4. 食品灌装线液位检测光电方案

在饮料、调味品和乳品灌装线上，液位检测是保证净含量合规、防止溢灌或缺灌的关键工位。与不透明容器可用漫反射或对射式光电开关直接判断“有液/无液”不同，透明瓶罐的液位检测难点在于：瓶壁本身透光且会产生镜面反射，泡沫层又会在真实液面之上形成一层“假液面”。如果传感器选型和安装不当，检测结果会在“满瓶”和“空瓶”之间反复跳变。本节围绕透明PET瓶与玻璃罐的液位检测，讲清光电方案的选择依据、安装位置计算和现场调试方法。

一、先明确检测对象与判据

透明容器液位检测的本质，是让光束穿过容器后，在“有液体”和“无液体”两种状态下产生足够大的接收信号差异。以常见的透明PET果汁瓶为例，瓶身壁厚约0.3～0.5 mm，折射率约1.57；液体为水基饮料，折射率约1.33。当光束以一定角度入射时，空瓶段主要发生折射与部分透射，光斑较集中；而液面以下由于液体与瓶壁折射率接近，界面折射减弱，光束偏折方向改变，到达接收器的光通量明显下降。传感器正是利用这一差异设定阈值。

因此判据不是“有没有光”，而是“接收端光通量是否低于设定阈值”。工程上通常把满瓶状态调为“暗通”（Light-Off，即接收光弱时输出动作），空瓶状态调为“亮通”，这样一旦瓶壁反光造成误触发，也能通过阈值回差加以抑制。需要提醒的是，不同瓶型、不同液体颜色对透光率影响很大，含果肉或深色液体的瓶子不能照搬清水瓶的参数。

二、方案选型：对射式为主，反射板式为辅

透明瓶液位检测优先选用对射式光电传感器：发射器与接收器分置瓶体两侧，光束垂直穿过瓶身，接收端只关心透射光通量，受瓶壁正面反光影响相对可控。对于安装空间受限、只能单侧安装的工位，可选用反射板式（回归反射式），但必须使用带偏振滤光功能的型号，利用偏振片抑制瓶壁镜面反射回来的偏振光，只接收经反射板去偏振后的回光。

不推荐在透明瓶液位检测中使用普通漫反射式传感器，因为瓶壁的镜面反射会直接进入接收器，造成“空瓶也报满”的误判。若确需使用，应选择带背景抑制功能的漫反射型号，并把抑制距离设定在瓶壁之后、背景之前。

三、安装位置与角度

安装位置直接决定检测的是“真实液面”还是“泡沫层”。工程上把传感器光轴对准目标液位线下方约5～10 mm处，即“欠灌判定线”。这样当液面达到合格线时，光轴已被液体覆盖，接收信号下降；若只有泡沫到达光轴而液体未到，由于泡沫对光的散射较强但透射仍高于液体，接收信号下降幅度不足，可通过提高阈值区分。换言之，光轴应设在泡沫通常达不到、而合格液面一定能覆盖的位置。

角度方面，对射式传感器光轴应尽量垂直于瓶身轴线，允许±5°微调。若瓶身有弧度，可将发射器略微倾斜，使光束穿过瓶身最窄处，减少瓶壁折射造成的偏移。发射器与接收器必须同轴对正，偏心量控制在光斑直径的1/4以内。对于玻璃罐，因壁厚较大、折射更明显，建议光轴偏离罐体中心线3～5 mm，避开罐壁最厚的加强筋位置。

四、现场调试：从阈值到回差

调试分三步走。第一步，在空瓶状态下让瓶子静止于光轴位置，观察接收器指示灯或读取模拟量输出，记录空瓶时的信号值，记为S空。第二步，向瓶中注入合格液位的水（或实际产品），记录有液时的信号值S液。第三步，将阈值设在两者之间，通常取S阈 = S液 + 0.35×(S空 − S液)，偏向有液一侧，以增强抗泡沫能力。若传感器带 teach-in 功能，可分别对空瓶和有液瓶各示教一次，由传感器自动取中点。

回差（迟滞）设置同样重要。灌装线瓶子在输送带上会有轻微晃动，若回差过小，信号在阈值附近抖动会导致输出频繁翻转。建议回差设为满量程的5%～10%。以某品牌对射式传感器为例，其示教后自动设定约8%回差，现场一般无需再调；若使用电位器调节，应先将灵敏度调至刚好触发，再反向回调约1/8圈作为回差。

五、泡沫与瓶壁反光的针对性处理

泡沫干扰的本质是泡沫层透光率介于空气和液体之间。除了把光轴下移到泡沫难以到达的位置，还可采取三项措施：其一，选用窄光束型号（光斑直径≤3 mm），减少光束与泡沫的接触面积；其二，在灌装后增加一段静置时间再检测，让泡沫自然消散；其三，对易起泡产品（如含蛋白饮料），可改用电容式或超声式作为补充判据，光电只做粗判。

瓶壁反光的处理则依赖偏振滤光与安装角度。使用反射板式传感器时，务必确认反射板为去偏振反射板（通常标有“polarized”或三棱结构），普通反射板会把偏振光原样反射回来，导致偏振抑制失效。对射式传感器虽不依赖偏振，但若瓶壁反光进入接收器边缘，可将接收器加装遮光筒，遮光筒长度约为光斑直径的3～5倍，能有效阻挡斜向杂散光。

六、结果判读与常见异常

调试完成后，用连续20个空瓶和20个合格液位瓶做通过性验证：空瓶应全部输出“亮通”，合格瓶应全部输出“暗通”，不允许出现单瓶翻转。若出现偶发误判，先检查瓶子是否在光轴处停稳，再检查光斑是否溢出瓶身。常见异常及处理如下：

最后需要强调，透明瓶液位检测没有“一调永逸”的参数。更换瓶型、更换产品配方、调整灌装温度后，液体的折射率和泡沫特性都会变化，应重新执行空瓶/有液瓶示教。把本节的光轴位置、阈值比例和回差设置固化为换型检查项，才能让光电方案在整条灌装线上稳定发挥作用。