專利名稱：光電動(dòng)態(tài)分層界面?zhèn)鞲衅鞯闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量不同介質(zhì)界面位置的傳感器。
對(duì)于處于同一容器中的多種介質(zhì)(固體、透明或不透明的液體、氣體)，實(shí)際生產(chǎn)和工程技術(shù)上，往往需要測(cè)定其分界面的位置。目前，國(guó)外最先進(jìn)的方法是用微波法，測(cè)量較精確，但價(jià)格昂貴。特別對(duì)油田，因?yàn)樾璐罅渴褂茫诮?jīng)濟(jì)上很不合算。國(guó)內(nèi)，最常使用的是超聲探測(cè)儀和電容檢測(cè)儀。其缺點(diǎn)是測(cè)量精度不高，達(dá)不到要求，而且穩(wěn)定性和可靠性也存在著問(wèn)題。
本實(shí)用新型的目的是提供一種新型分層界面?zhèn)鞲衅?。與目前技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)測(cè)量信號(hào)穩(wěn)定可靠，響應(yīng)速度快、重覆性好。
(2)工作電流、電壓低，適于易燃易爆場(chǎng)合。
(3)可遙控測(cè)量，便于計(jì)算機(jī)聯(lián)結(jié)，易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳輸。
(4)測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍和分辨率及報(bào)警點(diǎn)可人為調(diào)定。
(5)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、造價(jià)便宜，使用壽命長(zhǎng)(因主要部件為半導(dǎo)體芯片)。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在一空間間隙對(duì)稱的兩側(cè)，分別等間距對(duì)應(yīng)組裝上一致性相同的半導(dǎo)體光源芯片和具有相應(yīng)波長(zhǎng)的半導(dǎo)體(硅、鍺或其他材料)，光電探測(cè)芯片，從而形成一對(duì)對(duì)應(yīng)的光源芯片線陣與光電檢測(cè)芯片線陣。當(dāng)半導(dǎo)體光源芯片(砷化鎵)發(fā)出的紅外光透過(guò)充滿不同介質(zhì)(氣體、液體和固體)的一段間隙時(shí)。由于不同介質(zhì)對(duì)紅外光具不同透射、反射、散射、折射和吸收等物理特性，分層界面處的上述物理量便會(huì)產(chǎn)生突變，這些突變量被光電探測(cè)芯片轉(zhuǎn)換成電訊號(hào)輸出，便反映出界面的存在，從而實(shí)現(xiàn)界面的定位測(cè)量。
本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)由附圖及實(shí)施例給出。


圖1為兩組芯片線陣的排列結(jié)構(gòu)圖。
圖2為芯片集成塊結(jié)構(gòu)圖。
圖3和圖4為實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。
圖1中，a1、a2……an是相同的半導(dǎo)體紅外光源芯片；b1、b2……bn是與光源芯片具有相應(yīng)波長(zhǎng)T的半導(dǎo)體。光電檢測(cè)芯片(8)是進(jìn)入到分層介質(zhì)的間隙槽，間隙寬在1～10mm間。電源供兩種半導(dǎo)體芯片工作，(5)為透明窗，以有機(jī)玻璃、玻璃或其他透明材料制作。(7)為芯片線陣基座，用陶瓷、環(huán)氧印制板或其他絕緣耐高溫質(zhì)密材料制成。相鄰點(diǎn)源間距S最小可做到0.5mm，即分辨率最小為0.5mm。組裝半導(dǎo)體芯片數(shù)量n越大，可測(cè)范圍L＝(n－1)S也越大。b1到bn每點(diǎn)的電訊號(hào)由電纜輸入到信號(hào)處理系統(tǒng)，加工成數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)。(10)是電源(11)是信號(hào)處理系統(tǒng)。
圖2是半導(dǎo)體芯片(ai或bi)做成集成塊的結(jié)構(gòu)圖。(5)是透明窗，用有機(jī)玻璃、玻璃以及其它有機(jī)無(wú)機(jī)透明材料制成；(7)是半導(dǎo)體芯片線陣基座，用陶瓷、環(huán)氧印制板和其它絕緣耐高溫質(zhì)密材料制成；(9)是芯片a(或b)焊線，即芯片靠透明窗的一面與電源引線一極D2相連，一般用非常細(xì)的耐氧化的金絲焊接而成；ai(或bi)是相同的a1、a2、a3……an)半導(dǎo)體，光源(或光電檢測(cè))芯片，等間距S固定并焊接在芯片基座對(duì)應(yīng)的電源兩極上，當(dāng)接通電源便可正常工作，光源芯片發(fā)光(光電檢測(cè)芯片則把接收到的光轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào))，D1是基座聯(lián)接電源的另一極，芯片ai(或bi)的下邊一面與其固定并導(dǎo)通，D1和D2接在電源的兩極上，便形成迴路，D1和D2是良好的導(dǎo)體材料制成，防其表氧往往鍍銀，或者鍍金。
對(duì)于同一種要求的分辨率和動(dòng)態(tài)范圍，光源半導(dǎo)體芯片集成塊式的線陣與半導(dǎo)體光電檢測(cè)芯片集成塊式的線陣的外形結(jié)構(gòu)完全一樣，所不同的僅是芯片性質(zhì)不同。
圖3和圖4為本實(shí)用新型的兩個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。
圖3，是一種工程上可用的檢測(cè)動(dòng)態(tài)分層界面?zhèn)鞲衅?。按圖2做好半導(dǎo)體光源集成塊線陣和半導(dǎo)體光電檢測(cè)集成塊線陣，二者被組裝成面面相對(duì)，a1b1，a2b2……anbn一一對(duì)應(yīng)，形成兩條相互平行的光源和光電芯片線陣，兩條線陣間隙t在5mm左右(圖1已述過(guò))，上述結(jié)構(gòu)靠剛性耐腐蝕金屬板固定一體，形成一凹形長(zhǎng)條，將電路元件接線接好，各引線扭在一起形成一根電纜1，固定在凹形槽的外底一側(cè)。然后將外徑50mm的耐油、耐酸堿、耐高溫的金屬、非金屬圓筒3(壁厚為2mm，底部密封)，按凹形尺寸切去一個(gè)弧形，用機(jī)械螺釘將已制備的凹形長(zhǎng)條固定在圓管殼體內(nèi)。然后將邊緣縫隙用環(huán)氧樹(shù)脂膠好，待固化之后，將圓管內(nèi)所有空隙澆灌配制好的環(huán)氧樹(shù)脂或其它密封膠，如圖中2所示部分。圖中4為兩組芯片線陣，5為透明窗。
圖4是工程上可用的另一實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖，將制備好的光源集成塊線陣和光電檢測(cè)器集成塊線陣，分別以機(jī)械手段固定在同樣對(duì)稱的兩個(gè)金屬半圓筒3內(nèi)(固定之前將電路元件、接線接好)，然后自筒上端澆入環(huán)氧樹(shù)脂和其它密封膠，固化之后即內(nèi)部為一實(shí)體。這樣，半導(dǎo)體芯片、電路元件都得到了保護(hù)，既可承受高溫高壓，又耐堿酸腐蝕，與外界絕緣又好。將兩個(gè)半圓柱體，上下各用兩塊與圓筒同樣材料的固定板6，以機(jī)械辦法固定，達(dá)到了光源集成線陣與光電檢測(cè)集成線陣相互平行，一一對(duì)應(yīng)，間隙如圖1所示。
圖中1為電纜，2為填充材料，4為芯片線陣，5為透明窗。
本裝置可應(yīng)用在1.油田上，可做成油、水、天然氣及其乳化物的分流裝置。
2.探測(cè)煉油廠蒸餾罐中的水、重油、輕油和氣體等透明或不透明的多層介質(zhì)界面。
3.粉塵較大的水泥廠、面粉廠、煤粉廠及糧庫(kù)中的物位檢測(cè)。
4.對(duì)需測(cè)定液位場(chǎng)合的高精度液位探測(cè)。
5.在化工、醫(yī)藥、飲料各行業(yè)中多層液態(tài)介質(zhì)的自動(dòng)排放、分離。
權(quán)利要求1.一種用于不同介質(zhì)界面定位測(cè)量的光電動(dòng)態(tài)分層界面?zhèn)鞲衅?，由一組半導(dǎo)體光源集成塊線陣和一組半導(dǎo)體光電探測(cè)集成塊線陣組成，其特征在于光源線陣的一組芯片與光電探測(cè)線陣的一組芯片一一對(duì)應(yīng)。
2.按權(quán)利要求1所述的光電動(dòng)態(tài)分層界面?zhèn)鞲衅?，其特征在于半?dǎo)體光源集成塊線陣，是由一組砷化鎵芯片平行等距裝配而成。
3.按權(quán)利要求1所述的光電動(dòng)態(tài)分層界面?zhèn)鞲衅?，其特征在于半?dǎo)體光電探測(cè)集成塊線陣，由一組與半導(dǎo)體光源集成塊線陣芯片具有相應(yīng)波長(zhǎng)的半導(dǎo)體(硅、鍺或其他材料)芯片平行等距裝配而成。
4.按權(quán)利要求1所述的光電動(dòng)態(tài)分層界面?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟趦山M線陣之間隔t為5毫米。
5.按權(quán)利要求1所述的光電動(dòng)態(tài)分層界面?zhèn)鞲衅?，其特征在于每組集成塊線陣中芯片與芯片的距離最小為0.5毫米。
專利摘要一種用于處于一個(gè)容器中的不同介質(zhì)(固體、透明或不透明液體、氣體)界面定位測(cè)量的光電動(dòng)態(tài)分層界面?zhèn)鞲衅饔梢唤M半導(dǎo)體光源集成塊線陣與一組半導(dǎo)體光電探測(cè)集成塊線陣組成。兩組芯片以對(duì)稱方式裝配，且芯片間距相等。本傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，造價(jià)便宜，可用于油田，煉油廠及其他化工、醫(yī)藥、飲料、水泥廠、煤粉廠多種行業(yè)中。以實(shí)現(xiàn)不同介質(zhì)界面的測(cè)定，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物位、排放、裝送、貯存等的自動(dòng)化控制。
文檔編號(hào)G01N21/00GK2031523SQ88203959
公開(kāi)日1989年1月25日 申請(qǐng)日期1988年4月16日 優(yōu)先權(quán)日1988年4月16日
發(fā)明者孫德興 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所