Оптико-электронный дискретный уровнемер

 

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ДИСКРЕ НШ УPOBHEt lEP, содержащий коллиматор , фотоприемную головку с объективом и электронную схему обработки, о-т л и ч а юц и и с я тем, что, с целью првицения точности и упрощения устройства, на пути отраженного от жидкости пучка установлен световод в виде плоскопараллельной пластины с плоской фаской так, что отражайщие плоскости пластины параллельны поверхности жидкости и перпендикулярны к плоскости,, проходя (Щей через оси падающего и отраженного от:поверхности жидкости пучков, ;при этом пластина имеет толщину t, . которая определяется выражением 1 . где Л угол падения пучка на nor i верхность жидкости; if - угол преломления этого пучка нижней плоскостью пластины; .дИ- шаг дискретизации измеряеMtax уровней, фаска обращена к объективу .иуле пендикулярна к , отраженному от ; нижней плоскости пластины, фЬтоприем ная.головка установлена неподвижно, а меязду .световодом и объективом Bnei. S дена щелевая: диафрагма.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

34ЮИР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОВРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К AB ГОРСКОМУ С ДГГЕЛЬС ГВУ (у) G 01 F 23 22 1 @ ц (21) 3371819/18-10 (22) 28.12. 81 (46) 23.06.83. Бюл. В 23 (72) Э.Д. Нанков и:E.À. Шишлов (71) Ленинградский ордена Трудового

Красного Знамени институт точной. механики и оптики. (53) 681 . 1 28. б 5 (088. 8) (56) 1. Патент Франции 9 1321540, кл. G 01 F 1963.

2. авторское свидетельство СССР

Р 667816, кл. G .01 F 23/28, 1975. (.прототип) . (54) (573 QOTHKO-ЭЛЕКТРОННЫЙ ДИСК-

РЕТНЫЙ УРОВНЕИЕР, содержащий коллиматор, фотоприемную головку с объективом и электронную схему обработки, отличающийся тем, что, с целью повьаюния.точности и упрощения устройства, иа пути отраженного от жидкости пучка установлен световод в виде плоскопараллельной пластины с плоской фаской так, что,SU„„ I А отражающие плоскости пластины параллельны поверхности жидкости и пер.пендикулярны к плоскости,, проходя,щей через оси падающего и отражен.ного от.:поверхности жидкости пучков, при этом пластина имеет толщину t которая определяется выражением

:где оЬ - угол падения пучка иа по-.. . верхность жидкостиу

- угол преломления этого пучка нижней плоскостью пластиныу .hH- asar ggacxpenisapas msseepaeмых уровней, фаска обращена к объективу..и перпендикулярна к пучку, отраженному от нижнеи плоскости пластины, фотоприем ная.головка установлена неподвижно, а между световодом и объективом ввеф. 9 .дена щелевак диафрагма.

1024740

Изобретение относится к гидрологическому приборостроению, а именно, к оптико-электронным уровнемерам, и предназначено для бесконтактного . определения уровня жидкости в задемпфированных колодцах, уровней различных агрессивных жидкостей и др.

Известно устройство, содержащее коллиматор, фотоприемную. головку и электроНную схему обработки (1) .

Недостатком данного устройства 10 является малый диапазон измеряемых уровней.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемомУ положительному эффекту яв.",.яется 5 уровнемер, который содержит нейодвижный коллиматор, включающий два источника света, разделительную прямоугольную призму и объектив, фотоприемную головку, включающую о ъектив и помещенный в его фокальной плоскости фотоприемник, ходовой винт, на кбтором на каретке установлена фотоприемная головка, блок питания, электронное фазочувствительное устройство, включающее усилитель напряжения, фазовый дискриминатор и усилитель мощности, реверсивный двигатель, осуществляющий вращение ходового винта, и датчик поло>кения каретки с фотоприемной головкой (2) . 30

Недостатком известного уровнемера является то, что он содержит электромеханические элементы, обеспечивающие отслеживание фотоприемной головки пучка с равносигнальной зоной, а 35 также регистрацию измеряемого уровня, которые являются источником ошибок и основной причиной, обуславлиэающей технологическую сложность, трудоем-. кость и высокую стоимость уровнемера.40

Целью изобретения является повышение точности и упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в оптико-электронном дискретном уровнемере, содержащем коллиматор, фотоприемную головку с-объективом и электронную схему обработки, на пути отраженного от жидкости пучка установлен световод в виде плоскопараллельной пластины с плоской фаской такИм образом, что отражающие плос- 50 кости пластины параллельны поверхности жидкости и перепендикулярны к плоокости, проходящей через оси падающего и отраженного от поверхности жидкости пучков, при этом пласти- 55 на имеет толщину й, которая определяется выражением

60 где Ж вЂ” угол падения пучка лучей на поверхность жидкости; — угол преломления этого пуч- . ка нижней плоскостью пластины 65

gH - шаг дискретизации измеряе- ., мых уровней, фаска обращена к объективу и перпенди кулярна к пучку, отраженному от нижней плоскости пластины, фотоприемная головка установлена неподвижно, а между световодом и объективом введена щелевая диафрагма.

На чертеже приведена принципиальная схема оптико-электронного уровнемера. уровнемер содержит установленный неподвижно: коллиматор 1, включающий два излучателя 2 и 3, например светодиоды, разделительную прямоугольную призму 4, объектив 5, неподвижно установленную фотоприемную головку б, включающую объектив 7 и фотоприемник 8, помещенный в фокальной плоскости объектива 7, щелевую диафрагму 9 и плоскопараллельную пластину 10 с плоской Фаской 11, установленные перед объективом 7, и электронную схему обработки сигнала, снимаемого с

Фотоприемника 8. Электронная схема обработки мокет быть выполнена, например, в виде подключенного к выходу фотоприемника усилителя напряжения, фазового дискриминатора, реверсивного счетчика импульсов, подключенного к выходу фазового дискриминатора через ключ, ждущий мультивнбратор, триггер и дополнительные ключи, управляемые сигналом с Фазового дискриминатора.

Уровнемер работает следующим образом.

Коллиматор 1 направляет к поверх.ности жидкости под углом с< параллельный пучок с равносигнальной зоной, который зеркально отражается от поверхности жидкости к плоскопараллельной пластине 10, с нижней поверхностью которой он встречается под углом Ж и, преломившись на границе стекловоздух, проникает в толщу пластины и, испытав последовательные многократные отражения от ее поверхностей в соответствии с законом полного внутреннего отражения, выходит из пластины по направлению, нормальному к фаске 11, и через щелевую диафрагму 9 и объектив 7 поступает на фотоприемник 8. Равносигнальная зона в пучке обусловлена сдвигом Фазы свечения излучателей 2 и 3 на 180

B исходном положении, которому соответствует поверхность жидкости на уровне 1, ось светового пучка пос-, ле отрах<ения от жидкости совпадает с направлением А, а на выходе иэ плоскопараллельной пластины 10 с осью фотоприемной головки; в этом случае с фазового дискриминатора снимается нулевое напрях<ение, при котором счетчиком импульсов регистрируется импульс, вырабатываемый

1024740

Составитель .Т. Ровенская

Редактор T. Кугрышева Техред Ж. Кастелевич Корректор Г.Решетник

Заказ 4379/36 Тираж 643 Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 й

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4 ждущим мультивибратором и соответствующий уровню 1.

При понижении уровня ось отраженного от жидкости пучка смещается параллально направлению А, приближаясь к направлению В, что обуславливает 5 после выхода иэ плоскопараллельной пластины 10 параллельное смещение пучка с оси фотоприемной головки и появление на выходе фазового дискриминатора напряжения определенной,.соо- р тветствующей знаку смещения уровня полярности, разрывающего сигнальную цепь. При дальнейшем понижении уровня наступает момент, когда в зрачок объектива 7 поступают лучистые потоки15 являющиеся частями светового пучка, отраженными от соседних участков 1 и C нижней поверхности пластины 10, сдвинутые по фазе на 180в и равные по величине, и вызывающие на выходе фазового дискриминатора нулевое напрягло жение,« однако импульс, вырабатываемый в этом случае мультивибратором, задерживается триггером.

В момент, когда поверхность жид— кости достигает уровня Ц, отраженный25 от жидкости пучок идет по направлению.

В и на выходе из пластины 10 совпадает с осью фотоприемной головки, при этом, как и при отражении пучка от жидкости на уровне 1, c фазового 30 дискриминатора снимается нулевое напряжение, которое обеспечивает срабатывание всей логической цепочки и регистрацию счетчиком импульса, соответствующего уровню Il

При дальнейшем понижении уровня жидкости описанные процессы периодически повторяются, причем схема обработки обеспечивает регистрацию импульса лишь в случае совпадения оси отраженного пучка на выходе плоскопараллельной пластины 10 с осью фотоприемной головки. В свою очередь ° ось.выходящего из плаетины 10 пучка совпадает с осью фо-. топриемной головки ли»>ь в случае отражения зондирующего пучка от поверхности жидкости, находящейся на уровнях, равноотстоящих друг от друга на шаг дискретизации дЦ, который связан с толщиной t пластины 10 зависимостью где (— угол преломления пучка, отраженного от поверхности жидкости нижней плоскостью пластины.

Таким образом, пред>слагаемый оптикоэлектронный уровнемер при значительном его упрощении позволяет измерять дискретные положения уровня жидкости с более высокой точностью благодаря исключению электромеханических узлов перемещения фотоприемной головки и полной статичности узлов уровнемера.