Индикатор уровня жидкости

 

И!. :Ы.-,, . ОЭМА кот" . М

Сокзз Советскик

Социалистических

Респубики (и1735926

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлеио24.06.77 (21) 2499518f18-1 с присоединением заявкй.% (51) М. Кл.

5 01 F 23/22

Гвеударстоонный квинтет (23) П риоритет

Опубликовано 25.05,80. Бюллетень,%19 !

Дата опубликования описания 27.05.80

IIn деааи изобретений и открытий (53) УДК 681.128. .6 5(088. 8 ) С. К. Моршнев, А. С. Рябов, В. Н.. Волохов, М. E. Жаботинский, А. В. Францессон и B. С. Ивановский (72) Авторы изобретения

Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники АН СССР (71) Заявитель.(54) ИНДИКАТОР УРОВНЯ ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для индикации уровня жидкости, например топлива, в авиационной, автомобильной, хлмической и других областях промышленности.

Известно устройство для измерения уровня жидкости в емкости, содержащее источник светового излучения, соединенный с излучающим волоконным световодом, и приемный волоконный световод, связанный с регистрирующим устройством, причем излучающий и приемный концы световодов оптически соединены с пс мощью преломляющей призмы (11. Однако в э том устройс.гве свет на

15 сравнительно длинном участке распрост раняется вне волоконного световода в виде расходящего пучка, что, даже при сравнительно небольшой апертуре излучающего волоконного световода, приводит к большим потерям в интенсивности принимаемого вторым волоконным световодом света. Кроме того, необходима точная юстировка относительно один друго о трех элементов конструкции: излучающего и приемного концов двух световодов и преломляющей призмы, что усложняет устройство и снижает его надежность. Повышает сложность изготовления устройства и. необходимость полировки призмы. Призма и поддерживающие элементы конструкции имеют

5ольшой вес по сравнению с весом волоконного световода, что ограничивает применение устройства, например, в авиационной промышленности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является индикатор уровня жидкости, содержащий световод, выполненный из оптического волокна с изгибом, источник светового излучения и регистрирующее устройство, расположенные соответственно у входного и выходного концов световода, IIpweM рабочий участок световода выполнен из оптйческого волокна без оболочки 12), 3 73592

Недостатком такого устройства явля- ется низкая точность измерений, обусловленная тем, что участок световода без оболочки должен иметь значительную протяженность, необходимую для выхода

sa световода большей части излучения при погружении его в. жидкость. Кроме того, надежность измерений такого индикатора невелика, так как регистрация производи тся по одному оптическому ка;налу. Кроме того, необходимость удаления о6олочки с рабочего участка световода ус- ложняет изготовление устройства.

Цель изобретения — повышение точности измерения;

В предлагаемом индикаторе, содержащем световод, выполненный из оптичес кого волокна с изгибом, источник све-тового излучения и регистрирующее устройство, расположенные соответственно у входного и выходного концов световода, оггическое волокно имеет сердцевину и оболочку, а изгиб выполнен по радиусу, величина которого определяется из соот ношения 25 и„ 1 но+т1

30 (4) где и - показатель преломления материала оболочки волокна; и,„- показатель преломления материала сердцевины волокна; — радиус оболочки волокна; у — радиус сердцевины волокна, Для повышения надежности измерения 55 индикатор содержит второй световод, входной конец которого расположен напротив изгиба первого световода, а выходной конец соединен с регистрирующим устройством.

Индикатор обладает высокой точностью измерений благодаря тому, что рабочий участок световода, выполнейный с изгибом указанного радиуса, имеет малую длину," при этом выбранный радиус изги- 45 ба способствует наиболее полному выводу излучения из световода при погружении его рабочего участка в жидкость.

Наличие оболочки на всем протяжении во50 локна упрощает изготовление индикатора и повышает его механическую прочность.

Введение второго световода дополнительно повышает надежность измерения . так как индикация уровня жидкости при

55 этом ведется путем регистрации двух сигналов, На фиг. 1 схематически показано предлагаемое устройство, общий вид; на

6 4 фиг. 2 — участок световода, имеющий изгиб.

Устройство содержит волоконный световод 1 с участком, имеющим изгиб

2 радиуса R, источник светового излучения 3 и регистрирующее устройство

4, расположенные в одном оптическом канале соответственно с входным 5 и выходным 6 участками световода. Устройство смонтировано в емкости 7 так, чтобы участок световода с изгибом 2 был расположен в жидкости 8.

Устройство содержит второй волоконный световод 9, входной конец 10 которого расположен в емкости 7 напротив изгиба 2 первого световода 1, а выходной конец 11 соединен с регитрируюшим устройством4. Выходные концы 6 и 11 обоих световодов 1 и 9 соединены с логической схемой сравнения регистрирующего устройства 4. На фиг. 2 показан участок световода 1, имеющий изгиб 2, причем световод выполнен в виде оптического волокна с сердцевиной 12 радиуса р и оболочкой 13 с радиусом у

Устройство работает следующим об- разом.

Световое излучение от источника 3 поступает.во входной конец 5 световода

1 из оптического волокна и распространяется преимущественно по сердцевине

12 за счет явления полного внутреннего отражения на границе сердцевина

12 - оболочка 13. На участке изгиба

2, радиус которого R. удовлетворяет указанному выше соотношению, световое излучение выходит из сердпевины 12 и распространяется по оболочке 13, не покидая ее (см. фиг. 2а). Действительно (см. фиг. 2а), наименьший радиус

R изгиба 2, при котором излучение нйн еше не выходит из сердцевины 12 световода 1, определяется из треугольника гце a — угол падения светового излучения равен углу полного внутреннего отражения, т.е.

Sinn< <= (2) и где n. — показатель преломления мате-.

4 .риала оболочки 13,- показатель преломления мао териала сердцевины 12.

Из равенства (2) и (1) следует

nÎ + И3.

Р р мин (3)

При величине радиуса изгиба

R мин

73892 световое излучение выходит из сердце-, вины 12 в оболочку 13. Для того чтобы оно распространялось в оболочке 13 в условиях, когда участок изгиба 2 световода 1 не погружен в жидкость 8

5 (т.е. окружающей средой является возаух), необходимо, чтобы радиус изгиба удовлетворял неравенству

n + (5)

n -1 о (показатель преломления воздуха принят равным 1).

Таким образом, при величине радиуса изгиба 2, удовлетворяющей соотношениям (4) и (5),.световоеизлучение на участ 15 ке изгиба распространяется в оболочке

13, если этот участок не погружен в жидкость 8, и пройдя участок изгиба 2, снова частично попадает в сердцевину 12 и поступает в регистрирующее устрой- 2С ство 4. При погружении участка изгиба 2 в жидкость 8 с коэффициентом преломления, большим и, условия полного внутреннего отражения света в оболочке нарушаются и световое излучение 25 выходит в жидкость 8. При этом интенсивность. излучения, пос гупающего из световода 1 в регистрирующее устройство 4, резко уменьшается. Тем самым осуществляется индикация уровня жидкос- 30 ти и емкости.

Устройство содержит второй световод 9. Световое излучение, покинувшее оболочку 13 при погружении участка изгиба 2 световода 1 в жидкость 8, час- 35 тичи-> попадает во входной конец 10 световода 9 и поступает в регистрирующее устройство 4. В этом случае сигнал на выходе регистрирующего устройства 4 появляется тогда, когда излучение на 40

6 . 6 вход этого устройства поступает из световода 9, а интенсивность излучения на выходе световода 1 незначительна.

Формула изобретения

1. Индикатор уровня жидкости, содержащий световод, выполненный из оптического волокна с изгибом, источник светового излучения и регистрирующее устройство, расположенные соответственно у входного и выходного концов световода, отличающи йся тем, что, с целью повьпцения точности измеpeHas, оптическое волокно имеет сердцевину и оболочку, а изгиб выполнен по радиусу, величина которого определяется из соотношения и+!

+A

r

° ф н-1 п а о а где — показатель преломления мате1 риала оболочки волокна;

n — показатель преломления серд цевины волокна; — радиус оболочки волокна P — радиус сердцевины волокна.

2. Индикатор по п. 1, о т л и -, ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности измерений, он содержит второй световод, входной конец которого расположен напротив изгиба первого световода, а выходной конец соединен, с регистрирующим устройством.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции № 2219403, кл. Gj 01 F 23 /22, опублик. 1 974.

2. Патент Великобритании

% 1463810, кл. 1 Н, опублик.

09.02.1977, (прототип).

735926

Составитель А. Афонин редактор T. Иванова Техред Я. Бирчак Корректор А. Грипенко

Заказ 2411/32 Тираж 801 Подписное

ЫНИИПИ государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4