專利名稱：一種非接觸式管內液體檢測器及其檢測方法
技術領域：
本發明涉及測試測量技術中用于管內液體流經感知檢測，尤其是涉及一種應用光電檢測 技術針對細管內的污水流經感知檢測。
背景技術：
S前，應用于測試測量技術中的液體檢測感知技術主要有三類
1. 電極檢測法該方法涉及一個水樣輸入口 1、 一個計量杯2、 一個電極探針3、 一個信 號線4。其應用原理為計量杯2內有水樣時，水樣中的各種離子在電極探針的作用下移動 使電極探針3兩端形成通路。其構造如圖1所示，主要為計量杯內水位上升后觸碰到探針時， 計量杯底部的電極和探針電極形成通路，從而得到信號。其缺點和不足在于(1)不能測一 些不導電的液體，如純凈水、酒精、某些液態有機物等；(2)溶液可能具有腐蝕性，使得必 須選用鉑金、鈀金這樣的貴重金屬作為電極，價格昂貴；(3)離子富集在電極表面，對測定 結果產生嚴重的影響，如本次計量的污水中含有的金屬元素通過氧化還原反應富集在電極上， 而將來計量酸性溶液時又與之反應。
2. 光電透射法該方法涉及一個光放射極5、 個光接收極6以及中間的玻璃管7，其原 理為根據液體和空氣折射率的差別，光通過玻璃管后產生的匯聚或者發散作用。由于液體
的折射率比空氣大，當管內為液體的時候光匯聚作用強，當管內為空氣的時候光匯聚作用弱。
檢測接收端的光強就可以得到管內是否有液體。原理示意圖如圖2所示。其缺點與不足在于
當管內為顏色較深的液體或污水時，由于從發射端發出的光被液體吸收了一部分，那么從接 收端接收到的光強會相應的減弱很多，容易讓管內有顏色較深的液體時誤判為管內無液體。
3. 錐形針一光電反射法該方法涉及一個光發射極8、 一個光接收極9、 一個錐形玻璃探
頭10。其原理為根據空氣和液體的折射率差異，當錐形探頭在空氣介質11中時(如圖3-
①)，發射極發出的光線在探頭內光線全反射到接收端，當錐形探頭在液體介質12中時(如 圖3-②)，光線在錐形探頭的界面上發生了折射，從而接收極不能接收到光信號。其缺點與
不足在于(l)如果安裝在細管內，由于錐形突出部分容易掛住絮狀物形成堵塞或誤判；(2)
裝置要安裝在細管內難度大，比較適合于大液面的液位檢測。
綜上所述，污水和環境水樣的水質情況比較復雜，通常含有大量的雜質或腐蝕性成分， 傳統的液體檢測感知技術在該領域的應用效果不佳。

發明內容
由于現有技術在對污水或者水質情況比較復雜的環境下進行檢測時，檢測效果方面存在 弊端，導致大多數液體檢測裝置成本過高，或者應用受限。針對現有技術在該領域液體檢測 感知應用中遇到的問題，本發明提供一種非接觸式管內液體檢測器，其特征在于包括外殼、 檢測部件、玻璃管和面板，所述玻璃管通過管孔與所述檢測部件及外殼串接，用于液體的進 出；所述檢測部件置于所述外殼內部，并與所述外殼相固定，所述外殼與所述面板相固定； 所述檢測部件包括玻璃管架和控制電路板，其中所述控制電路板包括發光二極管、光電傳 感器以及信號輸出電路，所述發光二極管用于提供光發射極的發射光源，所述光電傳感器用 于提供光接收極的光信號接收，并將光信號轉變成為電信號，通過所述信號輸出電路是否輸 出電信號來判斷所述玻璃管內是否為液體；所述玻璃管架包括一個用以放置所述發光二極管 的光發射極的端口、 一個用以放置所述光電傳感器的光接收極的端口以及一個用以將所述玻 璃管置于其中的玻璃管預留管孔。
本發明還提供使用該非接觸式管內液體檢測器檢測液體的方法，其特征在于，包括以下 步驟當玻璃管內為空氣時，利用控制電路板控制紅外發光二極管發射光源，光發射極發射 的光線按照設計的入射角度投射在玻璃管的外壁上，產生第一次折射將光線投射在玻璃管的 內壁。由于玻璃管與空氣兩介質密度相差很大，光線在內壁上產生全反射，經玻璃管外壁折 射投射到光接收極的光電傳感器，光電傳感器將光信號轉變成為電信號輸出，此時玻璃管內 無液體；當液體流經玻璃管時，由于玻璃管和液體兩介質密度近似，光線在玻璃管內壁上不 會產生全反射，光線將產生第二次折射進入玻璃管內，又經玻璃管內壁和外壁兩次折射投射 到玻璃管外，因此，在光接收極的位置無法接收到光信號，信號輸出電路無信號輸出，表征 此時管內有液體。基于該原理，本檢測器可準確可靠地感知了管內液體的流經。


圖1是現有的應用電極檢測法設計的液體檢測器；
圖2是現有的應用光電透射法設計的液體檢測器；
圖3是現有的應用錐形針一光電反射法設計的液面檢測器;
圖4是本發明的光路原理示意圖5是本發明實施例的右視圖和主視圖6是本發明的玻璃管架結構示意圖。
具體實施例方式
圖5所示為本發明一種非接觸式管內液體檢測器的右視圖和主視圖，18為外殼，19為檢 測部件，15為玻璃管，20、 21為自攻螺釘。玻璃管15通過管孔24與檢測部件19及外殼18 串接而成，檢測部件19置于外殼18內部，并通過一自攻螺釘20與外殼18相固定，外殼18 通過一個自攻螺釘21與面板相固定。其中玻璃管15用于液體的進出，液體從玻璃管15的一 端流進，從另一端流出。檢測部件19是本發明的核心部分，包括一個玻璃管架和一個控制電 路板，其中玻璃管架是本發明實現液體檢測感知技術的核心裝置，為本發明光路工作原理的 實現提供了必備的輔助裝置。玻璃管架示意圖如圖6所示；控制電路板主要由發光二極管、 光電傳感器以及信號輸出電路組成。發光二極管用于提供光發射極13的發射光源，光電傳感 器用于提供光接收極14的光信號接收，并將光信號轉變成為電信號，通過控制電路板上的信 號輸出電路，是否輸出電信號來判斷玻璃管內是否為液體。外殼18和檢測部件19選材黑色 ABS樹脂，以減少外部光源對檢測過程的影響。
如圖6所示為本發明的玻璃管架示意圖，主要包括一個用以放置發光二極管的光發射極 13的端U 22， 一個用以放置光電傳感器的光接收極14的端口 23， 一個玻璃管預留管孔24， 用以將玻璃管15置于其屮。其中光發射極13的光源采用紅外發光二極管發射光源，光接收 極14采用紅外光電傳感器接收信號，用以減少太陽光對接收端的干擾。玻璃管架通過發光二 極管管腳、光電傳感器管腳以及玻璃管與控制電路板相固定。
圖4所示為本發明的光路原理示意圖， 一個光發射極13， 一個光接收極14以及玻璃管 15,利用光從玻璃介質投射到空氣介質或者液體介質時全反射角不同，提供了一種光電檢測 方法。按照設計好的發射光的入射角度，光發射極13發射光線投射在玻璃管15的外壁上， 產生第一次折射，折射的光線繼續投射在玻璃管的內壁上，當玻璃管15內為介質空氣16時 (如圖4-①)，由于玻璃管和空氣兩介質密度相差很大，該折射光線產生全反射，又經玻璃 管外壁一次折射投射到光接收極14，光接收極14的光電傳感器接收光信號，并將光信號轉 變成為電信號輸出；當玻璃管15內為介質液體17時(如圖4-②)，由于玻璃管和液體兩介 質密度近似，該折射光線產生第二次折射進入玻璃管內，又經玻璃管內壁和外壁兩次折射投 射到玻璃管外，光接收極14沒有接收到光信號。通過以上描述的光路原理發生過程，就可以 通過光接收極14是否接收到光信號，來準確可靠地感知液體的流經。
本發明與現有技術的相比，具有以下優點
(1) 本發明的非接觸式管內液體檢測器適用于流經內徑為①3mm左右的細管內的液體進 行流經感知檢測。
(2) 采用光電檢測法具有檢測器與被檢測液體無需直接接觸的優點，這種非接觸式的光電檢測方法，使檢測器不需和腐蝕性極強的液體接觸，大大方便了儀器的維護，.延長了檢測 器的使用壽命。
(3) 能夠適應流經多種類的液體，如純凈水、強酸強堿、工業污水水樣等等。尤其適用 于管內為顏色較深的液體或者污水時，本發明利用光從玻璃介質投射到液體介質時側壁全反 射的光電檢測法，可以消除對透光性差液體的誤判。
(4) 控制管內徑為03以保證后續工藝的取液量，且器件裝配方便，性價比高。 本發明這里公開的實施例是示例性的，其僅是為了對本發明進行解釋說明，而并不是對
本發明的限制，本領域技術人員能夠理解，可以采用普通光發射極、普通光電傳感器等，使 控制檢測電壓闊值從而實現檢測目的；同時還可以采用其它透明管路，如PVE透明硬管等， 來作為光全反射或者折射界面，這些可以預見的改良和擴展都包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種非接觸式管內液體檢測器，其特征在于包括外殼、檢測部件、玻璃管和面板，所述玻璃管通過管孔與所述檢測部件及外殼串接，用于液體的進出；所述檢測部件置于所述外殼內部，并與所述外殼相固定，所述外殼與所述面板相固定；所述檢測部件包括玻璃管架和控制電路板，其中所述控制電路板包括發光二極管、光電傳感器以及信號輸出電路，所述發光二極管用于提供光發射極的發射光源，所述光電傳感器用于提供光接收極的光信號接收，并將光信號轉變成為電信號，通過所述信號輸出電路是否輸出電信號來判斷所述玻璃管內是否為液體；所述玻璃管架包括一個用以放置所述發光二極管的光發射極的端口、一個用以放置所述光電傳感器的光接收極的端口以及一個用以將所述玻璃管置于其中的玻璃管預留管孔。
2. 根據權利要求1所述的非接觸式管內液體檢測器，其特征在于所述檢測部件通過自攻螺釘與所述外殼相固定，所述外殼通過自攻螺釘與所述面板相固定。
3. 根據權利要求1所述的非接觸式管內液體檢測器，其特征在于所述外殼和檢測部件采用黑色ABS樹脂制成。
4. 根據權利要求1所述的非接觸式管內液體檢測器，其特征在于所述玻璃管架通過所述發光二極管管腳、所述光電傳感器管腳以及所述玻璃管與所述控 制電路板相固定。
5. 根據權利要求1所述的非接觸式管內液體檢測器，其特征在于 所述發光二極管為紅外發光二極管，所述光電傳感器為紅外光電傳感器。
6.—種使用如權利要求1所述非接觸式管內液體檢測器檢測液體的方法，其特征在于，包括以下步驟當玻璃管內為空氣時，利用控制電路板控制紅外發光二極管發射光源，光發射極發射的 光線按照設計的入射角度投射在玻璃管的外壁上，產生第一次折射將光線投射在玻璃管的內 壁，光線在內壁上產生全反射，經玻璃管外壁折射投射到光接收極的光電傳感器，光電傳感 器將光信號轉變成為電信號輸出，表示玻璃管內無液體；當液體流經玻璃管時，利用控制電路板控制紅外發光二極管發射光源，光發射極發射的 光線按照設計的入射角度投射在玻璃管的外壁上，產生第一次折射將光線投射在玻璃管的內 壁/光線在玻璃管內壁上不會產生全反射，而是產生第二次折射進入玻璃管內，'又經玻璃管 內壁和外壁兩次折射投射到玻璃管外，在先接收極的位置無法接收到光信號，信號輸出電路 無信號輸出，表示玻璃管內有液體。
全文摘要
一種非接觸式管內液體檢測器及其檢測方法，包括外殼、檢測部件、玻璃管和面板，所述玻璃管通過管孔與所述檢測部件及外殼串接，用于液體的進出；所述檢測部件置于所述外殼內部，并與所述外殼相固定，所述外殼與所述面板相固定，所述控制電路板包括發光二極管、光電傳感器以及信號輸出電路，所述玻璃管架包括一個用以放置所述發光二極管的光發射極的端口、一個用以放置所述光電傳感器的光接收極的端口以及一個用以將所述玻璃管置于其中的玻璃管預留管孔。
文檔編號G01V8/12GK101561517SQ20091013636
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月12日 優先權日2009年5月12日
發明者傅楊劍, 官宏祥, 田海濤, 巍 肖 申請人:廣州市怡文科技有限公司