专利名称：光电动态分层界面传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量不同介质界面位置的传感器。
对于处于同一容器中的多种介质(固体、透明或不透明的液体、气体)，实际生产和工程技术上，往往需要测定其分界面的位置。目前，国外最先进的方法是用微波法，测量较精确，但价格昂贵。特别对油田，因为需大量使用，在经济上很不合算。国内，最常使用的是超声探测仪和电容检测仪。其缺点是测量精度不高，达不到要求，而且稳定性和可靠性也存在着问题。
本实用新型的目的是提供一种新型分层界面传感器。与目前技术相比，具有以下优点(1)测量信号稳定可靠，响应速度快、重覆性好。
(2)工作电流、电压低，适于易燃易爆场合。
(3)可遥控测量，便于计算机联结，易实现数字化传输。
(4)测量动态范围和分辨率及报警点可人为调定。
(5)结构简单、体积小、重量轻、造价便宜，使用寿命长(因主要部件为半导体芯片)。
本实用新型的目的是这样实现的在一空间间隙对称的两侧，分别等间距对应组装上一致性相同的半导体光源芯片和具有相应波长的半导体(硅、锗或其他材料)，光电探测芯片，从而形成一对对应的光源芯片线阵与光电检测芯片线阵。当半导体光源芯片(砷化镓)发出的红外光透过充满不同介质(气体、液体和固体)的一段间隙时。由于不同介质对红外光具不同透射、反射、散射、折射和吸收等物理特性，分层界面处的上述物理量便会产生突变，这些突变量被光电探测芯片转换成电讯号输出，便反映出界面的存在，从而实现界面的定位测量。
本实用新型的具体结构由附图及实施例给出。
图1为两组芯片线阵的排列结构图。
图2为芯片集成块结构图。
图3和图4为实施例结构图。
图1中，a1、a2……an是相同的半导体红外光源芯片；b1、b2……bn是与光源芯片具有相应波长T的半导体。光电检测芯片(8)是进入到分层介质的间隙槽，间隙宽在1～10mm间。电源供两种半导体芯片工作，(5)为透明窗，以有机玻璃、玻璃或其他透明材料制作。(7)为芯片线阵基座，用陶瓷、环氧印制板或其他绝缘耐高温质密材料制成。相邻点源间距S最小可做到0.5mm，即分辨率最小为0.5mm。组装半导体芯片数量n越大，可测范围L＝(n－1)S也越大。b1到bn每点的电讯号由电缆输入到信号处理系统，加工成数字信号或模拟信号。(10)是电源(11)是信号处理系统。
图2是半导体芯片(ai或bi)做成集成块的结构图。(5)是透明窗，用有机玻璃、玻璃以及其它有机无机透明材料制成；(7)是半导体芯片线阵基座，用陶瓷、环氧印制板和其它绝缘耐高温质密材料制成；(9)是芯片a(或b)焊线，即芯片靠透明窗的一面与电源引线一极D2相连，一般用非常细的耐氧化的金丝焊接而成；ai(或bi)是相同的a1、a2、a3……an)半导体，光源(或光电检测)芯片，等间距S固定并焊接在芯片基座对应的电源两极上，当接通电源便可正常工作，光源芯片发光(光电检测芯片则把接收到的光转变为电信号)，D1是基座联接电源的另一极，芯片ai(或bi)的下边一面与其固定并导通，D1和D2接在电源的两极上，便形成迴路，D1和D2是良好的导体材料制成，防其表氧往往镀银，或者镀金。
对于同一种要求的分辨率和动态范围，光源半导体芯片集成块式的线阵与半导体光电检测芯片集成块式的线阵的外形结构完全一样，所不同的仅是芯片性质不同。
图3和图4为本实用新型的两个实施例结构图。
图3，是一种工程上可用的检测动态分层界面传感器。按图2做好半导体光源集成块线阵和半导体光电检测集成块线阵，二者被组装成面面相对，a1b1，a2b2……anbn一一对应，形成两条相互平行的光源和光电芯片线阵，两条线阵间隙t在5mm左右(图1已述过)，上述结构靠刚性耐腐蚀金属板固定一体，形成一凹形长条，将电路元件接线接好，各引线扭在一起形成一根电缆1，固定在凹形槽的外底一侧。然后将外径50mm的耐油、耐酸碱、耐高温的金属、非金属圆筒3(壁厚为2mm，底部密封)，按凹形尺寸切去一个弧形，用机械螺钉将已制备的凹形长条固定在圆管壳体内。然后将边缘缝隙用环氧树脂胶好，待固化之后，将圆管内所有空隙浇灌配制好的环氧树脂或其它密封胶，如图中2所示部分。图中4为两组芯片线阵，5为透明窗。
图4是工程上可用的另一实施例结构图，将制备好的光源集成块线阵和光电检测器集成块线阵，分别以机械手段固定在同样对称的两个金属半圆筒3内(固定之前将电路元件、接线接好)，然后自筒上端浇入环氧树脂和其它密封胶，固化之后即内部为一实体。这样，半导体芯片、电路元件都得到了保护，既可承受高温高压，又耐碱酸腐蚀，与外界绝缘又好。将两个半圆柱体，上下各用两块与圆筒同样材料的固定板6，以机械办法固定，达到了光源集成线阵与光电检测集成线阵相互平行，一一对应，间隙如图1所示。
图中1为电缆，2为填充材料，4为芯片线阵，5为透明窗。
本装置可应用在1.油田上，可做成油、水、天然气及其乳化物的分流装置。
2.探测炼油厂蒸馏罐中的水、重油、轻油和气体等透明或不透明的多层介质界面。
3.粉尘较大的水泥厂、面粉厂、煤粉厂及粮库中的物位检测。
4.对需测定液位场合的高精度液位探测。
5.在化工、医药、饮料各行业中多层液态介质的自动排放、分离。
权利要求1.一种用于不同介质界面定位测量的光电动态分层界面传感器，由一组半导体光源集成块线阵和一组半导体光电探测集成块线阵组成，其特征在于光源线阵的一组芯片与光电探测线阵的一组芯片一一对应。
2.按权利要求1所述的光电动态分层界面传感器，其特征在于半导体光源集成块线阵，是由一组砷化镓芯片平行等距装配而成。
3.按权利要求1所述的光电动态分层界面传感器，其特征在于半导体光电探测集成块线阵，由一组与半导体光源集成块线阵芯片具有相应波长的半导体(硅、锗或其他材料)芯片平行等距装配而成。
4.按权利要求1所述的光电动态分层界面传感器，其特征在于两组线阵之间隔t为5毫米。
5.按权利要求1所述的光电动态分层界面传感器，其特征在于每组集成块线阵中芯片与芯片的距离最小为0.5毫米。
专利摘要一种用于处于一个容器中的不同介质(固体、透明或不透明液体、气体)界面定位测量的光电动态分层界面传感器由一组半导体光源集成块线阵与一组半导体光电探测集成块线阵组成。两组芯片以对称方式装配，且芯片间距相等。本传感器结构简单，体积小，重量轻，造价便宜，可用于油田，炼油厂及其他化工、医药、饮料、水泥厂、煤粉厂多种行业中。以实现不同介质界面的测定，进而实现物位、排放、装送、贮存等的自动化控制。
文档编号G01N21/00GK2031523SQ88203959
公开日1989年1月25日 申请日期1988年4月16日 优先权日1988年4月16日
发明者孙德兴 申请人:中国科学院声学研究所