本發(fā)明屬于測量領(lǐng)域，具體涉及一種激光液位測量裝置，尤其涉及儲罐、水利水電、化工、石油管道、城市排污、城市供排水等超高液位檢測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)有液位測量主要包括儲罐液位測量、水利水電液位測量和城市排水、排污系統(tǒng)液位測量等。儲罐液位結(jié)合其儲存液體密度，計(jì)算出儲液體積和質(zhì)量。儲罐液位指標(biāo)是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的重要指標(biāo)之一。水利水電主要應(yīng)用于河流、湖泊、海邊、水庫、船閘、集水井等多方面水位檢測，準(zhǔn)確水位的指標(biāo)起到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、安全運(yùn)行、防洪抗旱、科學(xué)調(diào)度等重要作用。城市排水系統(tǒng)是處理和排除城市污水和雨水積水的工程設(shè)施系統(tǒng)，是城市公用設(shè)施的組成部分。城市排水系統(tǒng)規(guī)劃是城市總體規(guī)劃的組成部分。在實(shí)行污水、雨水分流制的情況下，污水、雨水水位測量起到合理調(diào)度排水泵站與排水閘門的作用，污水由排水管道收集，送至污水處理場處理后，排入水體或回收利用；雨水徑流由排水管道收集后，就近排入水體。目前液位測量領(lǐng)域的測量手段主要包括投入式技術(shù)、超聲波技術(shù)、磁致伸縮技術(shù)和浮子式技術(shù)。其中投入式技術(shù)的投入式液位傳感器是基于所測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，采用隔離型擴(kuò)散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過溫度補(bǔ)償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號。應(yīng)用安裝視圖如圖1，它包括了投入式液位傳感器三種應(yīng)用形式，左邊為深井、水槽，中間為水庫、江河、湖泊，右邊為儲液罐、管道。它們可以代表目前大多數(shù)壓力式液位傳感器安裝形式。其中包括壓力液位傳感器探頭、連接電纜、固定安裝平面和變送器。投入式液位傳感器工作流程：傳感器探頭采集液位壓力通過電纜供電、傳輸給變送器，變送器將壓力物理量變送成電信號(一般為4～20mA/DC1～5V)，以供PLC、采集卡讀取。超聲波技術(shù)的超聲波液位傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生反射回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學(xué)等方面。應(yīng)用安裝視圖如圖2，它包括了超聲波液位傳感器三種應(yīng)用形式，左邊為深井、水槽，中間為水庫、江河、湖泊，右邊為儲液罐、管道。它們可以代表目前大多數(shù)超聲波液位應(yīng)用安裝形式。超聲波傳感器工作原理：由超聲波換能器(探頭)發(fā)出高頻脈沖聲波，遇到被測物體(物料)表面被反射折回，反射回波被換能器接收轉(zhuǎn)換成電信號，聲波的傳播時間與換能器到物體表面兩倍的距離成正比。磁致伸縮技術(shù)的磁致伸縮液位傳感器是采用磁致伸縮原理制造的絕對位置測量傳感器。該產(chǎn)品由脈沖電路、波導(dǎo)線、回波信號單元、結(jié)構(gòu)件和保護(hù)套管組成。由于采用非接觸測量方式，因而被廣泛運(yùn)用在石油化工、食品、水處理、環(huán)保、農(nóng)藥、造紙、水庫、染料、油壓機(jī)械等行業(yè)設(shè)備中。應(yīng)用安裝視圖如圖3，它包括了磁致伸縮液位傳感器三種使用形式，左邊為深井、水槽，中間為水庫、江河、湖泊，右邊為儲液罐、管道。它們可以代表目前大多數(shù)超聲波液位應(yīng)用安裝形式。其中包括浮子、測桿、固定平面和電子倉。磁致伸縮液位傳感器工作原理：電子倉內(nèi)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生起始脈沖沿波導(dǎo)線傳播，當(dāng)遇到嵌有磁環(huán)的浮子時，產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng)回波回傳單子倉。由于脈沖波在波導(dǎo)絲中具有固定的傳輸波速，起始波與回波傳輸時間差正比于電子倉與浮子之間距離的兩倍，通過計(jì)算，可以精確測量液位。浮子式技術(shù)的浮子式液位傳感器是采用重力平衡原理制造的絕對位置測量傳感器。該產(chǎn)品由浮子、配重、鋼繩、旋轉(zhuǎn)編碼器組成。由于采用的測量方式簡單、直觀，所以在水利上應(yīng)用比較廣泛。應(yīng)用安裝視圖如圖4，它包括了浮子式液位傳感器三種使用形式，左邊為深井、水槽，中間為水庫、江河、湖泊，右邊為儲液罐、管道。它們可以代表目前大多數(shù)超聲波液位傳感器應(yīng)用安裝形式。其中包括浮子、鋼繩、固定平面、旋轉(zhuǎn)編碼器和配重。當(dāng)液位變化時，浮子作漲落直線運(yùn)動，通過鋼繩傳遞給旋轉(zhuǎn)編碼器，形成旋轉(zhuǎn)編碼器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，旋轉(zhuǎn)編碼器的值由采集卡或PLC取出以計(jì)算當(dāng)前液位值?，F(xiàn)有液位測量裝置主要就是以上四種，它們在運(yùn)用上都存各自的缺陷和問題，具體各方面的表現(xiàn)參數(shù)如表1所示。類型盲區(qū)最大液位環(huán)境影響檢測精度可靠性制造工藝超聲波0.5-1.2m70m影響大±3mm一般簡單投入式0.5m100m一般±5mm高簡單浮子式0.5m40m影響大±1cm差簡單磁致伸縮0.1m25m一般±1mm高復(fù)雜表1技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：：本實(shí)用新型的目的是提供一種激光液位測量裝置，能夠，以克服
背景技術(shù)：
中存在的問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：一種激光液位測量裝置，包括內(nèi)部設(shè)有浮子的導(dǎo)管，導(dǎo)管的底端設(shè)有過濾結(jié)構(gòu)，導(dǎo)管通過過濾結(jié)構(gòu)與外部液體連通，導(dǎo)管的頂端連接有全密封的電子倉，電子倉內(nèi)設(shè)有激光器，電子倉與導(dǎo)管連接的側(cè)壁設(shè)有透光結(jié)構(gòu)；浮子靠近激光器的一側(cè)設(shè)有反射面，浮子遠(yuǎn)離激光器的一側(cè)設(shè)有配重件，激光器的激光發(fā)射端和反射信號接收端均朝反射面設(shè)置；激光器發(fā)射的激光信號穿過透光結(jié)構(gòu)到達(dá)反射面，反射面的反射信號穿過透光結(jié)構(gòu)回到激光器。較佳地，還包括用于固定測量裝置的定位安裝件。較佳地，導(dǎo)管與電子倉之間通過法蘭連接，定位安裝件設(shè)置在法蘭上。較佳地，過濾結(jié)構(gòu)為過濾腔。較佳地，過濾腔的各個側(cè)壁上均勻布設(shè)有數(shù)個濾孔。較佳地，浮子的外圓周面與導(dǎo)管的內(nèi)壁之間為間隙配合，反射面的外緣與導(dǎo)管的內(nèi)壁之間為間隙配合。較佳地，激光器的電源線通過設(shè)置在電子倉上的防水插頭連接件與外部電源連接；激光器的電源線信號傳輸線通過設(shè)置在電子倉上的防水插頭連接件與外部控制器連接。較佳地，電子倉包覆有隔溫材料。較佳地，導(dǎo)管和過濾結(jié)構(gòu)為不銹鋼材料制成的導(dǎo)管和過濾結(jié)構(gòu)。較佳地，反射面通過支撐桿連接于浮子的頂部，配重件通過連接桿設(shè)置于浮子的底部。本實(shí)用新型的有益效果在于：本實(shí)用新型在使用時，將設(shè)置在安裝法蘭上的定位安裝件連接到深井或江河水庫的側(cè)壁上，或者連接到儲液罐的頂部或側(cè)壁，連接好之后，本裝置即定位安裝完成，可以開始工作。具有防撞功能的過濾結(jié)構(gòu)也即過濾腔過濾液體雜質(zhì)，連通外部液位，液體由過濾腔進(jìn)入導(dǎo)管，使導(dǎo)管內(nèi)部浮子漂浮，依椐連通器原理各容器中的液面應(yīng)保持相平，浮子與液體平面保持相對平行，激光到下方浮子頂部的反射面，并接收浮子反射過來的激光官術(shù)，精確測量浮子位置，再以有線或無線形式傳輸給控制器，以達(dá)到液位檢測的目的。本實(shí)施例中激光器設(shè)置在全密封電子倉內(nèi)，對作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)能力大大提高。由于加裝了具有防撞性能的過濾結(jié)構(gòu)，使得本裝置在沙泥、污水、漂浮物等各種水體環(huán)境下均可正常工作。本裝置采用主體采用全不銹鋼結(jié)構(gòu)，具有防水、防塵、防濕、防震等特點(diǎn)，環(huán)境的變化對測量沒有影響，本發(fā)明再提高測量作業(yè)可靠性的同時，大大降低裝置制作和測量作業(yè)的成本。附圖說明圖1為現(xiàn)有投入式液位傳感器在深井、江河水庫和儲液罐中使用的示意圖；圖2為現(xiàn)有超聲波液位傳感器在深井、江河水庫和儲液罐中使用的示意圖；圖3為現(xiàn)有磁致伸縮式液位傳感器在深井、江河水庫和儲液罐中使用的示意圖；圖4為現(xiàn)有浮子式液位傳感器在深井、江河水庫和儲液罐中使用的示意圖；圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例所述激光液位測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例所述激光液位測量裝置在深井中的使用示意圖；圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例所述激光液位測量裝置在江河水庫中的使用示意圖；圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例所述激光液位測量裝置在儲液罐中的使用示意圖；圖9為本實(shí)用新型實(shí)施例中浮子和導(dǎo)管配合處的放大圖；圖10為本實(shí)用新型實(shí)施例中浮子和導(dǎo)管配合處橫截面的示意圖；圖11為本實(shí)用新型實(shí)施例法蘭的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。圖中：1-過濾結(jié)構(gòu)，2-浮子，3-液體平面，4-法蘭，5-激光器，6-反射面，7-導(dǎo)管，8-支撐桿，9-連接桿，10-電子倉，11-配重件，12-防水插頭連接件。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明。一種激光液位測量裝置，包括內(nèi)部設(shè)有浮子2的導(dǎo)管7，導(dǎo)管7的底端設(shè)有過濾結(jié)構(gòu)1，本實(shí)施例的過濾結(jié)構(gòu)1為過濾腔，過濾腔為直徑與導(dǎo)管7的相同的圓柱體，過濾腔的各個側(cè)壁上均勻布設(shè)有數(shù)個濾孔，各個濾孔的直徑為10mm，各個濾孔外緣之間的距離也均為10mm；導(dǎo)管7的底端通過過濾結(jié)構(gòu)1也即過濾腔，與外部的待測區(qū)域的液體連通，導(dǎo)管7的頂端連接有全密封的電子倉10，電子倉10內(nèi)設(shè)有激光器5，激光器5的電源線和信號線均通過設(shè)置在電子倉10上的防水插頭連接件12與外部電源和外部控制器連接。激光器5還可以通過無線信號與外部控制器連接。外部控制器為PLC控制器。浮子2的外圓周面與導(dǎo)管7的內(nèi)壁之間為間隙配合，反射面6的外緣與導(dǎo)管7的內(nèi)壁之間為間隙配合。浮子2靠近激光器5的一側(cè)設(shè)有反射面6，浮子2遠(yuǎn)離激光器5的一側(cè)設(shè)有配重件11，反射面6通過支撐桿8連接于浮子2的頂部，配重件11通過連接桿9設(shè)置于浮子2的底部，使浮子2在浮起時保持平衡，液面保持在浮子2中間部位；激光器5的激光發(fā)射端和反射信號接收端均朝反射面6設(shè)置。電子倉10與導(dǎo)管7連接的側(cè)壁設(shè)有透光結(jié)構(gòu)，激光器5發(fā)射的激光信號穿過透光結(jié)構(gòu)到達(dá)反射面6，反射面6的反射信號穿過透光結(jié)構(gòu)回到激光器5。本實(shí)施例還包括用于固定測量裝置的定位安裝件，導(dǎo)管7與電子倉10之間通過法蘭4連接，定位安裝件設(shè)置在法蘭4上。導(dǎo)管7和過濾結(jié)構(gòu)1為不銹鋼材料制成的導(dǎo)管7和過濾結(jié)構(gòu)1。本實(shí)施例可以適用于多種環(huán)境的作業(yè)，如圖5至7所示，分別為將本實(shí)施例適用于深井、江河水庫、儲液罐三種環(huán)境的實(shí)施方式，它們包含了大多數(shù)工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用安方式。首先將設(shè)置在安裝法蘭4上的定位安裝件連接到深井或江河水庫的側(cè)壁上，或者連接到儲液罐的頂部或側(cè)壁，連接好之后，本裝置即定位安裝完成，可以開始工作。具有防撞功能的過濾結(jié)構(gòu)1也即過濾腔過濾液體雜質(zhì)，連通外部液位，液體由過濾腔進(jìn)入導(dǎo)管7，使導(dǎo)管7內(nèi)部浮子2漂浮，依椐連通器原理各容器中的液面應(yīng)保持相平，浮子2與液體平面3保持相對平行，電子倉10內(nèi)激光器5以150mS時鐘周期發(fā)送620-690nm可見紅色激光到下方浮子2頂部的反射面6，并接收浮子2反射過來的激光官術(shù)，精確測量浮子2位置，激光器5通過內(nèi)部MCU變換成液位數(shù)據(jù)量，再以有線或無線形式傳輸給控制器，包括PLC或采集卡，以達(dá)到液位檢測的目的。本實(shí)施例中激光測量單元設(shè)置在全密封電子倉10內(nèi)，因?yàn)殡娮觽}10全密封并包覆有隔溫材料，所以對作業(yè)現(xiàn)場溫度環(huán)境適應(yīng)能力大大提高。由于加裝了具有防撞性能的過濾結(jié)構(gòu)1，使得本裝置在沙泥、污水、漂浮物等各種水體環(huán)境下均可正常工作。本裝置采用主體采用全不銹鋼結(jié)構(gòu)，具有防水、防塵、防濕、防震等特點(diǎn)。環(huán)境的變化對測量沒有影響。本實(shí)施例利用激光器5的激光測距原理測量液位，量程最高可達(dá)200m。激光器5內(nèi)部采用恒溫技術(shù)，-10℃至+80℃溫度正常工作。響應(yīng)時間≤150mS。分辨率高1mm精度±2mm。采用數(shù)字式液位輸出方式，支持RS485、SSI、4-20mA?？删幊躺舷聵O限信號輸出，適用于自動液位循環(huán)調(diào)節(jié)。本實(shí)施例所述裝置工作電源：DC24V，工作電流：環(huán)境溫度<30℃時≤100mA，環(huán)境溫度>30℃時≤1.2A，環(huán)境條件：溫度：-10℃～+80℃濕度：≤90％，絕緣電阻：≥20MΩ。本發(fā)明激光式液位測量裝置及方法的各方面參數(shù)與現(xiàn)有四種測量方式的對比如表2所示類型盲區(qū)最大液位環(huán)境影響檢測精度可靠性制造工藝超聲波0.5-1.2m70m影響大±3mm一般簡單投入式0.5m100m一般±5mm一般簡單浮子式0.1m40m影響大±10mm差簡單磁致伸縮0.05m25m一般±1mm高復(fù)雜激光式0.05m200m無影響±2mm很高簡單表2對照本領(lǐng)域現(xiàn)有的四種測量方式，本發(fā)明再測量盲區(qū)上的表現(xiàn)優(yōu)于現(xiàn)有的超聲波式、投入式和浮子式的測量方式，并且與現(xiàn)有磁致伸縮式的測量盲區(qū)范圍相同；在測量精度方面本發(fā)明的檢測精度高于現(xiàn)有的超聲波式、投入式和浮子式，其檢測精度比磁致伸縮式測量方法稍低；而在最大液位上本發(fā)明大大優(yōu)于包括磁致伸縮式測量范圍的其他幾種測量方式；現(xiàn)有幾種測量方式都會受到環(huán)境影響，而本環(huán)境對本發(fā)明的裝置和測量作業(yè)均無影響，本發(fā)明的可靠性優(yōu)于現(xiàn)有各種測量方式，本發(fā)明的制造工藝簡單，其成本比復(fù)雜的磁致伸縮式測量方式至少可以降低一半。在犧牲1mm檢測精度的情況下，可以換取多方面的改進(jìn)，包括提高最大液位，裝置本身和測量作業(yè)均不受影響環(huán)境，提高可靠性并大大降低生產(chǎn)和測量成本。而這些也包括在本發(fā)明的發(fā)明目的之內(nèi)。本發(fā)明的工作原理可分為三個原理的結(jié)合，包括連通器原理、浮力原理也稱阿基米德定律和激光測距裝置應(yīng)用。連通器原理幾個底部互相連通的容器，注入同一種液體，在液體不流動時連通器內(nèi)各容器的液面總是保持在同一水平面上。浮力原理也稱阿基米德定律：物體在液體所受浮力等于所排開的液體的重量。浮力＝物體在液體中所減輕的重量＝物體在空氣中重量-物體在液體中的重量。顯然，當(dāng)物體上浮時，浮力大于物體的重力，當(dāng)物體漂浮時，浮力等于重力；但當(dāng)物體處于下沉狀態(tài)時，浮力小于重力。本發(fā)明中使用的浮子2運(yùn)行在漂浮或懸浮狀態(tài)。激光測距裝置為現(xiàn)今成熟技術(shù)，新型大規(guī)模集成電路應(yīng)用使得長距離高精度激光測距儀得以實(shí)現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。本說明書中未作詳細(xì)描述的部分屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。當(dāng)前第1頁1 2 3