[发明专利]一种液位光电传感器及液面高度测量方法

权利要求书

1.一种液位光电传感器，其特征在于包含：光源、准直扩束透镜、三棱镜、聚焦透镜、光电探测器；三棱镜的横截面为等腰直角三角形，三棱镜的三个光学面分别为第一平面、第二平面、斜面，其中第一平面位于三棱镜底部，第二平面竖直向下并与第一平面相互垂直；

光源发出的光通过准直扩束透镜后被调制为平行光，平行光以竖直向上的方向从第一平面垂直射入三棱镜内部；入射至所述斜面的待测液位面以下的平行光透射出三棱镜，入射至所述斜面的待测液位面以上的平行光在斜面处发生全反射；发生全反射的反射光通过聚焦透镜后入射至光电探测器。

2.根据权利要求1所述的一种液位光电传感器，其特征在于所述光源包括：LED或半导体激光器。

3.根据权利要求1所述的一种液位光电传感器，其特征在于：准直扩束透镜包括：所述的准直扩束透镜由第一汇聚透镜和第二汇聚透镜组成，第一汇聚透镜的像方焦点与第二汇聚透镜的物方焦点重合。

4.根据权利要求3所述的一种液位光电传感器，其特征在于：第一汇聚透镜的像方焦点处设置有小孔滤波器。

5.根据权利要求1所述的一种液位光电传感器，其特征在于：三棱镜材质选用亚克力塑料、光学树脂、玻璃之一。

6.根据权利要求1所述的一种液位光电传感器，其特征在于：准直扩束透镜与第一平面胶合，聚焦透镜与第二平面胶合；准直扩束透镜、三棱镜、聚焦透镜三者形成胶合体结构。

7.根据权利要求6所述的一种液位光电传感器，其特征在于：所述准直扩束透镜以及所述聚焦透镜均选用平凸透镜。

8.根据权利要求1至5之一所述的一种液位光电传感器，其特征在于：还包括透明密封腔，透明密封腔上设置有三棱镜安装部，所述的三棱镜安装部用于安装三棱镜；光源、准直扩束透镜、聚焦透镜、光电探测器均安装于透明密封腔内部。

9.使用权利要求1至9所述的液位光电传感器的液面高度测量方法。

10.根据权利要求9所述的液面高度测量方法，其特征在于：

假设第一平面处的水平面为零位面，激光器发出的光强为I₀，三棱镜的斜面的反射率为4％，三棱镜的高度为H₀；

当待测液体完全浸没三棱镜斜面时，入射至斜面的平行光96％透射出三棱镜，进入光电探测器的光强为I₀*4％；

当待测液体液位完全低于三棱镜斜面时，入射至斜面的平行光全部发生全反射，进入光电探测器的光强为I₀；

当检测到光强I位于为I₀*4％～I₀之间时，液位高度h与检测到光强存I在如下关系：