Волоконно-оптический сигнализатор уровня жидкости

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения., В сигнализатор уровня жидкости, содержащий последовательно установленные источник света, передающий волоконный световод 2, чувствительный элемент 3, приемный волоконный световод 6 и .фотоприемник 1, выход которого подключен к электронному блоку 8 для формирования логического сигнала,в качестве источника света введен перестраиваемый по частоте квантовый ге нератор 1, а со стороны излучающего световода в чувствительный элемент введена Фокусирующая светооптическая линза 5, фокус которой совмещен с торцом передающего световода, формирующая на выходе излучателя параллельный световой поток, причем конструкция k чувствительного элемента с помощью юстировочного винта позволяет изменять расстояние между излу чателем и приемником. При работе устройства в момент перехода чувствительного элемента из состояния мокрой в состояние сухой или наоборот происходит согласование или рассогласование оптического канала, предварительно настроенного на определенную жидкость, путем изменения частоты квантового генератора 0 При этом -за счет изменения прохождения света через зазор чувствительного элемента вырабатывается логический сигнал,, ю с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ со ялистич ских $Q 1$(5$9QQ А1

РЕСПУБЛИК

„,>, G 01 F 23/22

ГОСУДАРСТВ Е Н НО Е ПАТЕ НТН ОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) l ф

;0 о Сд (21) 4727347/10 (22) 04„08.89 (46) 23.04.93, Бюл. " 15 (72) Ц.Л.Высокос, А.Г.Годнев, В,В,Ерохин и О.А.Мухина (56) Авторское свидетельство CCCP

N 556340, кл. С 01 F 23/22, 1975.

Патент СИА " 4551627, кл. С 01 Г 23/28, 1986, Авторское свидетельство СССР

М 1275220, кп. С 01 F 23/28, 1984. (54) ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ СИГНАЛИЗАТОР УРОВНЯ 7<И КОСТИ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения " повышение точности измерения. В сигнализатор уровня жипкости, содержащий последовательно установленные источник света, передающий волоконный световод 2, чувствительный элемент 3, приемный волоконный световод б и .фотоприемник 7, выход которого подключен к электронному блоку 8 для фор" мирования логического сигнала,в качеИзобретение относится к контрольно-измерительной технике, конкретно

1 к волоконно-оптическим сигнализаторам уровня.

Цепь изобретения — повышение чувствительности сигналиэатора уровня жидкости при расширении области его применения и повышение точности измерения уровня,.

На чертеже представлена общая схема волоконно-опти еского сигнализато" ра уровня„ стве источника света введен перестраиваемый по частоте квантовый генератор 1, а со стороны излучающего световода в чувствительный элемент введена фокусирующая светооптическая линза 5, фокус которой совмещен с торцом передающего световода, формирующая на выходе излучателя параллельный световой поток, причем конструкция 4 чувствительного элемента с помощью юстировочного винта позволяет изменять расстояние между излучателем и приемником. При работе устройства в момент перехода чувстви:тельного элемента из состояния "мокрой" в состояние "сухой" или наоборот происходит согласование или рассогласование оптического канала, предварительно настроенного на определенную жидкость, путем изменения частоты квантового генератора. При этом за счет изменения прохождения света через зазор чувствительного элемента вырабатывается логический сигнал.

Волоконно-оптический сигнапизатор уровня содержит в качестве источника излучения перестраиваемый по частоте излучения оптический квантовый генератор 1. Световой поток по излучающему световоду 2 поступает на чувствительный элемент 3, состоящий из,.несущей конструкции 4, на которой закреплен излучающий световод 2, фокусирующая линза 5 и приемный световод 6. Пройдя через контролируемую среду между фокусирующей линз -.й 5 из1663900 лучающего сиетовода 2 и приемным световодом б, световоь"; поток поступает на Фотоприемник 7, Выходное напряже" ние фотоприемника 7 подается на первый вход схемы сравнения 8, на второй вход которой поступает напряжение от регулируемого источника опорного напряжения 9.

В схеме используется квантовый генератбр;,.-лазер на красителях, настройка лазера на Рабочую длину волны осуществляется выбором активной среды (раствор красителя) и поворотом на определенный угол настроечной призмы. 1 финцип работы сигнализатора заключается в следующем.

При опорожнении бака или его заполнении, уровень жиркости в котором контролируется, в рабочем промежутке чувствительного элемента 3 происходит замена жидкой Фазы на газообразную или наоборот, При прохождении свето" вой волны через контролируемую среду происходит уменьшение ее интенсивнос- 25 ти I по закону Бугера-Лемберта:

I = I ехр(-0(d), где I — интенсивность световой воло ны до поглощения; 30

I - интенсивность световой волны после поглощения; 4 — коэффициент поглощения среды;

d — расстояние между Фокусирую- щей линзой и пРиемным торцом световода.

Коэффициент Ы сильно зависит от состава среды и длины волны света, поэтому рлина волны перестраиваемого квантового оптического генератора 1 выбирается такой, чтобы происходило минимальное ее ослабление при прохождении через жидкую Фазу и максимальное при прохождении через газообразную фазу контролируемой жиркости или 45 газа наддува, с помощью которого осуществляется вытеснение жидкости из бака. Такой результат достигается путем выбора частоты световой волны, I равной частоте резонансного поглощения газовой фазы. Тогда при переходе чувствительного элемента 3 из состояния "мокрый" в состояние "сухой" на входе фотоприемника 7 происходит значительное изменение интенсивности света Т, что, в свою очередь, приводит к уменьшению выходного напряжения последнегО, Уменьшение выходного напряжения Фотоприемника 7 яызы .а<т срабатывание схемы ср янения 8, пере . водя ее из состояния логической единицы в состояние логического нуля, что соответствует переходу чувствительного элемента из состояния "мокрый!1 В состояние нсухой11

Использование изобретения позволяет значительно расширить область применения волоконно-оптического сигнализатора уровня за счет повышения чувствительности, вследствие чего предлагаемый сигнализатор может работать на прозрачных жидкостях с малым коэффициентом преломления пс1,33 (например, при измерении. уровня жидкого водорора п=l,l), а также в условиях действия малых сил тяжести P =

=0,01-0,1 или при Работе на вязких жидкостях, когда резко возрастает вероятность образования на торце излучающего волокна пленки или капли жидкости, приводящих к ложному срабатыванию сигнализатора,. Путем изменения перестраиваемого расстояния между фокусируащей линзой 5 и торцем приемного световода 6 можно всегда добиться, чтобы толщина остающейся на торце капли была меньше расстояния d, находящегося в газовой фазе сигнализатора„

Кроме того, возможность установки на торце излучающего световода 2 фокусирующей линзы 5 повышает мощность светового сигнала на торце приемного световода 6, улучшая тем самым соотношение сигнал/шум, и повышает точность измерения сигнализатора.

На основе сигнализатора можно построить систему измерения окончания компонента, когда выбором необхоримого расстояния между торцами излучающего 2 и приемного 6 световодов можно задать уровень срабатывания в зависимости от процентного соотношения газовой и жидкой Фаз„ так, tlапример, такой датчик необходим для выработки сигнала остановки энергетических установок, работающих на мелкорисперсном жидком водороде, когда процент газовой фазы в жидкости превышает 15>.

Формула изобре-ения

Волоконно-оптический си нализатор уровня жиркости, солержлщий по ледовательно установленные и м т и пески согласованные исто«ник i.;.,:i.,;ñ р .5 )6 3900 б дающий волоконный световод, увстви- по частоте оптического квантового гетельный элемент, приемный волоконный нератора, чувствительный элемент высветовод с лержателем и Фотоприемник, полнен с йокусирующей оптической линподклю бренны" к электронному блоку 5 зой и держателем, йокус линзы спямеформирования погического сигнала,о т- щен с торцом передающего световола, Jl и ч а ю шийся тем, что, с це- а введенный юстировочный винт сопрялью повышения точности, источник све- жен с держателями линзы и приемного та выполнен в виде перестраиваемого световода, Составитель П,Солдатов

Редактор Г,Mзжечкова Техрел И.Норгентал Корректор

Заказ 3090 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государ твенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН (:ССР

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

Производств и i nатель кий комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гаг,.; :«а, 101