一种防爆型光纤液位计的设计

辛传奇 李维军

【摘 要】本文设计了一种利用磁浮子液位计原理和光纤传光原理实现液位测量和显示的装置，对水位进行就地指示并实现水位信号的远程传输。基于太阳能供电的新型光纤水位显示装置能避免了装置长期浸水而造成的故障，对光纤传输耦合和光源控制装置的设计，改进了传统LED光源的高能耗、不防水的问题，是一种集光、电、磁等技术于一体的综合性测量显示装置。

【关键词】光纤传输耦合;光纤传光机理;磁浮子液位测量;太阳能供电

中图分类号：TQ342+.82  TH764

一、引言

传统的水位显示装置仅仅是采用静态图案和数字显示水位信息，不能用灯光、声音、图像等进行综合提示的功能，尤其在夜晚、雨雪等恶劣天气和低洼路段，不具备信息的主动传达功能。现有的磁性浮子液位计（又称磁翻板液位计[1] ）要求磁性浮子液位计安装必须垂直，消除永久磁钢与主体管壁的摩擦，液位才能准确测量。另一个缺陷就是不能在夜间等黑暗情况下显示出水位的高低。

尉峰[2]提出了一种城市涵洞水位检测警示仪，其通过水压力传感器测量水位，用LED屏显示水位，由于排水口道、水塔、蓄水池及城市涵洞长期处于积水、积淤、潮湿的环境下，水压力传感器不具有排淤能力，而且LED显示屏极易因进水而出现故障，所以市场上急需一种既可以集灯光、声音、图像提示功能，又具有安全运行的自动排淤系统和防水功能的显示仪。

二、结构介绍

防爆型光纤液位计的整体结构如图1所示，使用时，将防爆型光纤液位计固定在水中，太阳能板供电，LED灯保持常亮，后隔板左侧的LED灯将光线直射在套筒上，套筒内的光纤将光传输到光纤灯[3]，使刻度板上的光纤灯保持常亮，磁浮子在磁浮子管道中随液位升降，当磁浮子到达某位置时，与对应位置的磁翻板磁耦合，此时磁翻板打开，后隔板右侧的LED灯透过磁翻板将光线照到套筒上，套筒内的光纤将光传输到光纤灯，使显示板与打开的磁翻板对应的那一部分光纤灯发光，从而达到了显示板指示水位刻度的目的。该装置具有保障自动排淤系统的安全运行和降低维护工作量的优势，又能解决排水口道、城市涵洞等长期处于积水、积淤、潮湿的环境下从而使仪器长期浸水、进淤而造成故障的问题。整个装置具有结构合理，工作性能稳定，效率高、节能环保等优点。

细节介绍：

1.光源与光纤的连接

LED光源由于其强度极高、耗能低而被广泛应用，目前大多采用功率为45W的LED光源。LED光源相当于块发光，本实验为了获得近似平行光束，需要在块光源和光线束之间加入一个类似半球形的聚光装置，光线束采用尼龙电缆接头PG36固定，末端采用铝合金套圈丝扣固定后与LED光源口固定连接。

2.光纤灯末端设计

灯面使用不锈钢经过造型而成，面板上开孔直径为12mm，每个孔通过PG7连接31根1.0mm塑料光纤，该套面板灯根据实际面积确定孔数量，通过光纤直接照亮。塑料光纤的数值孔径为0.45mm，其最大入射角度为26.8度，这就确定了光从光纤出来后只会在53.6角度范围内照射，为了扩大照亮面积，实验中把光纤的水平末端斜切成45度到60度的斜面，从而使照射范围扩大到71.8度，进而扩大照射范围，这样一来，显示面板上的刻度指数将会更加明亮清晰[4]。

3.水位检测部分

水位检测技术采用磁浮子液位计，工作原理是磁浮子液位计与被测容器构成连通器，利用浮力原理和磁耦合，磁浮子随被测介质的液面的变化上下移动，浮子内置永磁组与显示器的磁柱之间产生磁性耦合作用，吸引外部显示器隔板的翻转，从而现场显示器可清晰地指示出液位的高度。

4.光纤灯水位显示部分

水位显示部分设计了一种基于光纤照明技术的新型光纤-LED水位显示装置，该水位显示屏由刻度板、磁翻板、光纤灯、显示板等组成，供电电路包含太阳能电池。在刻度板后面对应位置安装LED光源，保证刻度板常亮，显示板后面对应位置也要安装LED光源，显示板与LED光源中间有磁翻板隔开[5]，当磁浮子升降到某个位置，对应位置的磁翻板翻动90度，光线就会透过磁翻板的空隙照射到套筒上，显示板上对应位置的光纤灯就会变亮，从而指示相应水深的刻度。

三、结论

本装置的设计与研发适用于城市涵洞、矿井积水以及江河湖泊等水位的检测，适用范围较广。其工作原理先进，能够快速、准确的检测并传达出水位的高低，通过光纤显示技术，避免了排水口道、水塔、蓄水池及城市涵洞等长期处于积水、积淤、潮湿的环境所造成的装置故障的安全隐患，并且更加节能环保，极大增强了产品的综合性能，更好的满足了生活与发展的需要，具有较大的理论意义，可实现经济效益最大化，在科研、实际应用过程中都具有非常好的推广前景。

【参考文献】

[1] 阮班波.磁浮子翻板液位计的应用[J].石油化工设备.2016.45（01）：60

[2] 尉峰.城市涵洞水位检测警示仪设计[J].交通世界.1011.（06）：176-177

[3] 談卫.基于光纤照明技术的新型矿灯的设计及实现[J].磷肥与复肥.1999（3）：50-53

[4] 江源.聚合物光纤传光束填充率的计算（Ⅱ）.化工新型材料.1996，.24（9）：22-25

[5] 邰秀凤. 磁性翻柱液位计的选型与应用分析[J]. 化工自动化及仪表，2013，40（08）：1059-1060.