一種防爆型光纖液位計的設(shè)計

辛傳奇 李維軍

【摘 要】本文設(shè)計了一種利用磁浮子液位計原理和光纖傳光原理實現(xiàn)液位測量和顯示的裝置，對水位進(jìn)行就地指示并實現(xiàn)水位信號的遠(yuǎn)程傳輸?；谔柲芄╇姷男滦凸饫w水位顯示裝置能避免了裝置長期浸水而造成的故障，對光纖傳輸耦合和光源控制裝置的設(shè)計，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;磁浮子液位測量;太陽能供電

中圖分類號：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，不具備信息的主動傳達(dá)功能。現(xiàn)有的磁性浮子液位計（又稱磁翻板液位計[1] ）要求磁性浮子液位計安裝必須垂直，消除永久磁鋼與主體管壁的摩擦，液位才能準(zhǔn)確測量。另一個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警示儀，其通過水壓力傳感器測量水位，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，又具有安全運行的自動排淤系統(tǒng)和防水功能的顯示儀。

二、結(jié)構(gòu)介紹

防爆型光纖液位計的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，使用時，將防爆型光纖液位計固定在水中，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，與對應(yīng)位置的磁翻板磁耦合，此時磁翻板打開，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排淤系統(tǒng)的安全運行和降低維護(hù)工作量的優(yōu)勢，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。

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，本實驗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

燈面使用不銹鋼經(jīng)過造型而成，面板上開孔直徑為12mm，每個孔通過PG7連接31根1.0mm塑料光纖，該套面板燈根據(jù)實際面積確定孔數(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在53.6角度范圍內(nèi)照射，為了擴(kuò)大照亮面積，實驗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)將會更加明亮清晰[4]。

3.水位檢測部分

水位檢測技術(shù)采用磁浮子液位計，工作原理是磁浮子液位計與被測容器構(gòu)成連通器，利用浮力原理和磁耦合，磁浮子隨被測介質(zhì)的液面的變化上下移動，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。在刻度板后面對應(yīng)位置安裝LED光源，保證刻度板常亮，顯示板后面對應(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)磁浮子升降到某個位置，對應(yīng)位置的磁翻板翻動90度，光線就會透過磁翻板的空隙照射到套筒上，顯示板上對應(yīng)位置的光纖燈就會變亮，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，適用范圍較廣。其工作原理先進(jìn)，能夠快速、準(zhǔn)確的檢測并傳達(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，可實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，在科研、實際應(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.城市涵洞水位檢測警示儀設(shè)計[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)計及實現(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算（Ⅱ）.化工新型材料.1996，.24（9）：22-25

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