ES2213411A1 - Sistema sensor optico para medida de nivel en entornos criticos. - Google Patents
Sistema sensor optico para medida de nivel en entornos criticos.Info
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Abstract
La invención se refiere a un sistema sensor óptico para medida de nivel que consiste en una cabeza transductora (1), enlaces de fibra óptica (21,22), un bloque transmisor/receptor de adquisición/procesado (3) y un bloque de monitorización (4). De la cabeza transductora sale un haz luminoso que se refleja en la superficie del medio cuyo nivel se desea medir. La señal luminosa reflejada posee información dependiente de la distancia recorrida por el haz, permitiendo la medida continua del nivel. El sistema es escalable, pudiendo medir simultáneamente el nivel en distintos puntos o tanques y es compatible con un enlace de alta capacidad. El sistema, sin despreciar otras aplicaciones, mide el nivel en depósitos, en el sector del automóvil, aeroespacial, energético, alimenticio y en todo sector industrial en el que se utilicen tanques de almacenamiento; trabajando eficientemente en entornos extremos: inflamables, elevadas temperaturas, contaminación electromagnética, alta radiación, requerimientos de peso reducido, permitiendo un control remoto.
Description
Sistema sensor óptico para medida de nivel en
entornos críticos.
La presente invención se refiere a. un nuevo
sistema sensor para la medida de nivel en situaciones críticas
tales como entornos inflamables, atmósferas explosivas, elevadas
temperaturas, contaminación electromagnética, alta radiación,
requerimientos de peso reducido, de forma que sea necesario
realizar una medida remota. Además permite que la información sea
registrada en tiempo real con lazos de redundancia que permitan un
camino alternativo para la transmisión de la información en caso de
fallo de alguno de los puntos de medida. Las mejoras que presenta
frente a otros sistemas disponibles estriban en su capacidad de
medida en dichos entornos críticos debido a la ausencia de señales
eléctricas en la zona de medida y su capacidad intrínseca de control
remoto, gracias al uso exclusivo de fibras ópticas en el punto de
medida, así como la utilización de una técnica novedosa en la
forma de colimar el haz hacia la superficie y de recolectarlo que
mejora su sensibilidad con una técnica sencilla y de bajo
coste.
Como aplicaciones concretas de interés se
mencionan dos, sin detrimento de otras múltiples de interés. En los
tanques que transportan el combustible a las estaciones de
distribución, se podría disponer de un sistema automático para el
control preciso de la cantidad de combustible que reciben,
verificando que se corresponde con el pedido solicitado. Se
utilizaría además un sistema que no necesite de una inspección
visual de nivel de líquido entregado que fuerce a mantener abierto
el depósito, con la consiguiente emisión de vapores contaminantes
a la atmósfera. Los cuales, si bien considerados de forma
individual pueden resultar despreciables, éste no es el caso si se
computa el número de tanques que se abren diariamente en el
territorio nacional o europeo, deteriorando el medio ambiente. En
las piscinas de almacenamiento de combustible en centrales
generadoras de energía, durante las paradas de mantenimiento del
reactor, sería útil disponer de un sistema para la medida de nivel
intrínsecamente seguro y automatizado.
Esta invención se encuadra en el área de
optoelectrónica, concretamente en sensores óptico.
Hay muchas formas posibles de medir el nivel en
depósitos. Por un lado están las técnicas de tipo indirecto, como
las basadas en la medida de la presión hidrostática, absoluta o
diferencial, o en el principio de Arquímedes, en ambos casos se
producen errores asociados a la necesidad de correcciones de
parámetros auxiliares como la densidad y por ello, la medida
remota es difícil. Además, si son de tipo intrusivo presentan
desventajas como la dificultad de medida en líquidos corrosivos,
viscosos, etc. Otras técnicas intrusivas indirectas son aquellas
que hacen uso de propiedades eléctricas: capacidad, conductividad,
resistencia, las cuales, debido a su carácter eléctrico, no son
adecuadas en atmósferas explosivas, inflamables o contaminadas
electromagnéticamente. Algunas técnicas directas como el uso de
flotadores que se desplazan a medida que varía el nivel de
líquido, también son intrusivas. En las técnicas directas visuales
el control remoto y automático es imposible. Otras técnicas
directas son aquellas basadas en la reflexión de ondas ultrasónicas
u ondas de radio en la superficie de un material. Las ondas
ultrasónicas no son adecuadas en situaciones críticas de presión o
temperatura salvo utilizando técnicas correctoras adecuadas que
encarecen el coste. Las técnicas de radar presentan el inconveniente
del coste. Además, en ambos casos se requieren cabezas emisoras
que necesitan de una alimentación eléctrica que dificulta su uso en
atmósferas explosivas, inflamables o contaminadas
electromagnéticamente (consúltese la lista de productos de la firma
"Bruno Schillig", fabricante de productos de medición,
control de caudal y nivel desde 1956, que se haya disponible en la
dirección de internet www.schillig.com.ar).
Se plantea la necesidad de utilizar una técnica
que permita la monitorización continua del nivel sin necesidad de
componentes eléctricos o señales en la proximidad de la medida, de
forma que posea seguridad intrínseca. Esta característica se puede
conseguir utilizando ondas luminosas guiadas hasta el depósito cuyo
nivel se desea medir. Para ello se pueden utilizar sensores de
fibra óptica que además presentan ventajas adicionales por su bajo
peso, sus características como buen medio de transmisión y sus
costes competitivos. Parte de estas ventajas ya han sido utilizadas
para la medida de otras magnitudes como vibraciones y
aceleraciones como se referencia en la patente española
ES2124158.
Se han desarrollado sensores basados en fibras
ópticas para la medida de nivel utilizando diferentes técnicas.
Sensores intrusivos digitales (véase el artículo de la revista
IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol.27, n° 1,
174-178, 1998). Sensores no intrusivos basados en
la atenuación de la amplitud de la señal óptica, pero limitados a
depósitos transparentes de forma que se proyecta la luz sobre sus
paredes (véase la patente US3808887), otros utilizando fibras
monomodo de reducida apertura numérica, de forma que se reduce su
capacidad de recolectar la luz reflejada (véase el artículo de la
revista App. Optics, Vol.31, n° 1, 51-54, 1992).
Sensores de desplazamiento utilizando fibras de mayor diámetro, 76
\mum, sin lentes (véase la patente US3327584) o con lentes pero
con una disposición que expande el haz a medida que se propaga,
acotando con ello su sensibilidad y rango de medida a 12.7 cm, véase
la Figura 5 en las patentes US3940608, US5073027. Sensores con
fibras ópticas de plástico de mayor apertura numérica, pero
utilizando técnicas de triangulación y midiendo sobre superficies
difusas (véase la contribución al congreso POF'93,
171-173, 1993). Los más sencillos y de menor coste
son los de intensidad que incluyen técnicas para compensar el
efecto de las fluctuaciones en intensidad: del emisor, pérdidas en
la fibra o cambios en la reflectividad de la superficie (véase la
patente US4488813, los artículos: Optical Fiber Technology, 4,
490-498, 1998 y OFMC'99, 225-228,
1999). También se han desarrollado transductores láser para la
medida de nivel, a partir de la señal reflejada midiendo el
desfase entre la señal emitida y la recibida, el tiempo de vuelo
(véanse las patentes US5648844, WO9956093), o la frecuencia de
oscilación del emisor realimentado negativamente con la señal
recibida (véanse las patentes US5309212, US4938590). En concreto,
en WOP9956093 se propone además el uso de fibras ópticas para
llevar la señal del láser hasta el depósito de medida. Pero frente
al sistema propuesto en este documento, utiliza una configuración
distinta en la ubicación relativa de las lentes y las fibras;
además de emplear un principio de medida distinto y limitar la
funcionalidad del sistema a la medida de nivel. Para evitar la
influencia de las fluctuaciones de la superficie (véase la patente
US5899111) se propone el uso de un tubo que acote la zona de
medida. Por otro lado, hay resultados experimentales que muestran
la capacidad de utilizar fibras ópticas de plástico en entornos
radiactivos (véase el artículo POF'93, 99-104,
1993).
De todo lo anterior, y según nuestro conocimiento
se desprende que el sistema sensor objeto de esta patente reúne
los requisitos diferenciadores, de inventiva innovadora y de
aplicabilidad industrial.
Un esquema del sistema sensor se muestra en la
Fig. 1. Donde se observa que consta de una cabeza transductora
(1), enlaces de fibra óptica (2_{1},2_{2}), un bloque
transmisor/receptor de adquisición/procesado (3) y un bloque de
monitorización (4).
De la cabeza transductora sale un haz luminoso
que se refleja en la superficie del medio cuyo nivel se desea
medir. La señal luminosa reflejada posee información dependiente
de la distancia recorrida por el haz, permitiendo la medida continua
del nivel. La utilización de fibras ópticas para llevar la señal
al punto de medida posibilita su uso en entornos contaminados
eléctrica, magnética o electromagnéticamente. Por otro lado, el
carácter inerte de la fibra posibilita su uso en atmósferas con
gases inflamables como en las gasolineras. Su bajo peso, potencia
su uso en sectores como la automoción y la aviónica. Si además se
realizan diseños con fibras específicas que soporten altas
temperaturas y altas dosis de radiación aumenta su aplicabilidad
industrial en entornos críticos (en esta terminología se incluyen
todos los casos anteriores, es decir, aquellos entornos en los
cuales los sistemas electrónicos convencionales necesitan de
modificaciones especiales y costosas para su aplicación).
El sistema es escalable, pudiendo medir
simultáneamente el nivel en distintos puntos o tanques incluyendo
lazos de redundancia. La técnica de multiplexación varía en el caso
de que varias cabezas sensoras compartan un mismo emisor frente al
uso de un emisor por cada sensor; si bien en ambos casos la
información se transmitirá finalmente por una misma fibra gracias
al uso de un elemento óptico pasivo recombinador. El control del
uso de uno u otro lazo de redundancia también se puede realizar con
un conmutador óptico.
Además, la luz reflejada se puede utilizar no
sólo para la medida de nivel sino para la medida indirecta de
otras magnitudes como presión, o presencia de gases u otros
componentes en el fluido a medir el nivel, detectados gracias al
análisis comparativo de los espectros emitido y reflejado. En este
caso, se dispondría de un sistema multisensor en tiempo real de
las distintas magnitudes medidas.
Al final de esta sección aparece una descripción
de los esquemas o planos que se utilizan en la descripción.
Como ya se ha mencionado, el uso exclusivo de
fibras ópticas en el punto de medida permite su utilización óptima
en entornos críticos. Frente a otras disposiciones previas que
incluían fibras ópticas, sin indicación expresa de la idoneidad de
su diseño para uso en algunos de estos entornos, se mejoran las
prestaciones de alcance máximo y sensibilidad gracias al uso de un
diseño especial de la cabeza transductora (véase la Figura 2) de
forma que la lente (11) se utiliza para colimar el haz emergente y
el haz de retorno, ambos con un pequeño ángulo sobre la
perpendicular a la superficie del líquido. Esto se consigue
mediante un adecuado diseño de la cabeza transductora en cuanto al
posicionamiento del centro de la lente (11) frente a las fibras
emisora (5) y receptora (6). Mientras que en los diseños previos
la lente o el sistema de lentes buscan un haz de salida
divergente. La cabeza sensora se debe ubicar por tanto,
perpendicular a la superficie del líquido a medir. Típicamente en
la parte superior del tanque, en la tapa con un soporte a modo de
rosca o bayoneta de acuerdo a los estándares disponibles, por
ejemplo en los depósitos para almacén de combustible.
El funcionamiento del sistema completo es como
sigue. La luz generada por el emisor (19), basado en diodos
emisores de luz LED o láseres, y polarizado con el circuito
excitador (20), se envía a través del canal óptico (2) a la cabeza
transductora correspondiente, accediendo a ella por la fibra óptica
emisora (5). El cono de luz divergente a la salida de dicha fibra
se colima por medio de la lente colimadora/focalizadora (11),
proyectándose hacia la superficie del líquido cuyo nivel se desea
medir. El haz de luz se refleja en la superficie del líquido y
vuelve hacia la cabeza transductora (1), donde es recogido por la
fibra óptica receptora (7) tras ser focalizado por la lente (11).
Esta señal luminosa se convierte al dominio eléctrico por los
fotodetectores (21) PIN o APD o por fototransistores. A continuación
se realiza un acondicionamiento de la señal que incluye la
conversión corriente-tensión, el filtrado,
preamplificación y linealización. De forma que para su procesado
posterior en un PC, así como para su monitorización y para el
control total del sistema se lleva a cabo una digitalización de la
señal. Esto se consigue utilizando un microcontrolador (27) con
conversores analógico-digitales integrados en el
mismo chip. La señal digital a la salida del micro se envía al
puerto serie del PC (30) donde se monitoriza el nivel del depósito
en tiempo real a través de una aplicación software. El envío de la
información al PC se puede realizar por un canal de fibra óptica
(2_{2}) o no, dependiendo de los requerimientos del sistema. En
el caso de utilizar fibras ópticas, en el bloque
transmisor/receptor de aquisición/procesado (3) se incluye el
transmisor encargado de convertir las señales eléctricas de salida
del micro (27) en señales de luz. Y en el bloque de monitorización
(4) se incluye una tarjeta con los conversores de luz a señales
eléctricas compatibles con el puerto serie del PC (30). En el PC
se permite la visualización de los niveles de los depósitos así
como información adicional de interés como el histórico del sistema
tanto en las últimas medidas tomadas como en el estado de las
alarmas que previamente se hayan configurado.
Con respecto a la medida de distancia en sí, se
realiza tras una comparación entre la señal emitida y recibida,
llevada a cabo en el bloque transmisor/receptor de
acondicionamiento/procesado (3) pudiendo tratarse de una comparación
de potencias ópticas, de fases en la subportadora eléctrica que
modularía a la portadora óptica, o de tiempos de vuelo con la
misma disposición de la cabeza transductora (1), pero modificando
la electrónica de la etapa de acondicionamiento y procesado (3) así
como la técnica de modulación del emisor (19). De forma que la
información se encuentre en la amplitud, fase o retardo de la
señal reflejada.
En el caso de una medida de intensidad óptica, la
atenuación experimentada por la radiación tiene una dependencia
exponencial con la distancia recorrida. Esta a su vez es
directamente proporcional al nivel a medir e inversamente
proporcional al coseno del ángulo de salida del haz colimado de la
lente. Existe además un factor de corrección en función del
coeficiente de reflexión de la superficie reflectora cuyo nivel se
desea medir. Las fluctuaciones en la potencia óptica recibida
debidas a fluctuaciones en la potencia emitida por la fuente de
luz, las variaciones de atenuación en la fibra transmisora o las
variaciones en el coeficiente de reflexión en la superficie pueden
afectar a la medida real. Para evitar estas fuentes de error, se
puede por un lado estabilizar en potencia media el emisor y/o
incluir en el diseño otras fibras en la cabeza transductora (1) que
permitan realizar una medida de tipo diferencial. Con ello, además,
se evita la saturación del sistema por la presencia de luz
ambiente en depósitos expuestos a la misma. Este último efecto se
puede reducir ubicando la cabeza transductora en un contenedor
opaco y cerrado.
Si por otro lado la superficie no es estable, se
puede colocar un tubo que comunique la cabeza transductora (1) con
la superficie y aislando de fluctuaciones la superficie donde
incide el haz de luz.
Como ya se ha indicado, el sistema completo, tal
y como se muestra en las Figuras 1, 4 y 5, incluye la
monitorización en tiempo real del nivel de medida en varios puntos
de un mismo tanque o en distintos tanques o depósitos gracias a un
enlace de alta capacidad (2) y la posibilidad de multiplexación de
las distintas señales compartiendo un mismo medio físico. En este
caso, al bloque transmisor/receptor de acondicionamiento y
procesado (3) le llega una única fibra con toda la información
proveniente de los distintos depósitos (véase la Figura 5). Para
lo cual las fibras ópticas receptoras (6) de cada cabeza
transductora se combinan en una única fibra a través de un
distribuidor óptico (31), formado a su vez por uno o varios
elementos ópticos. Además, en el bloque transmisor/receptor de
acondicionamiento y procesado (3) existe la electrónica necesaria
para poder seleccionar la información proveniente de cada
sensor.
Para abaratar costes se puede utilizar una fuente
de luz a compartir por distintas cabezas transductoras a través de
un acopiador direccional o un divisor pasivo en estrella y en caso
de ser necesario, por la técnica de detección o de multiplexación,
se puede utilizar un modulador externo. En este caso el esquema es
equivalente al que se muestra en la Figura 5, pero ahora las
fibras ópticas emisoras (5) de cada cabeza transductora son las
salidas del distribuidor óptico (31).
Para dar mayor robustez al diseño y frente a
sistemas previos se promueve una conectorización de los emisores y
receptores a las fibras ópticas. De forma que se facilite su
aplicabilidad industrial.
Figura 1.- Esquema general de un prototipo del
sistema sensor. 1: cabeza transductora, 2: enlaces de fibra
óptica, 3: bloque transmisor/receptor, de adquisición y procesado,
4: bloque de monitorización. Las zonas Z_{1}, Z_{2} y Z_{4}
se pueden ubicar en entornos críticos.
Fig. 2.- Esquema de la cabeza transductora. 5:
fibra óptica emisora, 6: fibra óptica receptora, 7: pieza base, 8:
pieza soporte inferior, 9: pieza soporte superior, 10: aro, 11:
lente colimadora/focalizadora, 12: tornillos de sujección, 13:
taladros, 14: patín.
Fig. 3.- Esquema del montaje de medida. 15:
perfil con raíl, 16: regla, 17: cilindros de apoyo, 18:
tanque.
Fig. 4.- Esquema del bloque transmisor/receptor
de adquisición y procesado (3) y del bloque de monitorización (4).
19: emisor de luz, 20: circuito excitador, 21: fotodetector, 22:
etapa de acondicionamiento que incluye: (23: conversores
corriente-tensión, 24: filtros, 25:
amplificadores, 26: circuito logarítmico), 27: microprocesador, 28:
conversor electroóptico. 29: circuito adaptador, 30: PC
Fig. 5.- Esquema del sistema sensor aplicado a la
medida en múltiples tanques o puntos de medida. 31: distribuidor
óptico.
Aunque se considera que la información previa es
suficiente para llevar a cabo su implementación, en lo que sigue,
y no excluyendo otras posibilidades de realización, se mostrará
una forma de desarrollar las partes que constituyen el sistema
sensor.
Se presenta la configuración completa en caso de
medida de largo alcance, de forma que en las medidas de corto
alcance es equivalente, salvo por la posible ausencia de la lente
(11). La cabeza sensora está compuesta de una fibra emisora (5) por
donde sale la luz que incide sobre la superficie cuyo nivel se
desea medir, tras la reflexión, la luz atenuada y desfasada es
recolectada por la fibra receptora (6). Para posicionar ambas
fibras convenientemente con respecto a la lente (11) y obtener un
mayor alcance al colimar el haz de salida y focalizar el haz
reflejado, se necesita un soporte mecánico. Este soporte está
compuesto por una pieza base (7) que tiene forma de "L" y es
la que aguanta las demás piezas (8,9,10), así como a la lente (11)
y cuenta con 3 taladros (13). Los taladros (13) junto con los
tornillos (12) correspondientes, ajustan la pieza soporte inferior
(8) a la pieza base (7), la pieza soporte superior (9) a la pieza
soporte inferior (8), con las fibras (5,6) fijas a modo de
estructura de sandwich, y dos taladros que sirven para atornillar
la pieza base (7) a un patín (14), y poder así deslizarla sobre un
raíl (15). La pieza soporte inferior (8) junto con la pieza soporte
superior (9) aprisiona las fibras (5,6) y se puede deslizar
horizontalmente sobre la pieza base (7) hasta 1 cm. La lente (11)
se sujeta a la pieza base (7) por medio de un aro de plástico (10),
consiguiéndose un buen ajuste, sin holguras, y sin deteriorar la
lente. Se aumenta la altura de la pieza base (7), para evitar que
el haz emisor se obstaculice con el raíl (15), por medio de un par
de cilindros (17).
Sin eliminar otras alternativas de sujeción de la
cabeza transductora (1) al tanque en su parte superior, se indica
la siguiente descripción de un posible montaje de medida. Se monta
la cabeza transductora (1) sobre un raíl (15) que lleva adherida una
regla graduada (16) con una división mínima de 1 mm.
Existen dos variantes según se utilice en la zona
Z_{1} para realizar la medida en sí, o en la zona Z_{3} para
aumentar el alcance del enlace. Se muestra en esta realización
preferente el caso de un alcance del orden de decenas de metros, de
forma que no es necesario desarrollar el enlace 2_{2}. El enlace
de fibra 2_{1} está compuesto por la fibra óptica emisora (5) y
la fibra óptica receptora (6), siendo ambas una continuación de las
fibras presentes en la cabeza transductora (1). Ambas son fibras
de plástico de forma que el esquema así propuesto presenta un
coste reducido y de fácil conexionado.
La etapa de transmisión consta de una fuente de
luz (19) que envía la señal a la fibra emisora (5), en las medidas
de largo alcance la fuente a utilizar será preferentemente un
láser, mientras en las de corto alcance se recomienda el uso de un
LED de menor coste. En ambos casos se acompaña de la electrónica
de excitación (20), con estabilización en potencia media, si no se
utiliza una técnica de medida diferencial.
La radiación luminosa atenuada tras la
propagación y reflexión, recolectada por la fibra receptora (6),
es detectada por el fotodetector (21) de la etapa receptora. La
fotocorriente generada se convierte en tensión por medio de un
conversor I-V (23), se filtra (24), se amplifica
(25), se linealiza por medio de un circuito logarítmico (26). Se
amplifica y ajusta el nivel de cero de la señal de salida con una
nueva etapa amplificadora (25). Obteniéndose una señal eléctrica
proporcional al nivel del depósito. Esta señal se procesa con un
microcontrolador (27) cuyas funciones son: conversión
analógico-digital de los datos de entrada para su
posterior transmisión y monitorización, almacenamiento de datos y
promediado de los mismos, conversión de la señal de entrada en el
nivel del depósito, envío por el puerto serie del dato de la altura
codificado.
El microcontrolador (27) envía los datos al
puerto serie del PC (30) y se visualizan en la pantalla del mismo
por medio de una interfaz de usuario. El programa se desarrolla en
BORLAND C++, sin detrimento de otras alternativas, incluido el uso
de aplicaciones comerciales: HPVEE, LABVIEW, LABWINDOWS..., y
posee varias opciones: pantalla de monitorización (visualización de
resultados textual y gráfica así como de alarmas), pantalla de
configuración del rango (elección del nivel máximo y mínimo a
visualizar o de activación de alarmas), pantalla con el histórico
(visualización de medidas anteriores), pantalla de configuración
de variables (n° muestras y frecuencia de muestreo)
Claims (28)
1. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos que comprendiendo una cabeza transductora (1),
enlaces de fibra óptica (2), un bloque transmisor/receptor de
adquisición/procesado (3) y un bloque de monitorización (4), y sin
descartar otras alternativas de configuración de la cabeza
transductora, del enlace y de las unidades optoelectrónicas,
electrónicas y electroópticas así como de monitorización, se
caracteriza por la capacidad de monitorizar de forma
automatizada uno o múltiples niveles a gran distancia del punto de
medida.
2. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, caracterizado
porque el multiplexado de las señales de excitación y medida se
realiza en el dominio óptico, a través de las unidades de
distribución óptica (31), de manera que permite la medida en
distintos puntos dentro de un tanque o en distintos tanques,
incluyendo lazos de redundancia.
3. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, caracterizado
por permitir la medida indirecta de otras magnitudes como presión,
o presencia de gases u otros componentes en el fluido del cual
queremos medir el nivel, detectados gracias al análisis comparativo
de los espectros emitido y reflejado; así como el multiplexado de
las distintas magnitudes medidas.
4. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, donde se añade un tubo
que comunica la cabeza transductora con la superficie del líquido,
de manera que aisla la superficie del líquido sobre el que incide
la radiación evitando el efecto de las fluctuaciones en la
superficie.
5. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, donde la cabeza
transductora (1) posee una fibra emisora (5) que utiliza un
acopiador o un divisor pasivo en estrella que permite que un mismo
emisor (19) se utilice en varias cabezas transductoras (1) para la
medida en distintos puntos.
6. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, donde se utilizan
varias cabezas transductoras (1) que comparten un mismo emisor
(19) y la señal de medida de cada tanque se modula externamente
para facilitar el multiplexado de las señales a transmitir por el
enlace (2_{2}) de largo alcance.
7. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, caracterizado
porque la cabeza transductora (1), y los enlaces de fibra óptica
(2) están realizados con materiales inertes, permitiendo el uso del
sistema en atmósferas explosivas o con gases inflamables.
8. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, caracterizado
porque la cabeza transductora (1), y los enlaces de fibra óptica
(2) están realizados con materiales aislantes permitiendo el uso
del sistema en entornos contaminados eléctrica/magnética o
electromagnéticamente.
9. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, caracterizado
porque la cabeza transductora (1), y los enlaces de fibra óptica
(2) están realizados con materiales que soportan dosis altas de
radiación y temperaturas elevadas.
10. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, caracterizado
porque la cabeza transductora (1), realizada con fibras ópticas
(5,6) se caracteriza por emitir un haz de luz y recoger la
radiación óptica atenuada y desfasada.
11. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, donde la cabeza
transductora (1) se ubica en la parte superior del tanque de
medida, o en cualquier lateral, siempre que el haz de luz se
proyecte perpendicularmente a la superficie cuyo nivel se desea
medir.
12. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, donde la cabeza
transductora (1) se encuentra dentro de un soporte cerrado y opaco
para filtrar la luz ambiente.
13. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, donde la cabeza
transductora (1) se encuentra dentro de un soporte que sin
detrimento de otras disposiciones, utiliza un sistema de rosca o de
bayoneta para fijarse a modo de tapón en el tanque de medida.
14. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, donde la cabeza
transductora (1) comprende una lente colimadora/focalizadora (11)
que permite aumentar el alcance del sistema.
15. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, donde la cabeza
transductora (1) comprende una lente que colima el haz con un
cierto ángulo para aumentar el alcance y la sensibilidad del sistema
y separar la fibra emisora (5) de la receptora (6).
16. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, donde la disposición
de las piezas base (7), soporte (8,9) y al aro (10), permiten
situar el centro y la focal de la lente colimadora/focalizadora
(11) entre la fibra emisora (5) y receptora (6) de manera que se
maximiza la potencia recolectada.
17. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, caracterizado
porque el enlace de fibra óptica 2_{1} está preferentemente
realizado con fibras ópticas con gran apertura numérica y diámetros
del núcleo de grandes dimensiones, como las fibras ópticas de
plástico o fibras ópticas de sílice especiales, lo que permite
aumentar la sensibilidad y alcance del sistema.
18. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, donde el enlace de
fibra óptica 2_{2}, está realizado con fibras ópticas monomodo o
multimodo, según el alcance y la velocidad de transmisión,
permitiendo una medida remota a mayor distancia.
19. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, donde la utilización
de fibras adicionales de la emisora (5) y la receptora (6) permite
realizar una medida de tipo diferencial que evite los errores
asociados a fluctuaciones de la intensidad óptica ajenas a la
medida, o distintas reflectividades de la superficie de
incidencia.
20. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, donde se utiliza una
fibra adicional entre la fibra emisora (5) y la receptora (6), que
conectada a un acoplador direccional permite la monitorización de
la señal reflejada que sigue una trayectoria perpendicular a la
superficie reflectora, permitiendo una medida de tipo
diferencial.
21. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, donde se utiliza un
acoplador direccional entre la fuente de luz (19) y la fibra
emisora (5), que permite tomar una medida de referencia de la
potencia inyectada al tanque para estabilizar la potencia del
emisor (19) o para realizar una medida independiente de las
fluctuaciones en potencia o de atenuación de la fibra emisora
(5).
22. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, donde el bloque
transmisor/receptor de adquisición/procesado (3), incluye, en la
etapa transmisora, LEDs ó láseres como fuentes de luz (19) y se
encuentra preferentemente estabilizado en potencia media a través
del circuito excitador (20), si la medida no es diferencial o de
desplazamiento de fase.
23. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, donde el bloque
transmisor/receptor de adquisición/procesado (3), incluye un LED ó
láser (19) que emite en la ventana del visible si en el enlace de
fibras ópticas (21) se utilizan fibras ópticas de plástico.
24. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, donde el bloque
transmisor/receptor de adquisición/procesado (3), incluye, en la
etapa receptora, un fotodetector (21) que sea preferentemente un
fotodiodo PIN, un fototransistores o ADP, conconectores ST.
25. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, donde el bloque
transmisor/receptor de adquisición/procesado (3), incluye, en la
etapa de acondicionamiento (22), conversores
corriente-tensión (23), filtros (24),
amplificadores (25), circuito logarítmico (26) que permiten
realizar las operaciones de suma, resta, logarítmica y de
multiplicación para su posterior interpretación.
26. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, donde el bloque
transmisor/receptor de adquisición/procesado (3), incluye, en la
etapa de procesado, un microcontrolador (27) que permite el
almacenamiento y determinación del nivel del depósito; junto con el
multiplexado de las señales de varios tanques en el caso de optar
por una multiplexación eléctrica.
27. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, donde el bloque
transmisor/receptor de adquisición/procesado (3), incluye la
electrónica necesaria para realizar la medida de nivel con técnicas
heterodinas a partir del desfase entre las señales moduladas emitida
y recibida, sin detrimento de otras posibles técnicas de
procesado.
28. Sistema sensor óptico para la medida de nivel
en entornos críticos según reivindicación 1, donde el bloque de
monitorización (4) comprende un circuito adaptador (29) y el PC
(30), que permite la visualización en tiempo real del nivel
medido, la visualización y activación de alarmas, y que almacena el
histórico del sistema.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200002032A ES2213411B1 (es) | 2000-08-09 | 2000-08-09 | Sistema sensor optico para medida de nivel en entornos criticos. |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200002032A ES2213411B1 (es) | 2000-08-09 | 2000-08-09 | Sistema sensor optico para medida de nivel en entornos criticos. |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2213411A1 true ES2213411A1 (es) | 2004-08-16 |
| ES2213411B1 ES2213411B1 (es) | 2006-04-01 |
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|---|---|---|---|
| ES200002032A Expired - Fee Related ES2213411B1 (es) | 2000-08-09 | 2000-08-09 | Sistema sensor optico para medida de nivel en entornos criticos. |
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| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2213411B1 (es) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0229960A2 (en) * | 1985-12-11 | 1987-07-29 | Honeywell Ltd. | Liquid level sensor |
| DE3617717A1 (de) * | 1986-05-27 | 1987-12-03 | Siemens Ag | Faseroptischer fuellstandssensor |
| EP0670478A2 (en) * | 1994-03-03 | 1995-09-06 | Simmonds Precision Products Inc. | Optical point level sensor with lens |
| US5452076A (en) * | 1993-09-29 | 1995-09-19 | Optiguard, Inc. | Fluid detection system |
| US6040897A (en) * | 1998-04-29 | 2000-03-21 | Laser Technology, Inc. | Remote sensor head for laser level measurement devices |
-
2000
- 2000-08-09 ES ES200002032A patent/ES2213411B1/es not_active Expired - Fee Related
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| US6040897A (en) * | 1998-04-29 | 2000-03-21 | Laser Technology, Inc. | Remote sensor head for laser level measurement devices |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2213411B1 (es) | 2006-04-01 |
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|
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