一種防爆型光纖液位計(jì)的設(shè)計(jì)

辛傳奇 李維軍

【摘 要】本文設(shè)計(jì)了一種利用磁浮子液位計(jì)原理和光纖傳光原理實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量和顯示的裝置，對(duì)水位進(jìn)行就地指示并實(shí)現(xiàn)水位信號(hào)的遠(yuǎn)程傳輸。基于太陽能供電的新型光纖水位顯示裝置能避免了裝置長期浸水而造成的故障，對(duì)光纖傳輸耦合和光源控制裝置的設(shè)計(jì)，改進(jìn)了傳統(tǒng)LED光源的高能耗、不防水的問題，是一種集光、電、磁等技術(shù)于一體的綜合性測(cè)量顯示裝置。

【關(guān)鍵詞】光纖傳輸耦合;光纖傳光機(jī)理;磁浮子液位測(cè)量;太陽能供電

中圖分類號(hào)：TQ342+.82 ?TH764

一、引言

傳統(tǒng)的水位顯示裝置僅僅是采用靜態(tài)圖案和數(shù)字顯示水位信息，不能用燈光、聲音、圖像等進(jìn)行綜合提示的功能，尤其在夜晚、雨雪等惡劣天氣和低洼路段，不具備信息的主動(dòng)傳達(dá)功能。現(xiàn)有的磁性浮子液位計(jì)（又稱磁翻板液位計(jì)[1] ）要求磁性浮子液位計(jì)安裝必須垂直，消除永久磁鋼與主體管壁的摩擦，液位才能準(zhǔn)確測(cè)量。另一個(gè)缺陷就是不能在夜間等黑暗情況下顯示出水位的高低。

尉峰[2]提出了一種城市涵洞水位檢測(cè)警示儀，其通過水壓力傳感器測(cè)量水位，用LED屏顯示水位，由于排水口道、水塔、蓄水池及城市涵洞長期處于積水、積淤、潮濕的環(huán)境下，水壓力傳感器不具有排淤能力，而且LED顯示屏極易因進(jìn)水而出現(xiàn)故障，所以市場(chǎng)上急需一種既可以集燈光、聲音、圖像提示功能，又具有安全運(yùn)行的自動(dòng)排淤系統(tǒng)和防水功能的顯示儀。

二、結(jié)構(gòu)介紹

防爆型光纖液位計(jì)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，使用時(shí)，將防爆型光纖液位計(jì)固定在水中，太陽能板供電，LED燈保持常亮，后隔板左側(cè)的LED燈將光線直射在套筒上，套筒內(nèi)的光纖將光傳輸?shù)焦饫w燈[3]，使刻度板上的光纖燈保持常亮，磁浮子在磁浮子管道中隨液位升降，當(dāng)磁浮子到達(dá)某位置時(shí)，與對(duì)應(yīng)位置的磁翻板磁耦合，此時(shí)磁翻板打開，后隔板右側(cè)的LED燈透過磁翻板將光線照到套筒上，套筒內(nèi)的光纖將光傳輸?shù)焦饫w燈，使顯示板與打開的磁翻板對(duì)應(yīng)的那一部分光纖燈發(fā)光，從而達(dá)到了顯示板指示水位刻度的目的。該裝置具有保障自動(dòng)排淤系統(tǒng)的安全運(yùn)行和降低維護(hù)工作量的優(yōu)勢(shì)，又能解決排水口道、城市涵洞等長期處于積水、積淤、潮濕的環(huán)境下從而使儀器長期浸水、進(jìn)淤而造成故障的問題。整個(gè)裝置具有結(jié)構(gòu)合理，工作性能穩(wěn)定，效率高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

細(xì)節(jié)介紹：

1.光源與光纖的連接

LED光源由于其強(qiáng)度極高、耗能低而被廣泛應(yīng)用，目前大多采用功率為45W的LED光源。LED光源相當(dāng)于塊發(fā)光，本實(shí)驗(yàn)為了獲得近似平行光束，需要在塊光源和光線束之間加入一個(gè)類似半球形的聚光裝置，光線束采用尼龍電纜接頭PG36固定，末端采用鋁合金套圈絲扣固定后與LED光源口固定連接。

2.光纖燈末端設(shè)計(jì)

燈面使用不銹鋼經(jīng)過造型而成，面板上開孔直徑為12mm，每個(gè)孔通過PG7連接31根1.0mm塑料光纖，該套面板燈根據(jù)實(shí)際面積確定孔數(shù)量，通過光纖直接照亮。塑料光纖的數(shù)值孔徑為0.45mm，其最大入射角度為26.8度，這就確定了光從光纖出來后只會(huì)在53.6角度范圍內(nèi)照射，為了擴(kuò)大照亮面積，實(shí)驗(yàn)中把光纖的水平末端斜切成45度到60度的斜面，從而使照射范圍擴(kuò)大到71.8度，進(jìn)而擴(kuò)大照射范圍，這樣一來，顯示面板上的刻度指數(shù)將會(huì)更加明亮清晰[4]。

3.水位檢測(cè)部分

水位檢測(cè)技術(shù)采用磁浮子液位計(jì)，工作原理是磁浮子液位計(jì)與被測(cè)容器構(gòu)成連通器，利用浮力原理和磁耦合，磁浮子隨被測(cè)介質(zhì)的液面的變化上下移動(dòng)，浮子內(nèi)置永磁組與顯示器的磁柱之間產(chǎn)生磁性耦合作用，吸引外部顯示器隔板的翻轉(zhuǎn)，從而現(xiàn)場(chǎng)顯示器可清晰地指示出液位的高度。

4.光纖燈水位顯示部分

水位顯示部分設(shè)計(jì)了一種基于光纖照明技術(shù)的新型光纖-LED水位顯示裝置，該水位顯示屏由刻度板、磁翻板、光纖燈、顯示板等組成，供電電路包含太陽能電池。在刻度板后面對(duì)應(yīng)位置安裝LED光源，保證刻度板常亮，顯示板后面對(duì)應(yīng)位置也要安裝LED光源，顯示板與LED光源中間有磁翻板隔開[5]，當(dāng)磁浮子升降到某個(gè)位置，對(duì)應(yīng)位置的磁翻板翻動(dòng)90度，光線就會(huì)透過磁翻板的空隙照射到套筒上，顯示板上對(duì)應(yīng)位置的光纖燈就會(huì)變亮，從而指示相應(yīng)水深的刻度。

三、結(jié)論

本裝置的設(shè)計(jì)與研發(fā)適用于城市涵洞、礦井積水以及江河湖泊等水位的檢測(cè)，適用范圍較廣。其工作原理先進(jìn)，能夠快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)并傳達(dá)出水位的高低，通過光纖顯示技術(shù)，避免了排水口道、水塔、蓄水池及城市涵洞等長期處于積水、積淤、潮濕的環(huán)境所造成的裝置故障的安全隱患，并且更加節(jié)能環(huán)保，極大增強(qiáng)了產(chǎn)品的綜合性能，更好的滿足了生活與發(fā)展的需要，具有較大的理論意義，可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，在科研、實(shí)際應(yīng)用過程中都具有非常好的推廣前景。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 阮班波.磁浮子翻板液位計(jì)的應(yīng)用[J].石油化工設(shè)備.2016.45（01）：60

[2] 尉峰.城市涵洞水位檢測(cè)警示儀設(shè)計(jì)[J].交通世界.1011.（06）：176-177

[3] 談衛(wèi).基于光纖照明技術(shù)的新型礦燈的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].磷肥與復(fù)肥.1999（3）：50-53

[4] 江源.聚合物光纖傳光束填充率的計(jì)算（Ⅱ）.化工新型材料.1996，.24（9）：22-25

[5] 邰秀鳳. 磁性翻柱液位計(jì)的選型與應(yīng)用分析[J]. 化工自動(dòng)化及儀表，2013，40（08）：1059-1060.