專利名稱：一種油位實(shí)時監(jiān)測報警裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油位監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種油位實(shí)時監(jiān)測報警裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有成熟的差壓法、浮子法、液位傳感器、磁致伸縮法、超聲波法、調(diào)制型光學(xué)法、 微波法等實(shí)時監(jiān)測液位方法及裝置都是用在大型油箱或油罐上的，無法安裝在某些小型設(shè) 備開口直徑小的油箱內(nèi)，如鐵路上用的電液轉(zhuǎn)轍機(jī)的油箱，就只能用細(xì)長的油尺通過口徑 很小的油尺孔放入油箱人工測量油位，而無法用現(xiàn)有成熟的液位監(jiān)測裝置監(jiān)測油位。有的 設(shè)計(jì)采用分段磁浮式液位傳感器監(jiān)測油位，但須改變油箱的結(jié)構(gòu)，這對已安裝到位的電液 轉(zhuǎn)轍機(jī)是無法做到的；有的設(shè)計(jì)采用差壓法，但現(xiàn)有的壓力傳感器應(yīng)用于電液轉(zhuǎn)轍機(jī)上測 量高度差不大的油位穩(wěn)定性不夠，精度差。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，滿足實(shí)時監(jiān)測開口直徑小的油箱油位的需 要，本發(fā)明的目的在于提供一種油位實(shí)時監(jiān)測報警裝置，它能以細(xì)小的直徑放入開口小的 油箱，配合一定的電路精確穩(wěn)定地完成實(shí)時監(jiān)測油位的任務(wù)，對鐵路所用的電液轉(zhuǎn)轍機(jī)來 說，它滿足實(shí)用要求且能在已安裝到位的電液轉(zhuǎn)轍機(jī)上配用。 本發(fā)明的技術(shù)方案是一種油位實(shí)時監(jiān)測報警裝置，包括探頭，所述探頭包括多組 由紅外發(fā)射二極管和光電接收管光學(xué)對準(zhǔn)組成的發(fā)射接收對；多組發(fā)射接收對按照不同高 度分布固裝在一窄長條形的探頭印刷電路板上；探頭印刷電路板的頂部設(shè)有油位信號輸出 接點(diǎn)；探頭印刷電路板外絕緣固裝有細(xì)長筒狀的保護(hù)罩。 使用時，將帶有保護(hù)罩的探頭印刷電路板通過油箱上的開孔(如電液轉(zhuǎn)轍機(jī)油箱 上的油尺孔)插入被測油中并固定。紅外發(fā)射二極管和光電接收管之間的光路上有油時的 紅外光透過率小于無油時的紅外光透過率，從而，有油時光電接收管的光電流小于無油時 的光電流，從而可輸出不同的電信號，即獲得油位電信號。因?yàn)樘筋^印刷電路板上只固裝了 發(fā)射接收對，所以可大大縮小探頭印刷電路板，從而適應(yīng)開口小的油箱。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步的技術(shù)方案 在該油位實(shí)時監(jiān)測報警裝置中，所述保護(hù)罩上開有與所述發(fā)射接收對相對應(yīng)的漏 油孔，每組發(fā)射接收對至少對應(yīng)一個漏油？L?？杀ＷC油充分進(jìn)入保護(hù)罩內(nèi)，從而保證監(jiān)測的 準(zhǔn)確性。 在該油位實(shí)時監(jiān)測報警裝置中，所述探頭印刷電路板與保護(hù)罩之間設(shè)有用于固定 支撐保護(hù)罩的電絕緣支撐裝置。 更進(jìn)一步的所述探頭印刷電路板中部及下部的邊沿處設(shè)有矩形缺口，對應(yīng)矩形 缺口處卡裝有用于支撐保護(hù)罩的電絕緣支撐卡。 所述電絕緣支撐卡為U形卡，U形卡的上、下端面設(shè)為與所述保護(hù)罩內(nèi)表面相適應(yīng) 的圓弧形；U形卡兩臂的內(nèi)側(cè)對稱設(shè)有與探頭印刷電路板的厚度相適應(yīng)的矩形卡口 ；U形卡
3兩臂卡裝在探頭印刷電路板的矩形缺口內(nèi)；探頭印刷電路板的矩形缺口的側(cè)邊緊密卡在U 形卡兩臂的矩形卡口內(nèi)。 在該油位實(shí)時監(jiān)測報警裝置中，紅外發(fā)射二極管和光電接收管之間鏡頭相距5mm 光學(xué)對準(zhǔn)固定，且均采用小型耐油密封封裝元件。 該油位實(shí)時監(jiān)測報警裝置中，所述光電接收管為光電三極管或光電二極管，各光 電接收管的發(fā)射極/陽極并聯(lián)接地；各光電接收管的集電極/陰極分別引出一油位信號輸 出接點(diǎn)；各光電接收管的集電極/陰極還分別接其對應(yīng)的負(fù)載電阻后并聯(lián)接到電源正高壓
<formula>formula see original document page 4</formula> 該油位實(shí)時監(jiān)測報警裝置，還包括信號掃描控制電路、低通濾波及差動放大電路、 整形電路、油位信息傳輸單元，均設(shè)置在探頭外；所述油位信號輸出接點(diǎn)連接信號掃描控制 電路的輸入端，信號掃描控制電路的輸出端連接低通濾波及差動放大電路的輸入端，低通 濾波及差動放大電路的輸出端連接整形電路輸入端，整形電路輸出端連接油位信息傳輸單 元。 其中，整形電路可克服油的透過率的變化、光電元件靈敏度的變化及外界干擾對 信號輸出電壓波動的影響。 更進(jìn)一步的所述信號掃描控制電路包括一集成數(shù)控多路模擬開關(guān)，所述光電接 收管的負(fù)載電阻輸出的直流信號電壓經(jīng)所述集成數(shù)控多路模擬開關(guān)加在低通濾波及差動 放大電路中差動放大器的正輸入端，低通濾波及差動放大電路中用小值電阻分壓器從電源 分出一個等于或稍大于無油時光電接收管的負(fù)載電阻輸出直流信號的電壓加在差動放大 器的負(fù)輸入端，用差動放大器的差動作用將兩直流輸入信號相減(相當(dāng)于將有油時與無油 時信號相減)，進(jìn)行差動放大。使有油時與無油時的信號差放大后變?yōu)榻咏鼭M幅電源電壓， 無油時的信號差放大后變?yōu)?V電壓。于是，放大后輸出電壓為滿幅電源電壓表示有油，放 大后輸出電壓為0V電壓表示無油，放大后輸出電壓為滿幅電源電壓且位置最高的一對發(fā) 射接收對的位置即為當(dāng)時的油位。
更進(jìn)一步的在光電接收管的輸出端與所述差動放大器的正輸入端之間串接兩級 低通阻容濾波器，在差動放大器的輸出端到負(fù)輸入端的反饋電阻上再并接一電容，與所述 差動放大器共同構(gòu)成低通濾波及差動放大電路。
本發(fā)明的有益效果是 1.直徑小，可方便地通過小開口放入并安裝在油箱內(nèi)。解決了現(xiàn)有油位監(jiān)測裝置 無法通過窄小的油尺口安裝在電液轉(zhuǎn)轍機(jī)油箱內(nèi)的問題。
2.結(jié)構(gòu)簡單，精度高，性能穩(wěn)定可靠，解決了現(xiàn)有差壓法壓力傳感器精度差、穩(wěn)定
性不夠的問題。 3.元件少，成本低。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述
圖1為本發(fā)明實(shí)施例的探頭印刷電路板的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1的右視圖， 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中保護(hù)罩的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖4為圖3的右視圖，
圖5為圖3的A-A剖面圖， 圖6為本發(fā)明實(shí)施例中電絕緣支撐卡的主視圖，
圖7為圖3的仰視圖， 圖8為本發(fā)明實(shí)施例的紅外光發(fā)射接收對的電路圖；
圖9為本發(fā)明實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)框圖； 圖10為本發(fā)明實(shí)施例的信號掃描控制電路、低通濾波及差動放大電路、整形電路 的電路原理圖； 圖11為本發(fā)明中發(fā)射接收對的可用方向示意圖。 圖中1探頭印刷電路板，11接插件，12發(fā)射接收對，13矩形缺口，2保護(hù)罩，21漏 油孔，3電絕緣支撐卡，31卡口。
具體實(shí)施例方式
以4組發(fā)射接收對為例，下面結(jié)合

本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
如圖1、2所示，該油位實(shí)時監(jiān)測報警裝置的探頭包括4組由紅外發(fā)射二極管和光 電接收管光學(xué)對準(zhǔn)組成的發(fā)射接收對12。發(fā)射接收對12固裝在一窄長條形的探頭印刷電 路板1上。探頭印刷電路板1的頂部設(shè)有油位信號輸出接點(diǎn)，并集中于接插件11上。探頭 印刷電路板1外絕緣固裝有細(xì)長筒狀的保護(hù)罩2，如圖3、4、5所示，保護(hù)罩2上開有與所述 發(fā)射接收對12相對應(yīng)的漏油孔21，每組發(fā)射接收對12至少對應(yīng)一個漏油孔21。保護(hù)罩材 料可以用金屬，也可以用非金屬，但必須耐油。 探頭印刷電路板與保護(hù)罩之間設(shè)有用于固定支撐保護(hù)罩的電絕緣支撐裝置。探頭 印刷電路板中部及下部的邊沿處設(shè)有矩形缺口 ，對應(yīng)矩形缺口處卡裝有用于支撐保護(hù)罩的 電絕緣支撐卡3即為所述的電絕緣支撐裝置。如圖6、7所示，該電絕緣支撐卡3為U形卡， U形卡的上、下端面設(shè)為與所述保護(hù)罩內(nèi)表面相適應(yīng)的圓弧形。U形卡兩臂的內(nèi)側(cè)對稱設(shè)有 與探頭印刷電路板的厚度相適應(yīng)的矩形卡口 31。 U形卡兩臂卡裝在探頭印刷電路板的矩形 缺口 13內(nèi)；探頭印刷電路板的矩形缺口 13的側(cè)邊緊密卡在U形卡兩臂的矩形卡口 31內(nèi)。 這樣電絕緣支撐卡3用以電絕緣支撐保護(hù)罩2，確保探頭印刷電路板上的元件被固定保護(hù) 在保護(hù)罩2以內(nèi)。該電絕緣支撐卡用耐油塑料等電絕緣材料制成。 圖8中所示為圖1中4組發(fā)射接收對的電路圖。圖8中的FD1、Q1，F(xiàn)D2、Q2，F(xiàn)D3、 Q3， FD4、Q4分別為第一 第四組發(fā)射接收對的紅外發(fā)射二極管與光電接收管。其中，紅外 發(fā)射二極管FD1、 FD2、 FD3、 FD4可采用BT407、 SE1450、 SE1470等細(xì)小直徑型紅外發(fā)光二極 管。光電接收管Ql、 Q2、 Q3、 Q4可采用3DU107光電三極管、SD1440光電三極管、SD1410光 電達(dá)林頓管、SD1420光電二極管等細(xì)小直徑型光電接收管，均為小型耐油密封封裝元件。
四個BT407紅外發(fā)射二極管FD1、FD2、FD3、FD4正向串聯(lián)，紅外發(fā)射二極管串的外 部正極再串聯(lián)一限流電阻R5到電源正高壓端Vcc，紅外發(fā)射二極管串的外部負(fù)極接地，構(gòu) 成紅外線發(fā)射電路。四個紅外發(fā)射二極管同時發(fā)射強(qiáng)度基本相同的紅外線。四個與紅外發(fā) 射二極管光學(xué)鏡頭相距5mm左右且光學(xué)對準(zhǔn)放置的3DU107光電三極管Ql、 Q2、 Q3、 Q4集電 極(或光電二極管陰極)分別接負(fù)載電阻Rl、R2、R3、R4后并聯(lián)接到電源正端Vcc，各光電 三極管發(fā)射極(或光電二極管陽極)并聯(lián)接地，構(gòu)成四個紅外線接收電路，分別接收與其相對的紅外發(fā)射二極管發(fā)出的紅外線。 如圖9所示，該油位實(shí)時監(jiān)測報警裝置，還包括信號掃描控制電路、低通濾波及差 動放大電路、整形電路、油位信息傳輸單元，均設(shè)置在探頭外；所述油位信號輸出接點(diǎn)連接 信號掃描控制電路的輸入端，信號掃描控制電路的輸出端連接低通濾波及差動放大電路的 輸入端，低通濾波及差動放大電路的輸出端連接整形電路輸入端，整形電路輸出端連接油 位信息傳輸單元。 圖10為本發(fā)明的信號掃描控制電路、低通濾波及差動放大電路、整形電路。
圖10中信號掃描控制電路使用集成數(shù)控多路模擬開關(guān)將N個紅外接收管輸出的N 個油位信號逐個接到低通濾波及差動放大電路的輸入端，進(jìn)行油位掃描控制。集成數(shù)控多路 模擬開關(guān)的電源端Vcc接電源Vcc，接地端GND、使能端E及Vee端均接地GND，提供直流工作 條件；N個通道端\、 A、…、AN—工分別接N個光電接收管輸出的N個油位信號端， 一個通信端 A接低通濾波及差動放大電路的信號輸入端，位置選擇控制端S。、&…分別接2K Q電阻后再 接到地GND，單片機(jī)數(shù)控程序控制位置選擇控制端S。、&…的數(shù)字信號，使通信端A分時接通N 個通道端A。、A、…、A,—p實(shí)現(xiàn)N個油位信號的分時放大與輸出。單片機(jī)程序記錄N個油位信 號及其對應(yīng)的油位，將N個油位進(jìn)行比較，找出滿電源輸出的最高位置，即為當(dāng)時的油位。一 個集成數(shù)控多路模擬開關(guān)的路數(shù)不夠用時，可多用幾個集成數(shù)控多路模擬開關(guān)。
圖10中集成運(yùn)放U4B及周圍電阻電容元件組成的電路為低通濾波及差動放大器。 從U3信號輸出A端-地到U4B正輸入5端-地之間串接了 R6-C1和R7-C2兩級低通阻容 濾波器，從U4B的負(fù)輸入6端向外接出電阻R10再到U4B輸出7端并接電阻R8和電容C3 低通濾波器，共同對低頻干擾起到了濾波作用。電阻R10與R8的接點(diǎn)經(jīng)電阻R9接到了電 源Vcc經(jīng)電阻Rll、 R12分壓為2V的接點(diǎn)上，就將U4B正輸入端即U3的A端信號減去了運(yùn) 放負(fù)輸入端的2V分壓電壓信號(該2V分壓信號稍大于無油時光電接收管輸出直流信號， 再放大6-10倍。信號放大后面的整形電路為一級施密特觸發(fā)器整形電路。最后，油位信息 通過油位信息傳輸單元發(fā)送給信息中心。 圖8中的電阻Rl、 R2、 R3、 R4、 R5及圖10上的所有電子元件均安裝在未給出板圖 的另一印刷電路板上，該所述印刷電路板與圖1所示的探頭印刷電路板元件間的電路連接 由接插件11連接。接插件11上設(shè)有與圖8、 10中的B1、GND、F1、F2、F3、F4接點(diǎn)分別對應(yīng) 的接點(diǎn)。 紅外發(fā)射二極管FD1、FD2、FD3、FD4按正負(fù)同一方向串聯(lián)在一起，F(xiàn)D1的負(fù)末端接 地，F(xiàn)D4的正末端通過接插件11的Bl腳接限流電阻R5再接正偏壓電源Vcc ;光電接收管 Q1、Q2、Q3、Q4的發(fā)射極均接地GND，各集電極分別通過接插件11的F1、F2、F3、F4腳同時接 圖10中信號掃描控制電路的集成模擬開關(guān)U3的A0、A1、A2、A3端和負(fù)載電阻R1、R2、R3、 R4再通過負(fù)載電阻Rl、 R2、 R3、 R4接正電源Vcc。 圖1中發(fā)射接收對的固定方向均垂直地面，這使所用印刷電路板最窄，適應(yīng)小的
油箱開口 ，但可測油位數(shù)目少。如果需要可測油位數(shù)目多，油箱開口又較大，可以采用發(fā)射
接收對的固定方向與地面有一定夾角或平行于地面，如圖11所示的四個方向。 當(dāng)需要的紅外發(fā)射二極管個數(shù)N較多，以致N個紅外發(fā)射二極管與限流電阻串聯(lián)
起來需要的電壓大于電源能提供的電壓時，應(yīng)分幾個串聯(lián)支路并聯(lián)于正電源與地之間。 本發(fā)明并不僅僅局限于上述實(shí)施例。
權(quán)利要求
一種油位實(shí)時監(jiān)測報警裝置，包括探頭，其特征在于所述探頭包括多組由紅外發(fā)射二極管和光電接收管光學(xué)對準(zhǔn)組成的發(fā)射接收對；多組發(fā)射接收對按照不同高度分布固裝在一窄長條形的探頭印刷電路板上；探頭印刷電路板的頂部設(shè)有油位信號輸出接點(diǎn)；探頭印刷電路板外絕緣固裝有細(xì)長筒狀的保護(hù)罩。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油位實(shí)時監(jiān)測報警裝置，其特征在于所述保護(hù)罩上開 有與所述發(fā)射接收對相對應(yīng)的漏油孔，每組發(fā)射接收對至少對應(yīng)一個漏油孔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種油位實(shí)時監(jiān)測報警裝置，其特征在于所述探頭印 刷電路板與保護(hù)罩之間設(shè)有用于固定支撐保護(hù)罩的電絕緣支撐裝置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種油位實(shí)時監(jiān)測報警裝置，其特征在于所述探頭印刷電 路板中部及下部的邊沿處設(shè)有矩形缺口 ，對應(yīng)矩形缺口處卡裝有用于支撐保護(hù)罩的電絕緣 支撐卡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種油位實(shí)時監(jiān)測報警裝置，其特征在于所述電絕緣支撐 卡為U形卡，U形卡的上、下端面設(shè)為與所述保護(hù)罩內(nèi)表面相適應(yīng)的圓弧形；U形卡兩臂的內(nèi) 側(cè)對稱設(shè)有與探頭印刷電路板的厚度相適應(yīng)的矩形卡口 ；U形卡兩臂卡裝在探頭印刷電路 板的矩形缺口內(nèi)；探頭印刷電路板的矩形缺口的側(cè)邊緊密卡在U形卡兩臂的矩形卡口內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的任意一種油位實(shí)時監(jiān)測報警裝置，其特征在于紅外發(fā)射二 極管和光電接收管之間鏡頭相距5mm光學(xué)對準(zhǔn)固定，且均采用小型耐油密封封裝元件。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油位實(shí)時監(jiān)測報警裝置，其特征在于所述光電接收管 為光電三極管或光電二極管，各光電接收管的發(fā)射極/陽極并聯(lián)接地；各光電接收管的集 電極/陰極分別引出一油位信號輸出接點(diǎn)；各光電接收管的集電極/陰極還分別接其對應(yīng) 的負(fù)載電阻后并聯(lián)接到電源正高壓端。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種油位實(shí)時監(jiān)測報警裝置，其特征在于還包括信號掃描 控制電路、低通濾波及差動放大電路、整形電路、油位信息傳輸單元，均設(shè)置在探頭外；所述 油位信號輸出接點(diǎn)連接信號掃描控制電路的輸入端，信號掃描控制電路的輸出端連接低通 濾波及差動放大電路的輸入端，低通濾波及差動放大電路的輸出端連接整形電路輸入端， 整形電路輸出端連接油位信息傳輸單元。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種油位實(shí)時監(jiān)測報警裝置，其特征在于所述信號掃描控 制電路包括一集成數(shù)控多路模擬開關(guān)，所述光電接收管的負(fù)載電阻輸出的直流信號電壓經(jīng) 所述集成數(shù)控多路模擬開關(guān)加在低通濾波及差動放大電路中差動放大器的正輸入端，低通 濾波及差動放大電路中用小值電阻分壓器從電源分出一個大于無油時光電接收管的負(fù)載 電阻輸出直流信號的電壓加在差動放大器的負(fù)輸入端，進(jìn)行差動放大。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的一種油位實(shí)時監(jiān)測報警裝置，其特征在于在光電接收 管的輸出端與所述差動放大器的正輸入端之間串接兩級低通阻容濾波器，在差動放大器的 輸出端到負(fù)輸入端的反饋電阻上再并接一 電容，與所述差動放大器共同構(gòu)成低通濾波及差 動放大電路。
全文摘要
一種油位實(shí)時監(jiān)測報警裝置，包括探頭，其特征是所述探頭包括多組由紅外發(fā)射二極管和光電接收管光學(xué)對準(zhǔn)組成的發(fā)射接收對；多組發(fā)射接收對按照不同高度分布固裝在一窄長條形的探頭印刷電路板上；探頭印刷電路板的頂部設(shè)有油位信號輸出接點(diǎn)；探頭印刷電路板外絕緣固裝有細(xì)長筒狀的保護(hù)罩。它能以細(xì)小的直徑放入開口小的油箱，配合一定的電路精確穩(wěn)定地完成實(shí)時監(jiān)測油位的任務(wù)，對鐵路所用的電液轉(zhuǎn)轍機(jī)來說，它滿足實(shí)用要求且能在已安裝到位的電液轉(zhuǎn)轍機(jī)上配用。
文檔編號G01F23/292GK101788319SQ20091026655
公開日2010年7月28日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者陳育青 申請人:濟(jì)南鐵路天龍高新技術(shù)開發(fā)有限公司