r>[0024]如果接收光纤束为2束或多束，则光电三极管7将两路接收光纤束6所获得的光信号转换为电信号，并经前置放大器和两级差分放大器转换为电压信号差值。
[0025]本发明的一个实施例中，发射光纤束和接收光纤束端部合并形成传导光纤束，空腔以及传感探头部分设计成一体结构，空腔内部放置电路部分，集中光纤束的楔形端面构成探头端面，法兰盘用来固定和连接传感器与被测液体容器。当楔形端面传感探头未接触到液体时，由发射光纤发出的光大部分出射到空气中，基本不能进入两束接收光纤，接收光纤内基本没有光返回到探测器，因此接收光纤的差分信号接近于零。当传感探头接触液体时，发射光纤发出的光经液体散射在两束接收光纤上，部分光被接收光纤接收到，并返回到探测器，接收光纤的差分信号经放大得到的幅值将远大于零。因此，楔形端面处有无液体接触时，端面接收到不同光强的信号，探测器输出信号值幅值有明显区别。据此就可以判断液面是否接触光纤传感器的楔形端面，从而判断液位的状态，即可实现高低液位告警功能。
[0026]如图2所示，直径为15mm的金属保护套内装有三束光纤，分别为一束发射光纤2-3，两束接收光纤2-6。传感器上侧为一空腔2-2，内部可以放置电路部分，空腔顶部的盖板2-10起到保护电路作用，空腔侧剖面用来安装连接器2-11。中间法兰盘2-7用来固定液位传感器。传感器探空腔与下侧探头部分一体化设计，这样做也节省了空间。考虑到密封性要求，其下侧设计成密封槽结构。传感器外侧金属保护套2-5为铝合金材料构成，其机械强度较大，能够满足抗震要求。传感器探头部分为一个楔形端面结构，2-3为发射光纤来自电路部分的发光信号；接收光纤2-6能输出两路电压信号，用来检测探头端面是否接触液体。
[0027]如图2为点式光纤点式液位传感器整体装配图设计，图中各序号对应名称及作用如下:
[0028]2-1、螺母1:5个螺母呈五边形在法兰盘上
[0029]2-2、腔体:安装电路印制板
[0030]2-3、发射光纤束
[0031]2-4、密封垫1:密封盖子与法兰盘
[0032]2-5、金属保护套:保护发射光纤和接收光纤
[0033]2-6、接收光纤束
[0034]2-7、法兰盘:固定连接器插座
[0035]2-8、密封垫2:密封插座与法兰盘
[0036]2-9、螺母2:4个螺母呈矩形在法兰盘开口处
[0037]2-10、盖子:防尘、防水等
[0038]2-11、连接器插座:连接电源及通讯线
[0039]图3为传感器探头端面光纤排布仰视图。实验用的光纤点式液位传感器探头端面为椭圆形，发射光纤与接收光纤采用一发两收模式平行分布，每束光纤按中心线直径三等分分布在椭圆形端面上，且光纤表面打磨保持光滑。靠近内侧尖端处的一束光纤为发射光纤3，位于斜切圆柱体最下侧。右边两束光纤均为接收光纤6。
[0040]发射光纤束3和接收光纤束6在探头端面4的分布形式还可以为如图4所示的同心圆分布或者如图5所示的随机均匀分布。具体的分布形式要综合考虑传感器灵敏度、组合光纤束的尺寸限制等因素来确定。
[0041]在图6中，探头端面4，由两路集中光纤束楔形端面组成双端面探头，可同时测量两点液位。
[0042]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种光纤点式液位传感器，包括光纤束和信号处理电路，其中光纤束包括发射光纤束和接收光纤束，其特征在于，所述发射光纤束和接收光纤束端部并成集中光纤束，集中光纤束的楔形端面构成探测端面，信号处理电路安装于发射光纤束和接收光纤束的另一端，所述传感器通过总线与上位机进行数据通信。2.如权利要求1所述的光纤点式液位传感器，其特征在于，所述信号处理电路包括发光器件、光电转换电路、放大电路和数据采集分析电路，其中发射光纤束的另一端部与所述发光器件相连，接收光纤束的另一端与光电转换电路相连，发光器件用于发射红外光，所述光电转换电路用于接收光信号并将光信号转换为电信号，所述放大电路用于放大电信号，所述数据采集分析电路用于将电信号由模拟量转化为数字量，进而分析信号得到液位信息。3.如权利要求1或2所述的光纤点式液位传感器，其特征在于，所述发射光纤束和接收光纤束在集中光纤束的端面分布形式为一发一收、一发两收、一发多收或者多发多收模式。4.如权利要求1或2所述的光纤点式液位传感器，其特征在于，所述发射光纤束和接收光纤束在集中光纤束的端面分布形式为平行分布、同心圆分布或者随机分布。5.如权利要求1或2所述的光纤点式液位传感器，其特征在于，所述探头端面楔形结构的楔形角度可被加工为15度或30度或60度，此楔形角度可在10度到90度的角度区间内变动。6.如权利要求1或2所述的光纤点式液位传感器，其特征在于，所述探头端面由多个楔形端面组成多端面探头，可在一个传感器上同时检测多个液位。7.如权利要求1或2所述的光纤点式液位传感器，其特征在于，所述接收光纤束的光信号经光电转换电路后可以直接用模拟电路进行信号差分检测，或者由模拟信号转换为数字信号后进行信号差分检测。8.如权利要求1或2所述的光纤点式液位传感器，其特征在于，所述传感器采用RS485、CAN或工业以太网通信方式，与上位机进行数据通信。
【专利摘要】本发明公开了一种光纤点式液位传感器，属于光电传感器，用于对液位上、下限报警、指示等，主要是利用光纤探头对光强的敏感性,通过光纤探头的光在空气和液体中散射情况不同来测量液位高度。本发明由光纤束和信号处理电路组成，其中光纤束包括发射光纤束和接收光纤束，光纤束的楔形端面构成探测端面，楔形端面有助于提高检测液位的灵敏度并防止液滴粘附；信号处理电路安装于发射光纤束和接收光纤束的另一端，构成电路和探头一体化的结构。传感器通过RS485、CAN或工业以太网等通信方式与上位机进行数据通信。本发明尺寸小，重量轻，一体化，便于安装和维护，外形空间轻巧，灵敏度高，信号处理简单，无可动附件，可靠性高。
【IPC分类】G01F23/292
【公开号】CN104964727
【申请号】CN201510413938
【发明人】葛俊锋, 闫泽豪, 叶林, 华滨, 龚英, 桂康
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年7月14日