专利名称：红外数字液位传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于液位测量技术领域，尤其是一种适合于多种液体液位检测的红外数字液位传感器。
已有技术的液位传感器存在一定的局限性，如中国专利86205101.0低压简易水库水位测量装置，采用干簧管式传感器，若干个干簧管等元件安装在铝管中，铝管在水中容易受腐蚀生锈起垢，影响套在铝管外面的环形磁铁浮子的滑动，当被测水面比较稳定时，水面附近的那只干簧管将会随着水面波动而不停地开合，其寿命大大缩短，它采用指针式电压表读数不直观，不能与计算机系统连接进行数据处理。
中国专利88200109.4精密数字水位仪，其关键部件为丝杠和连着测针的传动螺母等精密件，加工难度较大，而且不容易密封、防尘、防潮，不适于在野外长期使用。市售的UYB－12型电容液位变送器，不能在含有粘滞介质的洪水，或导电性能不稳定，或有腐蚀性的污水中使用。超声波流量计，其换能器受水质、温度影响较大，不宜在含沙量、矿化度不稳定的明渠中使用。
本实用新型的目的在于提供一种结构简单，能够适合于多种液体，不受潮湿、温度、尘土影响，耗电省，寿命长，并能够直接给计算机提供液位数据的高精度红外数字液位传感器。
本实用新型包括一个设置在若干红外接收元件的标尺装置，一个带有红外发射元件的浮子移动机构和一个单片机。
所述的标尺装置包括一个带有悬吊螺栓(8)的框架(1)，框架(1)上部安装有滑轮(5)，滑轮(5)下边用上、下夹板(3)(4)竖直固定有能够密封的玻璃管(2)，玻璃管(2)中竖直安装有带若干个聚光孔(10)的聚光板(9)，与聚光板(9)平行在其后边竖直安装有印刷电路板(12)，印制电路板(12)上焊装有若干红外接收元件(13)和用于识别任何一个红外接收元件(13)是否导通的控制电路装置。
所述的浮子移动机构这样构成，一条绕过上述滑轮(5)的软绳(18)，其一端穿过夹板(3)、(4)上的定位孔(23)系有平衡锤(19)，其另一端穿过夹板(3)、(4)上的定位孔(24)系有浮子(20)，在浮子(20)上方的软绳(18)上固定有红外发射元件(21)，随着液位的上升或下降，该浮子移动机构能够带着红外发射元件(21)，在上述标尺装置的外侧，平行于若干红外接收元件(13)的中心线向上或向下移动。
所述的单片机(67)，用于定时启动向上述红外发射元件与控制电路装置供电的电子开关(66)，同时接收来自控制电路装置提供的液位计数与识别信号，显示液位，并定时向主机远距离传输。
本实用新型的
如下图1是本实用新型结构示意图；图2是本实用新型标尺装置与浮力移动机构移动示意图；图3是本实用新型的A－A剖视图；图4是本实用新型的电原理图；图5是本实用新型的波形图；下边结合附图进一步详细描述本实用新型。
如图1～3所示，用槽形铝材制成框架(1)，φ30mm左右的玻璃管(2)由上、下夹板(3)、(4)固定，框架(1)上部安装有滑轮(5)、滑轮轴(6)、固定架(7)、悬吊螺栓(8)、玻璃管(2)中有聚光板(9)，聚光板(9)的中线上竖直等距离(如1cm)，开有锥形聚光孔(10)，其上端用铜销(11)固定在框架(1)上，印刷电路板(12)的中线上竖直等距离安装有若干红外接收二极管(13)，红外接收二极管(13)与上述聚光孔(10)一一对应，印刷电路板(12)上的红外接收二极管(13)如图4所示以8×16矩阵连接，其上还焊装有上述的控制电路装置，可用橡胶环(16)和后盖(17)将玻璃管(2)口密封，同时管内可充填一定的硅胶丸，以保持管内干燥。
如图2所示浮子移动机构的组成如上文所述，此处不再赘述。该机构中的红外发射元件(21)可以是2～4个串联的红外发射二极管，所述的软绳(18)最好是尼龙绳。
图4是本实用新型电原理图。上述用于识别任何一个红外接收元件是否导通的控制电路装置，可以是如图4所示的一种扫描电路，其包括一个八位二进制计数器(56)，它由一块CMOS4520双二进制计数器(57)、(58)组成；一个以8×16矩阵连接的红外接收二极管阵(62)，它有8条行线X0～X7和16条列线Y0～Y15；一个八选一数据选择器(61)，它的输出端与上述红外接收二极管阵(62)的8条行线X0～X7依次连接，其输入选择端A1、B1、C1分别与所述的八位二进制计数器(56)的低三位输出Q0、Q1、Q2连接；两个3－8线译码器(60)、(59)，它的输出端Y0～Y15依次连接到所述的红外接收二极管阵(62)的16条列线Y0～Y15，它们的三个输入选择端均分别连接到所述的八位二进制计数器(56)的输出端Q3、Q4、Q5，3－8线译码器(60)的控制端G2A和3－8线译码器(59)的G1分别连接到八位二进计数器(56)的输出端Q6；一个振荡器(50)，它由一个2输入与非门施密特触发器(51)、电阻R3和电容C1组成，用于提供八位二进制计数器(56)的时钟脉冲信号和液位计数与识别信号；一个输出脉冲控制电路(55)，它由三个2输入与非门施密特触发器(52)、(53)、(54)组成，它的输入端C与八位二进制计数器(56)的输出端Q7连接，另一输入端b与八选一数据选择器(61)的输出端O连接，第三个输入端a接到上述振荡器(50)的输出，它的输出端d产生液位计数与识别信号，经整形器(69)、(68)整形后，以供单片机(67)判断当前液位的高度。
如图4中所示的电子开关(66)包括一个开关三极管(63)，其发射极接＋5V电源，其基极串联一个电阻R3连接到一个两级反相驱动器(64)、(65)的输出端，反相器(65)的输入端连接80C31单片机(67)的一个输出端，其集电极连接到上述红外发射二极管(21)与如图4所示的扫描电路。
本实用新型工作过程如下，当每次采样时，单片机(67)输出一个约600ms宽的低电平，电子开关(66)导通，向图4的扫描电路及红外发射二极管(21)提供电压VDD，连接在计数器(57)、(58)复位端R的由R2、C2组成的复位电路使计数器自动复位，振荡器(50)起振产生如图5－a所示的1000Hz方波，八位二进制计数器(56)循环计数，对8×16红外接收二极管矩阵依次扫描，识别其中哪一个红外接收二极管吸收红外光而导通，当八位二进制计数器(67)的Q7端为高电平时(如图5－C所示)，打开输出脉冲控制电路(55)，其输出端d连续输出如图5－d所示的液位计数信号，供单片机(67)计数，当扫描到有1或2个红外接收二极管导通时，八选一数据选择器(61)的输出端0为低电平，如图5－b所示，此低电平关断输出脉冲控制电路(55)，如图5－d所示使128个计数脉冲中相应当前液位的1或2个脉冲变为较宽的高电平，此高电平即为液位识别信号，其上升沿使单片机(67)停止计数，此时的计数值乘以标尺装置中红外接收元件的间距，即计算出当前液位高度值。上述过程可根据主控制机要求循环进行，每间隔一定时间采样一次，采样数次后一并向主控制机通过电话线传输。
本实用新型的优选实施例中，采用128个红外接收二极管BPW34组成8×16矩阵，红外发射元件可以采用LD271红外发射二极管，八位二进制计数器(56)可以由一块CMOS双二进制计数器4520组成，八选一数据选择器(61)选用4051CMOS电路，2块3－8线译码器(60)、(59)可以选用74HC138电路，振荡器(50)和输出脉冲控制电路(55)可以用一块CMOS2输入四与非门史密特触发器4093组成，单片机(67)可以选用80C31单片机。
当液位变幅在0～1.28m时，可直接采用上述8×16矩阵电路，当液位变幅在0～2.5m时可采用16×16的矩阵电路。本实用新型的标尺装置的红外接收元件的间距为1cm，精度可以达到±0.01m，若要提高精度可将上述间距变小。
本实用新型的优点如下1、本实用新型液位测量范围宽，0～数十米，测量精度可达±0.01米。
2、采用自动短暂低压供电方式，优选实施例供电时间为600ms，功耗低，寿命长，工作可靠。
3、其控制电路等均密封在玻璃管内，管内填充一些硅胶丸使其保持干燥，不受风沙、潮湿、温差等影响，不受水质限制，适合于野外明渠等场合长期使用。
4、能直接与微机系统配接，提供准确的液位数据，为水库、明渠流量多点集中计算机控制系统应用提供了方便。
5、无机械触点，不产生火花，适宜在石油化工部门有易燃易爆气体环境中使用。
权利要求1.一种适合于多种液体液位检测的红外数字液位传感器，其特征在于它包括一个设置有若干红外接收元件的标尺装置，该标尺装置包括一个带有悬吊螺栓(8)的框架(1)，框架(1)上部安装有滑轮(5)，滑轮(5)下边用上、下夹板(3)、(4)竖直固定有能够密封的玻璃管(2)，玻璃管(2)中竖直安装有带若干聚光孔(10)的聚光板(9)，与聚光板(9)平行，在其后边竖直安装有印制电路板(12)，所述的印制电路板(12)上焊装有若干红外接收元件(13)，与用于识别任何一个红外接收元件(13)是否导通的控制电路装置；一个带有红外发射元件的浮子移动机构，该浮子移动机构这样构成，一条绕过上述滑轮(5)的软绳(18)，其一端穿过夹板(3)、(4)上的定位孔(23)系有平衡锤(19)，其另一端穿过夹板(3)、(4)上的定位孔(24)系有浮子(20)，在浮子(20)上方的软绳上固定有红外发射元件(21)，随着液位的上升或下降，该浮子移动机构能够带着红外发射元件(21)在所述的标尺装置的外侧，平行于若干红外接收元件(13)的中心线向上或下移动；一个单片机(67)，它的一个输出端连接到电子开关(66)的反相驱动器(65)的输入端，它的一个输入端与整形器(68)的输出端连接，它还通过电话线与主控制机连接。
2.根据权利要求1所述的红外数字液位传感器，其特征在于所述的用于识别任何一个红外接收元件是否导通的控制电路装置，可以是一种扫描电路，其包括一个八位二进制计数器(56)；一个以8×16矩阵连接的红外接收元件阵(62)，它有八条行线和16条列线；一个八选一数据选择器(61)，它的输出端与所述的红外接收元件阵(62)的八条行线依次连接，它的三个输入选择端分别与所述的八位二进制计数器(56)的低三位输出Q0、Q1、Q2连接；两个3－8线译码器(60)、(59)，它们的输出端依次连接到所述的红外接收元件阵(62)的16条列线，它们的三个输入选择端均分别连接到所述的八位二进制计数器(56)的输出端Q3、Q4、Q5，3－8线译码器(60)的控制端G2A和3－8线译码器(59)的控制端G1分别连接到八位二进制计数器(56)的输出端Q6；一个振荡器(50)，用于提供所述的八位二进制计数器(56)的时钟信号和液位计数、识别信号；一个输出脉冲控制电路(55)，它的输入端C与八位二进制计数器(56)的Q7输出端连接，另一输入端b与八选一数据选择器(61)的输出端O连接，第三输入端a连接到振荡器(50)的输出端，它的输出端d产生液位计数与识别信号，以供单片机(67)判断当前液位高度。
3.根据权利要求1所述的红外数字液位传感器，其特征在于所述的电子开关(66)，包括一个开关三极管(63)，其发射极接＋5V电源，其基极串联电阻R3连接到一个两级反相驱动器(64)、(65)的输出端，反相驱动器(65)的输入端连接到单片机(67)的一个输出端，其集电极连接到所述红外发射元件(21)与控制电路装置。
4.根据权利要求1所述的红外数字液位传感器，其特征在于所述的红外发射元件(21)是2～4个串联的红外发射二极管。
5.根据权利要求1或2所述的红外数字液位传感器，其特征在于所述的红外接收元件(13)是红外接收二极管。
6.根据权利要求1所述的红外数字液位传感器，其特征在于所述的浮子移动机构中的软绳(18)是尼龙绳。
7.根据权利要求1所述的红外数字液位传感器，其特征在于所述的标尺装置中的聚光板(9)上的若干聚光孔(10)是锥形聚光孔。
专利摘要一种适合于多种液体液位检测的红外数字传感器，它包括一个设置有若干红外接收元件的标尺装置，一个带有红外发射元件的浮子移动机构及一个单片机，随着液位的上升或下降，浮子移动机构能带着红外发射元件在标尺装置外侧，平行于竖直安装在若干红外接收元件中心线向上或下移动，一个能识别任何一个红外接收元件是否导通的扫描电路提供出液位计数与识别信号，供单片机计算当前液位高度，并定时向主机传输。
文档编号G01F23/30GK2099960SQ9121822
公开日1992年3月25日 申请日期1991年7月13日 优先权日1991年7月13日
发明者董开嘉, 王忠宽, 李元良, 郭步殿, 李新爱 申请人:山西省汾河水利管理局一坝分局