Бортовое устройство оценки качества топлива

Изобретение относится к области исследования или анализа веществ и материалов путем определения их химических или физических свойств, в частности к рефрактометрическим датчикам оценки качества топлива. Устройство содержит источник оптического излучения, первый отрезок оптического волокна, помещаемый в канал подачи топлива, и первый фотоприемник, соединенный с блоком обработки сигналов. Первый отрезок оптического волокна состоит из сердцевины, внутри которой сформирована внутриволоконная решетка, оболочки и защитного покрытия, отсутствующего в зоне внутриволоконной решетки. В устройство дополнительно введены разветвитель, второй отрезок оптического волокна, аналогичный первому, с частично вытравленной оболочкой в зоне внутриволоконной решетки, и помещаемый в канал подачи топлива параллельно первому отрезку оптического волокна, и второй фотоприемник. Выход источника оптического излучения соединен со входом разветвителя, выходы которого через первый и второй отрезки оптических волокон соединены соответственно с входами первого и второго фотоприемников, а выход второго фотоприемника соединен со вторым входом блока обработки сигналов. Технический результат - повышение точности оценки качества топлива. 3 ил.

 

Техническое решение относится к области исследования или анализа веществ и материалов путем определения их химических или физических свойств, в частности к рефрактометрическим датчикам оценки качества топлива, в том числе бензина, биотоплива на основе спиртов и смесей биотоплива и бензина.

Известно устройство оценки качества топлива (патент US №7605361 В2, G01N 21/41, 20.10.2009), состоящее из источника оптического излучения, оптического кристалла и позиционно-чувствительного фотоприемника.

Работа устройства заключается в том, что генерируют излучение в источнике оптического излучения, передают его в оптический кристалл, находящийся в непосредственном контакте с топливом, и принимают преломленное излучение позиционно-чувствительным детектором.

Недостатком устройства являются его относительно большие массогабаритные размеры и сложная конструкция, использование сложного фотоприемного устройства и алгоритмов оценивания качества топлива. При этом в устройстве не учитывается погрешность, обусловленная изменениями его температуры и температуры топлива, возникающими в ходе работы двигателя.

Прототипом технического решения является бортовое устройство оценки качества топлива (патент US №0204714 A1, G01N 21/00, 18.09.2007), которое содержит последовательно соединенные источник оптического излучения, отрезок оптического волокна, помещенный в канал подачи топлива, и фотоприемник, соединенный с блоком обработки сигналов, при этом отрезок оптического волокна состоит из сердцевины, оболочки и защитного покрытия, в его сердцевине сформирована внутриволоконная решетка, а защитное покрытие в зоне внутриволоконной решетки снято.

Прототип работает следующим образом. В источнике оптического излучения генерируют излучение в диапазоне оболочечных мод оптического волокна, передают его по оптическому волокну к оптическому датчику и принимают излучение, преобразованное в оптическом датчике, фотоприемником, где определяют параметры топлива, регистрируя интенсивность принятого излучения, изменяющуюся в зависимости от качества топлива, определяемого его коэффициентом преломления.

Недостаток прототипа заключается в отсутствии учета погрешности, обусловленной изменениями его температуры и температуры топлива, возникающими в ходе работы двигателя, а следовательно, недостоверность полученных данных на выходе фотоприемника.

Решение технической задачи заключается в повышении точности оценки качества топлива.

Решаемая техническая задача в бортовом устройстве оценки качества топлива, содержащем источник оптического излучения, первый отрезок оптического волокна, помещаемый в канал подачи топлива, и первый фотоприемник, соединенный с блоком обработки сигналов, при этом первый отрезок оптического волокна состоит из сердцевины, внутри которой сформирована внутриволоконная решетка, оболочки и защитного покрытия, отсутствующего в зоне внутриволоконной решетки, достигается тем, что в него дополнительно введены разветвитель, второй отрезок оптического волокна, аналогичный первому, с частично вытравленной оболочкой в зоне внутриволоконной решетки, и помещаемый в канал подачи топлива параллельно первому отрезку оптического волокна, и второй фотоприемник, при этом выход источника оптического излучения соединен со входом разветвителя, выходы которого через первый и второй отрезки оптических волокон соединены соответственно с входами первого и второго фотоприемников, а выход второго фотоприемника соединен со вторым входом блока обработки сигналов.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства, где первый и второй отрезки оптического волокна помещены в канал подачи топлива.

На фиг.2 схематично изображены в разрезе первый и второй отрезки оптического волокна.

На фиг.3 изображен алгоритм работы блока обработки сигналов.

Бортовое устройство оценки качества топлива (фиг.1, 2) содержит источник оптического излучения 1, первый отрезок оптического волокна 2, помещаемый в канал подачи топлива 3, и первый фотоприемник 4, соединенный с блоком обработки сигналов 5, при этом первый отрезок оптического волокна 2 состоит из сердцевины 6, внутри которой сформирована внутриволоконная решетка 7, оболочки 8 и защитного покрытия 9, отсутствующего в зоне внутриволоконной решетки 7. Бортовое устройство оценки качества топлива также содержит разветвитель 10, второй отрезок оптического волокна 11, аналогичный первому, с частично вытравленной оболочкой 12 в зоне внутриволоконной решетки 13, и помещаемый в канал подачи топлива 3 параллельно первому отрезку оптического волокна 2, и второй фотоприемник 14, при этом выход источника оптического излучения 1 соединен со входом разветвителя 10, выходы которого через первый 2 и второй 11 отрезки оптических волокон соединены соответственно с входами первого 4 и второго 14 фотоприемников, а выход второго фотоприемника 14 соединен со вторым входом блока обработки сигналов 5.

Представленные на фиг.1 источник оптического излучения 1, первый фотоприемник 4, блок обработки сигналов 5 и второй фотоприемник 14 имеют систему электропитания, не указанную на схеме.

Съем информации из блока обработки сигналов 5 осуществляется на индикатор, например светодиодный индикатор FYT-5631AUY-21, на фигуре не указанный.

Представленные на фиг.1 источник оптического излучения 1, разветвитель 10, первый фотоприемник 4, второй фотоприемник 14 и блок обработки сигналов 5 имеют стандартные опубликованные в литературе схемы.

На фиг.2 показаны первый 2 и второй 11 отрезки оптического волокна, состоящие из защитного покрытия 9, оболочки 8 и сердцевины 6, внутри которой сформированы соответственно внутриволоконные решетки 7 и 13. При этом первый отрезок оптического волокна 2 и второй отрезок оптического волокна 11 не имеют защитного покрытия 9 в зоне внутриволоконных решеток 7 и 13. Второй отрезок оптического волокна 11 отличается от первого отрезка оптического волокна 2 частично вытравленной оболочкой 12 в зоне внутриволоконной решетки 13.

Частично - это та величина вытравленной оболочки 12 второго отрезка оптического волокна 11, при которой наблюдается разность в эффективном показателе преломления оболочки первого отрезка оптического волокна 2 и второго отрезка оптического волокна 11, например 50%.

Определение качества автомобильного топлива заключается в детектировании изменения его коэффициента преломления. Согласно п.4.4 "ГОСТ 2084-77. Бензины автомобильные", бензин должен быть прозрачным и не содержать взвешенных и осевших на дно цилиндра посторонних примесей, в том числе и воды. Следовательно, детектирование показателя преломления автомобильного топлива позволит говорить о прозрачности топлива и определить его качество.

Рассмотрим бортовое устройство оценки качества топлива, изображенное на фиг.1, 2, в работе. Источник оптического излучения 1 генерирует широкополосное излучение, которое через разветвитель 10 подается к внутриволоконным решеткам 7 и 13 соответственно по первому 2 и второму 11 отрезкам оптического волокна, находящимся в непосредственном контакте с исследуемой средой в канале подачи топлива 3. При взаимодействии широкополосного излучения с исследуемой средой посредством внутриволоконных решеток 7 и 13, сформированных соответственно в первом 2 и втором 11 отрезках оптического волокна, происходит сдвиг резонансной длины волны спектра пропускания внутриволоконных решеток 7 и 13 в частотной области на комплексную величину изменения коэффициента преломления и температуры окружающей среды. Величина сдвига резонансной длины волны спектра пропускания внутриволоконной решетки 13 отличается от величины сдвига резонансной длины волны спектра пропускания внутриволоконной решетки 7 в силу частично вытравленной оболочки 12 второго отрезка оптического волокна 11.

Далее с помощью первого фотоприемника 4 принимают сигнал, пропущенный через внутриволоконную решетку 7, передаваемую от него по первому отрезку оптического волокна 2. С помощью второго фотоприемника 14 принимают сигнал, пропущенный через внутриволоконную решетку 13, передаваемую от него по второму отрезку оптического волокна 11. На выходах первого фотоприемника 4 и второго фотоприемника 14 образуются сигналы, амплитуды которых пропорциональны суммарному значению температуры и коэффициента преломления исследуемой жидкости. Далее сигналы с выходов первого фотоприемника 4 и второго фотоприемника 14 поступают на входы блока обработки сигналов 5.

Определение значения коэффициента преломления и температуры исследуемой жидкости в блоке обработки сигналов 5 происходит следующим образом. При одинаковой температуре исследуемой жидкости, воздействующей на внутриволоконную решетку 7 и внутриволоконную решетку 13, различная амплитуда сигналов на выходе первого фотоприемника 4 и второго фотоприемника 14 будет достигаться за счет различной величины эффективного показателя преломления оболочки 12 в чувствительной зоне внутриволоконной решетки 13 второго отрезка оптического волокна 11:

Δ T = λ 1 ( n э ф ф с n э ф ф о ) Λ ( n э ф ф с n э ф ф о ) Λ γ ( α + ξ c n с ξ о n о n с n о ) ,

n э ф ф о = λ 2 n э ф ф с λ 1 n э ф ф с c λ 1 λ 2 λ 1 ,

где λ1 и λ2 сигналы, поступившие на входы блока обработки сигналов 5 соответственно с выхода первого фотоприемника 4 и второго фотоприемника 14, n э ф ф с - эффективный показатель преломления сердцевины 6 первого отрезка оптического волокна 2 и второго отрезка оптического волокна 11, n э ф ф о - эффективный показатель преломления оболочки 8 в чувствительной зоне внутриволоконной решетки 7, сформированной в сердцевине 6 первого отрезка оптического волокна 2, с - разность эффективного показателя преломления оболочки 8 в чувствительной зоне внутриволоконной решетки 7 первого отрезка оптического волокна 2 и частично вытравленной оболочки 12 в чувствительной зоне внутриволоконной решетки 13 второго отрезка оптического волокна 11, Λ - период внутриволоконных решеток 7 и 13, γ -дисперсионный фактор, ξс и ξо - термо-оптические коэффициенты соответственно сердцевины 6 и оболочки 8 первого 2 и второго 11 отрезков оптических волокон, nс и nо - показатели преломления соответственно сердцевины 6 и оболочки 8 первого 2 и второго 11 отрезков оптических волокон, α - коэффициент термического расширения материала первого 2 и второго 11 отрезков оптических волокон, ΔT - температура измеряемой жидкости.

В блоке обработки сигналов 5 происходит сравнение амплитуд сигналов, полученных с выходов первого фотоприемника 4 и второго фотоприемника 14, и по заранее заложенному алгоритму, значениям эффективного показателя преломления сердцевины 6 первого 2 и второго 11 отрезков оптических волокон, разности эффективного показателя преломления оболочки 8 в чувствительной зоне внутриволоконной решетки 7 первого отрезка оптического волокна 2 и частично вытравленной оболочки 12 в чувствительной зоне внутриволоконной решетки 13 второго отрезка оптического волокна 11, периода внутриволоконных решеток 7 и 13, дисперсионного фактора, термо-оптических коэффициентов сердцевины 6 и оболочки 8 первого 2 и второго 11 отрезков оптических волокон, показателей преломления сердцевины 6 и оболочки 8 первого 2 и второго 11 отрезков оптических волокон и коэффициента термического расширения материала первого отрезка оптического волокна 2 и второго отрезка оптического волокна 11 однозначно определяют измеряемый параметр исследуемой жидкости.

По сравнению с бортовым устройством оценки качества топлива по прототипу, предложенное устройство позволяет разделить измерение показателя преломления и температуры исследуемой жидкости и учитывать ошибку измерения, вызванную нестабильностью температуры топлива.

Все это позволяет говорить о достижении решения поставленной технической задачи - повышении точности оценки качества топлива.

Бортовое устройство оценки качества топлива, содержащее источник оптического излучения, первый отрезок оптического волокна, помещаемый в канал подачи топлива, и первый фотоприемник, соединенный с блоком обработки сигналов, при этом первый отрезок оптического волокна состоит из сердцевины, внутри которой сформирована внутриволоконная решетка, оболочки и защитного покрытия, отсутствующего в зоне внутриволоконной решетки, отличающееся тем, что в него дополнительно введены разветвитель, второй отрезок оптического волокна, аналогичный первому, с частично вытравленной оболочкой в зоне внутриволоконной решетки, и помещаемый в канал подачи топлива параллельно первому отрезку оптического волокна, и второй фотоприемник, при этом выход источника оптического излучения соединен со входом разветвителя, выходы которого через первый и второй отрезки оптических волокон соединены соответственно с входами первого и второго фотоприемников, а выход второго фотоприемника соединен со вторым входом блока обработки сигналов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, а именно к рефрактометрическим средствам измерения показателя преломления жидких и пастообразных веществ, порошков и т.п.

Изобретение относится к носителю (11) и устройству (100) для оптического детектирования в образце (1) в камере (2) для образца. Носитель (11) содержит оптическую структуру (50) для преломления входного светового пучка (L1) в прилегающую камеру (2) для образца, а также для сбора выходного светового пучка (L2) из светового излучения, порожденного в камере (2) для образца входным световым пучком.

Предлагаемое изобретение относится к оптическим измерениям. Способ измерения показателя преломления газовых сред основан на измерении частоты одночастотного перестраиваемого лазера, настроенного на максимум выбранной моды высокостабильного интерферометра Фабри-Перо, когда межзеркальное пространство заполнено газовой средой и когда оно вакуумировано.

Изобретение относится к оптике и может быть использовано для измерения показателя преломления твердых веществ. .

Изобретение относится к физике атмосферы и может быть использовано при определении структурной характеристики показателя преломления, параметра Штреля и радиуса Фрида.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для бесконтактного определения времени жизни неравновесных носителей заряда в тонких полупроводниковых пластинках.

Изобретение относится к оптике конденсированных сред и может быть использовано для определения оптических постоянных твердых тел с отрицательной действительной частью диэлектрической проницаемости.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано в жидкостной хроматографии. .

Изобретение относится к области детектирования аналитов в среде. .

Изобретение может быть использовано для определения показателя преломления вещества частиц, образующих упорядоченные многослойные дисперсные структуры, такие как фотонные кристаллы и коллоидные кристаллы. Способ заключается в помещении структуры в среду с известным спектром показателя преломления, нахождение длины волны λPBG, на которой имеет место минимум коэффициента когерентного пропускания минимума фотонной запрещенной зоны (ФЗЗ) и его значения TPBG. Определенными значениями показателя преломления частиц считаются такие значения показателя преломления частиц, при которых совпали 1) спектральные положения, 2) спектральные положения и значения экспериментальных и рассчитанных минимумов коэффициента когерентного пропускания фотонной запрещенной зоны. Изобретение обеспечивает определение показателя преломления частиц, образующих упорядоченные трехмерные дисперсные структуры. 2 н.и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к получению и исследованию метаматериалов, в частности к оптической диагностике материалов с отрицательным показателем преломления. В способе определения оптического метаматериала, включающем падение коллимированного светового пучка под углом на пластинку исследуемого материала, на обе ее поверхности наносят диэлектрические и непрозрачные для светового пучка покрытия, при этом световой пучок проходит внутрь пластинки через входное окно, соизмеримое с толщиной пластинки и выполненное по центру в одном из покрытий. По положению выходного светового пучка относительно нормали к границе раздела сред в точке падения определяют принадлежность пластинки к метаматериалу. Способ прост в экспериментальной реализации, технологичен и надежно идентифицирует метаматериал с отрицательным показателем преломления. 3 н.п. ф-лы, 3 ил.

Последовательный датчик волнового фронта большого диоптрийного диапазона для коррекции зрения или выполнения оценочных процедур включает в себя устройство для сдвига волнового фронта и выборки волнового фронта. Устройство выборки включает в себя систему передачи, которая представляет собой 4-F систему передачи. Особенность устройства заключается в расположении сдвигающего элемента - зеркала перед апертурой в пространстве изображения волнового фронта. Технический результат заключается в обеспечении возможности расположения устройства сдвига пучка волнового фронта так, чтобы оно осуществляло полный захват и сдвиг всего пучка для поперечного сдвига передаваемого волнового фронта. 8 н. и 44 з.п. ф-лы, 19 ил.

Изобретение используется для контроля качества многослойных сверхпроводников в процессе изготовления. Сущность изобретения заключается в том, что в процессе изготовления ленточного сверхпроводника исследуемые поверхности облучают световым потоком и регистрируют параметры отраженного светового потока, по которым определяют показатели преломления слоев. Показатели преломления слоев определяют с помощью предварительно полученных тарировочных зависимостей остроты кристаллографической текстуры слоев сверхпроводника от значения показателя преломления. Полученные значения показателей преломления сравнивают с диапазонами значений показателей преломления, обеспечивающими плотность критического тока сверхпроводника не менее 1·106 А/см2. Технический результат: обеспечение возможности мобильным образом с высокой скоростью контролировать качество слоев ленточного сверхпроводника. 1 табл., 5 ил.
Наверх