Оптический уровнемер жидкости

 

Изобретение относится к устройствам автоматики и позволяет линеаризировать выходную характеристику и устранить нестабильность источника света. Уровнемер содержит источник излучения с волоконным световодом 2, световой поток От которого, буцучи линейно поляризованным в поляризаторе 7, распространяется в чувствительном плоскопараллельном световоде 4. Отразившись от грани 6, световой поток через поляризатор 7, в данном случае играющий роль анализатора, поступает через фазосдвигакицие пластины 8-10 на волоконные световоды 11-13. При погружении световода 4 в жидкость изменяются напршкения на фотоприемных схемах 15-18.Относительньй фазовый сдвиг напряжений определяется величиной фазового сдвига пластин 8-10. При вычитании сигналов с фотоприемников 15-18 в блоках 19 и 20 вычитания результирующие нап (Л ряжения будут синусоидальными. Величина фазового сдвига определяется в блоке обработки сигналов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТКИ ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1265 (до 4 G 01 F 23/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3856046/24-10 (22) 11.02,85 (46) 23.10.86. Бюл, В 39 (72) Вик.И,Садовников, Вл.И.Садовников, Т.С.Султан-Заде, В.И.Сучков и С.С.Зайцев (53) 681;128.65(088.8) (36) Оптоэлектронные преобразователи на основе управляемых структур световодньм структур. N. Радио и связь, 1984, с. 29, рис, 2 ° 1. (54). ОПТИЧЕСКИЙ УРОВИЕИЕР ЖИДКОСТИ (57) Изобретение относится к устройствам автоматики и позволяет линеаризировать выходную характеристику и устранить нестабильность источника света. Уровнемер содержит источник излучения с волоконным световодом 2, световой поток от которого, будучи линейно поляризованным в поляризаторе 7, распространяется в чувствительном плоскопараллельном световоде 4.

Отразившись от грани 6, световой поток через поляризатор 7, в данном случае играющий роль анализатора, поступает через фазосдвигающие пластины 8-10 на волоконные световоды

11-13. При погружении световода 4 в жидкость изменяются напряжения на фотоприемных схемах 15-18.Относительный фазовый сдвиг напряжений определяется величиной фазового сдвига пластин 8-10. При вычитании сигналов с фотоприемников 15-18 в блоках 19 и 20 вычитания результирующие напряжения будут синусоидальными. Величина фазового сдвига определяется в блоке обработки сигналов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1265485

Изобретение относится к устройствам автоматики и может быть применено в системах контроля уровня жидкостей.

Целью изобретения является линеаризация выходной характеристики и устранение нестабильности источника света.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого уровнемера; на фиг. 2 — статические характеристики каналов преобразователя, Оптический уровнемер жидкости содержит источник 1 излучения, волоконный световод 2, линзовый объектив 3, чувствительный плоскопараллельный световод 4, призму 5, зеркальное покрытие 6, поляризатор-анализатор 7, фазосдвигающие пластины 8-10, волоконные световоды 11-13, световод 14, непосредственно примыкающий к поляризатору, фотоприемные схемы 15-18, блоки 19 и 20 вычитания и блок 21 обработки сигналов, На фиг. 2 показаны статические характеристики первого (a) и второго (Г) оптических каналов, результирующее напряжение после вычитания сигналов П< и U в блоке вычитания (6), результирующий сигнал с блока вычитания второго дифференциального канала (2), вектор суммы сигналов двух дифференциальных каналов в полярных координатах (y).

Устройство работает следующим образом.

Световой поток от излучателя; 1 по волоконному световоду 2 поступает на линзовый объектив, после которого параллельный пучок света проходит через поляризатор-анализатор 7, расположенный на наклонной грани прямоугольной призмы 5 ввода-вывода излучения, имеющей контакт с чувствительным световодом 4. Будучи линейно поляризованным, световой поток распространяется в световоде 4, испытывая полные внутренние отражения от.плоских граней световода. Угол падения 8 светового потока выбирается из условия 9 v arcsin(n„/n,), что обеспечивает полное внутреннее отражение на границе световода с вОздухом и с жидкостью, т.е. отсутствуют френелевские потери света в сколь угодно длинном световоде.

Световой поток в световоде 4 доходит до зеркального торца 6, отража50

Напряжения U и U имеют между собой фазовый сдвиг в 90, т.е. находятся в квадратуре. При равенстве амплитуд сигналов вектор их суммы описывает окружность радиуса V в полярных координатах, откуда сд

Vz

Величина пропорциональна

7„ глубине погружения Н световода в жидкость и может быть выражена как

Н ь< где d — толщина чувd tg8 ется от него и распространяется в обратном направлении, проходит через поляризатор 7, который в данном случае выполняет роль анализатора, 5 и поступает через фазосдвигаюпв е пластины 8-10 на приемные волоконные световоды 11-13. На приемный световод 14 световой поток поступает без прохождения фазосдвигающей пластины.

Напряжения на каждом из элементов фотоприемных схем 15-18 зависят от количества полных внутренних отражений светового потока в световоде 4, а их относительный фазовый сдвиг определяется величиной фазового сдвига пластин. При этом фазовые сдвиги выбираются 180,90 и 270 соответственно. Выходной сигнал принимается за "0" отсчета.

В процессе повышения уровня жидкости, в результате чего световод оказывается погруженным в жидкость, напряжения на фотоприемных схемах

15-18 изменяются в зависимости от изменения фазы выходного сигнала числа полных внутренних отражений

; ветового потока в световоде по синусоиде, смещенной относительно оси ординат, а их относительный

30 фазовый сдвиг определяется величиной фазового сдвига фазосдвигающих пластин. Так напряжение U на фотоприемной схеме 15 из-за наличия в канале фазосдвигающей пластины 8 с фазовым

З5 сдвигом 180 находится в противофазе с напряжением Uä . При вычитании сигналов U u U в блоке вычитания первого дифференциального канала результирующее напряжение U является

40 синусоидальным. Аналогично, результирующий сигнал U является синусоидальным, так как фазосдвигающие пластины 9 и 10, входящие в III u IV оптические каналы, имеют фазовые сдвиО ги в. 90 и 270 соответственно.

485

1265 тическими световодами.

Ит и, Составитель Е.Подымов

Текред И.Попович

Редактор И.Шулла

Корректор Л.Патай

Заказ 5648/32 Тираж 705

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 з ствительного элемента-световода, 9 — угол падения светового потока, распространяющегося в плоскопараллельном световоде на грани световода.

Величина фазового сдвига или

5 уровень жидкости H вызывающий фазовый сдвиг, определяется в блоке 21 обработки сигналов.

+f

Так как величина g = arcing-- заИ

1О висит от отношения двух сигналов, то при нестабильности светового потока от источника излучения происходит пропорциональное изменение сигналов, т.е. нестабильность светового потока 5 от источника не приводит к погрешности измерения.

Формула изобретения

1. Оптический уровнемер жидкости, содержащий источник излучения с линзовым объективом, чувствительный плоскопараллельный световод с призмой ввода-вывода излучения и фотоприемную схему, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью линеаризации выходной характеристики и устранения нестабильности источника света,в него введены поляризатор-.анАлизатор, три фотоприемника с фазосдвигающими пластинами, установленными перед фотоприемниками, блоки вычитания сигналов с каждой соединенной попарно группы фотоприемников и блок обработки сигналов.

2. Уровнемер по п. i о т л ич а ю шийся тем, что фазосдвигающие пластины имеют пределы повоо рота потока на углы 90, 180 и 270 соответственно.

3. Уровнемер по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью уменьшения габаритов, источник и приемники света размещены со стороны одного торца призмы, а другой торец покрыт зеркальным покрытием, при этом связи между приемниками и источ ником света выполнены волоконно-оп