

可选地，该装置还包括石墨烯层、第一电极和第二电极，石墨烯层设置在第二金属膜层远离第一金属膜层的一侧，第一电极和第二电极分别设置在石墨烯层远离第二金属膜层一侧的两端。

可选地，该容器还包括第二进液孔，第二进液孔设置在与第一进液孔相对的侧壁上。

第二方面，本申请提供一种液面检测系统，系统包括：光源、光信号探测器和第一方面任意一项的液面检测装置，光源设置在液面检测装置的第二金属膜层的一端，用于产生光信号，光信号探测器设置在液面检测装置的孔洞的一端，用于接收光源产生的光信号依次通过第二金属膜层、金属漂浮层、第一金属膜层和透光部的输出光信号。

本发明的有益效果是：

本申请提供的液面检测装置包括：容器、透光部、第一金属膜层、金属漂浮层和第二金属膜层；容器为一面开口的结构，且与开口一面相对的面上设置有孔洞，透光部设置在孔洞中，第一金属膜层、金属漂浮层和第二金属膜层均设置在容器内部，第一金属膜层位置在容器靠近孔洞的位置，金属漂浮层包括多个金属单元，多个金属单元周期设置在第一金属膜层远离孔洞的一侧，且多个金属单元在待测液体的作用下改变漂浮高度，第二金属膜层设置在容器开口位置，容器靠近第一金属膜层的侧壁上设置有第一进液孔；当需要对待测液面进行检测的时候，将本申请的装置放置在待测液面上，待测液面内的液体通过第一进液孔进入到该容器内部，在液体的作用下，多个金属单元的漂浮高度改变，光照射该第二金属膜层上，在第二金属膜层、金属漂浮层和第一金属膜层上激发表面等离激元效应，当液体高度变化时，由于金属漂浮层的多个金属单元的漂浮高度改变，第一金属膜层和第二金属膜层之间的耦合距离发生改变，进而改变第一金属膜层和第二金属膜层之间的耦合强度，使得通过该孔洞位置的透光部的输出光强度发生改变，通过对该输出光的强度检测，并根据该输出光的强度与该待测液面高度的对应关系，得到待测液面的高度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种液面检测装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种液面检测装置的注入待测液体的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的另一种液面检测装置的结构示意图。

图标：10-容器；11-透光部；12-第一进液孔；20-第一金属膜层；30-金属漂浮层；40-第二金属膜层；50-石墨烯层；60-第一电极；70-第二电极。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了使本发明的实施过程更加清楚，下面将会结合附图进行详细说明。

图1为本发明一实施例提供的一种液面检测装置的结构示意图；如图1所示，本申请提供一种液面检测装置，装置包括：容器10、透光部11、第一金属膜层20、金属漂浮层30和第二金属膜层40；容器10为一面开口的结构，且与开口一面相对的面上设置有孔洞，透光部11设置在孔洞中，第一金属膜层20、金属漂浮层30和第二金属膜层40均设置在容器10内部，第一金属膜层20位置在容器10靠近孔洞的位置，金属漂浮层30包括多个金属单元，多个金属单元周期设置在第一金属膜层20远离孔洞的一侧，且多个金属单元在待测液体的作用下改变漂浮高度，第二金属膜层40设置在容器10开口位置，容器10靠近第一金属膜层20的侧壁上设置有第一进液孔12。

图2为本发明一实施例提供的一种液面检测装置的注入待测液体的结构示意图；如图2所示，该容器10的形状一般为长方体，该长方体的容器10的体积和其他几何参数根据实际需要进行设置，在此不做具体限定，该长方体的容器10为一面开口的结构，且与开口一面相对的面上设置有孔洞，即该长方体的容器10顶面开口，底面设置孔洞，该孔洞被透光部11填充，使得光可以透过该透光部11继续传播，该透光部11为透光材料，该第一金属膜层20设置在该容器10的底部，该第二金属膜层40设置在该容器10的顶部，一般的，该第二金属膜层40的边缘与该容器10的内壁固定连接，该第一金属膜层20和第二金属膜层40之间设置有金属漂浮层30，该金属漂浮层30包括多个金属单元，多个金属单元周期设置在该第一金属膜层20上，第二金属膜层40下，并且多个金属单元与第一金属膜层20未固定，该多个金属单元可以漂浮在液体表面，该多个金属单元可以为空心金属结构，也可以为较轻的合金，在此不做具体限定，只要该多个金属单元可以漂浮在待测液面上即可，该容器10靠近第一金属膜层20的侧壁上设置有第一进液孔12，该第一进液孔12一般靠近该第一金属膜层20设置；请参照图2，当需要对待测液面进行检测的时候，将本申请的装置放置在待测液面上，待测液面内的液体通过第一进液孔12进入到该容器10内部，在液体的作用下，多个金属单元的漂浮高度改变，当该容器10内部的液面与该容器10外部的待测液面平齐的时候，该多个金属单元所处的高度即表示为该该容器10外部的待测液面的高度，光作用于该第二金属膜层40上，在第二金属膜层40、金属漂浮层30和第一金属膜层20上激发表面等离激元效应，由于金属漂浮层30的多个金属单元的漂浮高度改变，改变第一金属膜层20和第二金属膜层40之间的耦合距离，进而改变第一金属膜层20和第二金属膜层40之间的耦合强度，使得通过该孔洞位置的透光部11的输出光强度发生改变，通过对该输出光的强度检测，并根据该输出光的强度与该待测液面高度的对应关系，得到待测液面的高度；需要说明的是，将本申请的装置放置在待测液面上，由于重力的原因，液面检测装置会进行下沉，待测液体会通过第一进液孔12进入到容器10内部，直至该容器10内部的液面与该容器10外部的液面水平时，该金属漂浮层30也在待测液面的作用下进行漂浮，高度改变，但是容器10内部的液面与该容器10外部的液面水平时，该金属漂浮层30也达到平衡状态，并且输出光的强度与该待测液面高度的对应关系，根据实验测量得到，在此不做赘述。

另外，该金属漂浮层30的多个金属单元的设置周期为左向右依次增大的周期，为了方便说明，在此以该金属单元的数量为三行三列，9个进行说明，第一行第一个金属单元与第一行第二个金属单元的间隔距离，小于第一行第二个金属单元与第一行第三个金属单元的间隔距离；第二行第一个金属单元与第二行第二个金属单元的间隔距离，小于第二行第二个金属单元与第二行第三个金属单元的间隔距离；第三行第一个金属单元与第三行第二个金属单元的间隔距离，小于第三行第二个金属单元与第三行第三个金属单元的间隔距离；在实际应用中，本申请的装置还可以反映物体流体表面的波动情况，当波动是，某一列的在波动的作用下，较高或者较低，会造成共振位置的红移或蓝移。因为矩形棒每一列的长度不一样，所以每一列浮漂的共振位置不同，当某一列的受到波动的作用位置变高或者变低，和第一金属层、第二金属层之间的间距发生变化，即就是耦合距离发生变化，就会使得高度变化的那一列浮漂物的共振位置发生红移或者蓝移，进而判断哪一区域的发生波动，并且还能根据红蓝移的距离判断流体表面波动的大小，本申请的装置的有益效果具体的为：(1)用透射光谱反应液体的高度，光谱能精准的反应液体的高度的微小变化，精准度高。(2)不仅能反应液体便面的高度，还可以检测到液体某一个区域的液面波动情况。

可选地，该第一金属膜层20和第二金属膜层40的结构完全相同。

可选地，该第一金属膜层20和第二金属膜层40的结构也可以不同。

可选地，该第一金属膜层20和第二金属膜层40的厚度均为10nm-60nm。

该第一金属膜层20的厚度等于第二金属膜层40的厚度，均为10nm-60nm之间任意尺寸。

可选地，该第一金属膜层20和第二金属膜层40的材料均为贵金属。

该第一金属膜层20和第二金属膜层40的材料可以为单一贵金属，也可以为多种贵金属组成的混合材料，若该该第一金属膜层20和第二金属膜层40的材料为多种贵金属组成的混合材料，则混合材料的混合尺寸根据实际需要进行设置，在此不做具体限定。

可选地，该金属漂浮层30的多个金属单元的形状为：长方体、三棱柱、三棱锥和球形中任意一种。

金属漂浮层30的多个金属单元的形状可以为长方体，也可以为三棱柱，也可以为三棱锥，或者可以为球形。

图3为本发明一实施例提供的另一种液面检测装置的结构示意图；如图3所示，

可选地，该装置还包括石墨烯层50、第一电极60和第二电极70，石墨烯层50设置在第二金属膜层40远离第一金属膜层20的一侧，第一电极60和第二电极70分别设置在石墨烯层50远离第二金属膜层40一侧的两端。

当第二金属膜层40、金属漂浮层30和第一金属膜层20在光照的作用下产生便面等离激元的作用，会在第二金属膜层40上形成自由运动的电子，然后通过石墨烯层50传导这些电子到第一电极60和第二电极70上，然后在第一电极60和第二电极70块上测电流。当液体的高度不一样，金属漂浮层30漂浮的高度不一样，和第一金属膜层20和第二金属膜层40之间的耦合强度不一样，导致第一金属膜层20上的自由电子的数量不一样多，所以测得的电流大小也就不一样，进而可以反应液体高度，即本申请提供了第二种测量液面的方法，是通过测量电流大小，并通过电流大小与待测液面的对应关系，进行测量。

可选地，该容器10还包括第二进液孔(图中未示出)，第二进液孔设置在与第一进液孔12相对的侧壁上。

可选地，该第二金属膜层40直接用石墨烯代替。因为石墨烯很薄，具有很强的透光率，所以测透射光谱时光强普遍比较强，所以液面高度的变化在共振位置光强的变化会更加明显，增大测量的灵敏度。

可选地，将光斜入射照射到结构上，然后测量反射光谱。这样就避免了在液体内放置光信号探测装置，需要防水等问题。

本申请提供的液面检测装置包括：容器10、透光部11、第一金属膜层20、金属漂浮层30和第二金属膜层40；容器10为一面开口的结构，且与开口一面相对的面上设置有孔洞，透光部11设置在孔洞中，第一金属膜层20、金属漂浮层30和第二金属膜层40均设置在容器10内部，第一金属膜层20位置在容器10靠近孔洞的位置，金属漂浮层30包括多个金属单元，多个金属单元周期设置在第一金属膜层20远离孔洞的一侧，且多个金属单元在待测液体的作用下改变漂浮高度，第二金属膜层40设置在容器10开口位置，容器10靠近第一金属膜层20的侧壁上设置有第一进液孔12；当需要对待测液面进行检测的时候，将本申请的装置放置在待测液面上，待测液面内的液体通过第一进液孔12进入到该容器10内部，在液体的作用下，多个金属单元的漂浮高度改变，光照射在该第二金属膜层40上，在第二金属膜层40、金属漂浮层30和第一金属膜层20上激发表面等离激元效应，当液体高度变化时，由于金属漂浮层30的多个金属单元的漂浮高度改变，改变第一金属膜层20和第二金属膜层40之间的耦合距离，进而改变第一金属膜层20和第二金属膜层40之间的耦合强度，使得通过该孔洞位置的透光部11的输出光强度发生改变，通过对该输出光的强度检测，并根据该输出光的强度与该待测液面高度的对应关系，得到待测液面的高度。

本申请提供一种液面检测系统，系统包括：光源、光信号探测器和上述任意一项的液面检测装置，光源设置在液面检测装置的第二金属膜层40的一端，用于产生光信号，光信号探测器设置在液面检测装置的孔洞的一端，用于接收光源产生的光信号依次通过第二金属膜层40、金属漂浮层30、第一金属膜层20和透光部11的输出光信号。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。