DE3247192A1

DE3247192A1 - Fibre-optic liquid-level measuring device

Info

Publication number: DE3247192A1
Application number: DE19823247192
Authority: DE
Inventors: Ralf Prof. Dipl.-Phys. Dr. 7803 Gundelfingen Kersten; Heinrich Ing.(grad.) 7801 March Schulte; Karl Dipl.-Phys. Dr. 7800 Freiburg Spenner
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1982-12-21
Filing date: 1982-12-21
Publication date: 1984-07-05
Also published as: DE3247192C2

Abstract

A fibre-optic liquid-level measuring device has a first optical fibre (3) assigned to a light source (2) and a second optical fibre (4) assigned to a light detector (1). The two ends of the optical fibres (3, 4) are joined via a transparent joining element (7). The joining element couples a portion of the light from the optical fibre (3) into the optical fibre (4). The light intensity guided over is a function of the reflectance behaviour of the joining member (7). Depending on whether the joining member (7) dips into the liquid or not, more or less light is coupled into the optical fibre (4) and measured at the detector (1). <IMAGE>

Description

Faseroptische Flüssigkeit s,keitsstandsmeßvorrichtungFiber optic liquid level measuring device

Die Erfindung betrifft eine faseroptische Flüssigkeitsvorrichtung mit einem ersten einer Lichtquelle zugeordneten Lichtwellenleiter und einem zweiten einem Detektor zugeordneten Lichtwellenleiter, wobei die Enden des ersten und des zweiten Lichtwellenleiters über einen optisch durchlässigen Körper verbunden sind, der in die zu überwachende Flüssigkeit eintaucht. Flüssigkeitsstände lassen sich auch auf andere Weise mit fiseroptischen Sensoren erfassen. Einmal gibt es die Möglichkeit der Reflexionsmessung.The invention relates to a fiber optic fluid device with a first optical waveguide assigned to a light source and a second an optical waveguide associated with a detector, the ends of the first and the second optical fiber are connected via an optically transparent body, which is immersed in the liquid to be monitored. Fluid levels can be also detect in other ways with fiseroptical sensors. Once there is the possibility the reflection measurement.

Hierzu wird ein konisch angeschliffenes Faserende als Sensor verwendet. Das in.die Faser eingekoppelte Licht wird am trockenen Faserende weitgehend reflektiert.. Sobald das Faserende aber eintaucht, tritt das Licht in die Flüssig-. A conically ground fiber end is used as a sensor for this purpose. The light coupled into the fiber is largely reflected at the dry fiber end. As soon as the end of the fiber is immersed, however, the light enters the liquid.

keit aus. Das reflektierte Licht wird über einen optischen Strahlteiler oder über einen Faserkoppler vom eigekoppelten Licht getrennt, und dann einem Detektor zugeführt. Der Nachteil an diesem Verfahren ist, daß ein Faserkoppler in der Herstellung aufwendig ist und eine hohe optische Dämpfung hat.Strahlteiler benötigen spezielle Justiervorrichtungen.Zur Vermeidung dieser Probleme kann man auch im Durchlicht Flüsskgeitsgrenzwerte bestimmen. Hierbei wird das Licht durch eine U-förmig gekrümmte Faser geleitet. E2 ml Die Lichtmenge, die an der Faserkrümmung ausgekoppelt wird, hängt davon ab, ob die Faserkrümmung in die Flüssigkeit eintaucht. Die durch die gekrümmte Faser gehende Intensität wird gemessen. Nachteilig in dieser bekannten Meßmethode ist, daß der U-förmige Sensor nur geringe Signaländerungen zwischen eingetauchtemund trockenem Zustand aufweist und daß die Höhenauflösung in der Größenordnung des Krümmungsdurchmessers liegt und damit relativ ungenau ist.from. The reflected light is sent through an optical beam splitter or separated from the coupled light via a fiber coupler, and then a detector fed. The disadvantage of this method is that a fiber coupler is being manufactured is complex and has a high optical attenuation. Beam splitters require special Adjustment devices. To avoid these problems, one can also use transmitted light Determine liquid limit values. Here the light is curved through a U-shape Fiber guided. E2 ml The amount of light that is coupled out at the curvature of the fiber, depends on whether the curvature of the fiber is immersed in the liquid. The through the curved Intensity going fiber is measured. Disadvantageous in this known measuring method is that the U-shaped sensor has only slight signal changes between immersed and dry state and that the height resolution in the order of magnitude of the diameter of the curvature and is therefore relatively imprecise.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine faseroptische Flüssigkeitsmeßvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der auf einfache Art ein Flüssigkeitsstand bestimmt werden kann.On the basis of this prior art, the object of the invention is to be found based on a fiber optic liquid measuring device of the type mentioned to create, with which a liquid level can be determined in a simple way.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden Enden zweier Lichtwellenleiter durch einen optisch transparenten Körper verbunden sind.The object is achieved according to the invention in that the two ends two optical fibers are connected by an optically transparent body.

Der Körper leitet das in den ersten Lichtwellenleiter eingekoppelte Licht in den zweiten Lichtwellenleiter, wobei die geleitete Lichtintensität von der Brechzahldifferenz zwischen Verbindungskörper und umgebendem Medium abhängt.The body conducts what is coupled into the first optical waveguide Light in the second optical fiber, the guided light intensity of depends on the difference in refractive index between the connecting body and the surrounding medium.

Zweckmäßige Ausbildungen und Anordnungen des Verbindungskörpers sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Appropriate designs and arrangements of the connecting body are characterized in the subclaims.

Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung, Fig. 1 und Fig. 2, näher erläutert. Es zeigen: Fig.1 eine Darstellung zur Erläuterung des Funktionsprinzips eines faseroptischen Koppelsensors, der in der erfindungsgemäßen faseroptischen Flüssigkeitsstandsmeßvorrichtung Verwendung findet.The invention is illustrated by an exemplary embodiment based on the drawing, Fig. 1 and Fig. 2, explained in more detail. The figures show: FIG. 1 a representation for explanation of the functional principle of a fiber optic coupling sensor that is used in the inventive fiber optic liquid level measuring device is used.

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen faseroptischen Flüssigkeitsstandsmeßvorrichtung und Fig. 3 eine Kennlinie der Flüssigkeitsmeßvorrichtung gemäß Fig. 2.Fig. 2 shows an embodiment of a fiber optic according to the invention Liquid level measuring device and FIG. 3 shows a characteristic curve of the liquid measuring device according to FIG. 2.

Das Prinzip der faseroptischen Flüssigkeitsstandsmeßvorrichtung ist in Fig. 1 dargestellt. Das Licht einer beliebigen Lichtquelle 2 wird teilweise in einen ersten Lichtwellenleiter 3 eingekoppelt und an den Meßort geleitet. Am Ende des Lichtwellenleiters ist ein transparenter Verbindungskörper 7, der den ersten (3) und den zweiten (4) Lichtwellenleiter verbindet, angebracht. Dieser Verbindungskörper hat die Aufgabe, einen Teil des Lichts vorn Lichtwellenleiter 3 in den Lichtwellenleiter 4 zu übertragen. Dies kann durch Reflexion an der Oberfläche des Körpers geschehen. Ein Teil des Lichtes wird in den Lichtwellenleiter 4 reflektiert und am Detektor gemessen. Die Menge des reflektierten Lichtes hängt von der Brechzahl des umgebenden Mediums 6 ab. Da die Brechzahl von Flüssigkeiten stets größer als die von Gasen ist, wird in eingetauchtem Zustand weniger Licht in den Lichtwellenleiter 4 gekoppelt als im trockenen Zustand. Zweckmäßigerweise wird die Oberflächenform des Verbindungskörpers so gestaltet, daß eine große Änderung zwischen eingetauchtem und trockenem Zustand entsteht. Eine erfindungsgemäße Ausführung hierzu ist in Fig. 2 aufgezeigt. Der Verbindungskörper ist als gleichschenkliges Prisma ausgeführt. Das auf die Prismenschenkel 7 auftreffende Licht wird in trockenem, nicht eingetauchtem Zustand durch geeignete Wahl des Prismenwinkels und dessen Brechzahl total reflektiert. In eingetauchtem Zustand wird das Licht weitgehend in die Flüssigkeit 6 ausgekoppelt, da dann die Totalreflexion nicht mehr gegeben ist. In Fig. 3 ist die am Detektor 1 gemessene Lichtintensität für den trockenen und eingetauchten Zustand dargestellt.The principle of the fiber optic liquid level measuring device is shown in Fig. 1. The light from any light source 2 is partially in a first optical waveguide 3 is coupled in and passed to the measurement location. At the end of the optical waveguide is a transparent connecting body 7, the first (3) and the second (4) optical fiber connects, attached. This connecting body has the task of transferring some of the light from the front of the optical waveguide 3 into the optical waveguide 4 to transfer. This can be done through reflection on the surface of the body. Part of the light is reflected in the optical waveguide 4 and at the detector measured. The amount of reflected light depends on the refractive index of the surrounding Medium 6. Because the refractive index of liquids is always greater than that of gases is, less light is coupled into the optical waveguide 4 in the submerged state than when dry. The surface shape of the connecting body is expedient Designed to allow a large change between submerged and dry conditions arises. An embodiment according to the invention for this purpose is shown in FIG. Of the The connecting body is designed as an isosceles prism. That on the prism legs 7 incident light is in a dry, not immersed state by suitable Choice of prism angle and its refractive index totally reflected. In immersed State becomes the light largely decoupled into the liquid 6, because then the total reflection is no longer given. In Fig. 3 is the one on the detector 1 measured light intensity for the dry and submerged state is shown.

Anstelle eines volltransparenten Verbindungskörpers 5 kann auch ein optisch streuender Körper Verwendung finden. Das vom Lichtwellenleiter 3 geführte Licht gelangt in den Streukörper und wird dort in alle Richtungen gestreut. Die Lichtmenge, die nach zahlreichen Streuvorgängen in den Lichtwellenleiter 4 gelangt, hängt vom Reflexionsgrad der Körperoberfläche ab, der durch die Brechzahl des umgebenden Mediums gegeben ist. Dieses nicht in einer Abbildung dargestellte Ausführungsbeispiel liegt dem Unteranspruch 3 zugrunde.Instead of a fully transparent connecting body 5, a find optically scattering body use. The guided by the optical fiber 3 Light reaches the diffuser and is scattered there in all directions. the Amount of light that reaches the optical waveguide 4 after numerous scattering processes, depends on the degree of reflection of the body surface, which is determined by the refractive index of the surrounding Medium is given. This embodiment is not shown in a figure is the basis of the dependent claim 3.

Literatur: [1] Pitt G.D., M.M. Ramsay and D. Grey, Fibre optics in the marine environment, Trans. I Mar E (TM) , 92, 66-75, 1980 [23 Sharma M. and R.E. Bocks, Fiber optic sensingin cryogenic environments, SPIE, 224, 46-52, 1980Literature: [1] Pitt G.D., M.M. Ramsay and D. Gray, Fiber optics in the marine environment, Trans. I Mar E (TM), 92, 66-75, 1980 [23 Sharma M. et al RE. Bocks, Fiber optic sensing in cryogenic environments, SPIE, 224, 46-52, 1980

Claims

Fiber optic liquid level measuring device Patent claims ß fiber optic Liquid level measuring device with a first (3) associated with a light source (2) Optical waveguide and a second (4) optical waveguide assigned to a light detector (1) characterized in that the first and second optical waveguides have a optically transparent body (5) of any shape are connected, so that a part of the light from the first optical waveguide (3) into the optical waveguide (4) will.

2) Display device according to claim 1, characterized in that the optically transparent body (5) is designed as a prism, the edges of which are partially the light from the first optical fiber (3) into the second optical fiber (4) reflect.

3) Display device according to claim 1, characterized in that the optically transparent body (5) is designed as an optical diffuser, see above that part of the scattered light from the first optical waveguide (3) to the second Optical fiber (4) is scattered.