光電傳感器在液位檢測(cè)中的應(yīng)用

光電傳感器在液位檢測(cè)中的應(yīng)用學(xué)號(hào)：06142215姓名：李永皓光電傳感器在液位檢測(cè)中的應(yīng)用動(dòng)態(tài)閾單實(shí)用，具有較高的精度，在待測(cè)液體液面有大量氣泡情況下檢測(cè)精度仍可達(dá)，特別適液體的液位檢測(cè)。器液位檢測(cè)動(dòng)態(tài)閾值液位檢測(cè)在許多控制領(lǐng)域已經(jīng)較為常見(jiàn)，按原理分為浮子式、壓力式、電容式、光置均有各自的原理、特殊結(jié)構(gòu)、適用場(chǎng)合。在一些測(cè)量中，需避免測(cè)量?jī)x器與被測(cè)液體直接接觸，此時(shí)這些方法便不適用?；诠怆妭鞲衅鞯囊何还怆妭鞲衅鞯幕驹韀4]光電傳感器是一種利用光電子應(yīng)用技術(shù)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)而進(jìn)行非電量參數(shù)檢測(cè)的裝置。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，體積小。目前常用的光電傳感器類(lèi)型主要有光電管、光電倍增管、半導(dǎo)體光敏元件。近年來(lái)，隨著光電技術(shù)的發(fā)展，光電傳感器已成為系列產(chǎn)品，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。具有檢測(cè)范圍廣、檢測(cè)距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)。其最大寸、形狀、顏色及表面狀態(tài)有關(guān)。對(duì)環(huán)境條件要求不嚴(yán)格,均能正確檢測(cè),但不適宜用在潮濕結(jié)露或灰塵很大的場(chǎng)頭光源和接收頭兩部分組成。它們可以相對(duì)獨(dú)立安裝,也可主要由被檢測(cè)對(duì)象和檢測(cè)環(huán)境決定。檢測(cè)方式可分為對(duì)射裝置檢測(cè)原理[5~6]本檢測(cè)裝置的光電傳感器位置如所示,包括設(shè)置于透明玻璃管一側(cè)的上下2個(gè)特性一致的LED光源,對(duì)應(yīng)的水平放置的2個(gè)特性一致的光電管,兩對(duì)傳感器相應(yīng)設(shè)有高度比液面厚度稍大的通光孔。圖4光電傳感器的位置假設(shè)待測(cè)液體成分以水為主，折射率n約為1.333，彎曲液面的邊緣與玻璃管的接觸角約為38.5°，光由光密媒質(zhì)進(jìn)入光疏媒質(zhì)時(shí)，當(dāng)入射角大于某一臨界角就會(huì)發(fā)生測(cè)量過(guò)程中，入射光線(xiàn)的入射角隨著待測(cè)液體液面的上升逐漸增大，當(dāng)入射角大于48.6°時(shí)發(fā)生全反射現(xiàn)象，而通光孔處入射光發(fā)生全反射區(qū)域的面積達(dá)到最大時(shí)，光電管所能接收到的光線(xiàn)光強(qiáng)達(dá)到最小，因此，待測(cè)液體的液面一次通過(guò)光電管對(duì)應(yīng)一個(gè)最小光強(qiáng)值。由于液面在上升過(guò)程中，形態(tài)基本保持不變，故兩對(duì)光電管在一次測(cè)量中測(cè)得的最小值理論上相等。以低液位測(cè)得的最小值為閾值，對(duì)比閾值和目標(biāo)控制液位的值即可以控制目標(biāo)液位。為彎曲液面經(jīng)過(guò)傳感器所采集的電壓波形圖。圖5彎曲液面的電壓曲線(xiàn)硬件設(shè)計(jì)裝置的總體電路框圖主要部分如所示，包括光源1，光源2，光電管1，光電管轉(zhuǎn)換采用MAXIM公司的12位A/D芯片MAX1246，單片機(jī)為SiliconLabs的C8051F340。圖6總體電路框圖光源部分采用特性一致的兩光電對(duì)管,用精密電壓調(diào)節(jié)器TL431組成恒流電路驅(qū)動(dòng)兩LED產(chǎn)生相同的光強(qiáng).恒流電路圖如圖7所示,TL431的REF端恒定為，經(jīng)R4轉(zhuǎn)換為恒定電流1mA,2個(gè)LED通過(guò)單片機(jī)的端口L1,L2被單片機(jī)控制分時(shí)點(diǎn)亮。圖7恒流源電路圖軟件設(shè)計(jì)檢測(cè)方法的單片機(jī)控制程序流程圖如所示。圖8檢測(cè)程序流程圖待控制液面處的光電管2測(cè)得的值與該閾值比較，當(dāng)二者相差最小時(shí)的液面位置為所要預(yù)設(shè)程序中的預(yù)設(shè)值，設(shè)置該值時(shí)，應(yīng)考慮所需控制的液mm2mm;光敏管與LED均為5mm器件,水平面軸線(xiàn)兩側(cè),光敏管與LED放置在遮光部件上并固定在鐵架mm,高為mm;玻璃管與游標(biāo)卡尺(精度為的活動(dòng)端相連,游完成檢測(cè)后移動(dòng)游標(biāo)卡尺活動(dòng)端使液面到達(dá)預(yù)先設(shè)光電傳感器、固定閾值的方法重復(fù)測(cè)試目標(biāo)的液位之間的偏差h1與h2,測(cè)數(shù)據(jù)方法的測(cè)試結(jié)果，平均誤差為3.32mm，標(biāo)準(zhǔn)差為mm。光電液面檢測(cè)裝置由于所用方法的局限性也無(wú)法在有氣泡性。由測(cè)試結(jié)果可見(jiàn)，一般的方法在多氣泡干擾情況下結(jié)2mm。本文的創(chuàng)新之處在于提出一種基于雙光電傳感器和動(dòng)態(tài)閾值的液位檢測(cè)方法與裝定，檢測(cè)精度在多氣泡干擾情況下仍可達(dá)mm。對(duì)于本設(shè)計(jì)尚可在做以下改進(jìn)：采用規(guī)格更小的傳感器提高系統(tǒng)的分辨率；提高裝置配套的器材的精度進(jìn)一步減少系統(tǒng)固有誤[2]史建軍,光學(xué)液位傳