RU15224U1

RU15224U1 - LIQUID ALARM

Info

Publication number: RU15224U1
Application number: RU2000102048/20U
Authority: RU
Inventors: А.М. Пергамент; Ю.К. Грузевич; В.Н. Тележников; Ю.Г. Гусейнов; Л.М. Коган
Original assignee: Пергамент Александр Михайлович; Грузевич Юрий Кириллович; Тележников Василий Николаевич; Гусейнов Юрий Гусейнович; Коган Лев Моисеевич
Priority date: 2000-02-02
Filing date: 2000-02-02
Publication date: 2000-09-27

Abstract

1. Сигнализатор уровня жидкости, содержащий световод, включающий сердцевину и оболочку и выполненный, по меньшей мере, с одним изгибом источник светового излучения, фотодетектор и регистрирующее устройство, отличающийся тем, что сердцевина световода в зоне изгиба имеет, по крайней мере, один участок, на котором она освобождена от оболочки, при этом сердцевина выполнена из пластика, а радиус изгиба световода рассчитывается, исходя из значений диаметра сердцевины световода и коэффициентов преломления сердцевины световода и жидкости.2. Сигнализатор по п.1, отличающийся тем, что сердцевина световода выполнена из полиимидного пластика.3. Сигнализатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что радиус изгиба Rсветовода (по его средней линии) рассчитывается по следующей формуле:R=R·n/(n-n),где R- радиус сердцевины световода;n- показатель преломления жидкости;n- показатель преломления сердцевины световода.1. A liquid level switch comprising a fiber, including a core and a sheath and made with at least one bend, a light source, a photo detector and a recording device, characterized in that the core of the fiber in the bending zone has at least one section, on which it is freed from the sheath, while the core is made of plastic, and the bending radius of the fiber is calculated based on the values of the diameter of the fiber core and the refractive indices of the fiber core and the liquid. 2. The signaling device according to claim 1, characterized in that the core of the fiber is made of polyimide plastic. The detector according to claim 1 or 2, characterized in that the bending radius R of the light guide (along its middle line) is calculated by the following formula: R = R · n / (nn), where R is the radius of the core of the light guide; n is the refractive index of the liquid; n is the refractive index of the core of the fiber.

Description

СИГНАЛИЗАТОР УРОВНЯ ЖИДКОСТИLIQUID ALARM

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности, к устройствам для контроля уровня жидкости в резервуарах и может быть использовано в нефтяной, топливной, химической и других отраслях промышленности.The utility model relates to measuring equipment, in particular, to devices for controlling the level of liquid in tanks and can be used in the oil, fuel, chemical and other industries.

Известен волоконно-оптический уровнемер, содержащий последовательно соединенные источник излучения, волоконно-оптическую линию передачи, чувствительный элемент, выполненный в виде световода, и приемник излучения, причем чувствительный элемент выполнен в виде прямолинейного волоконнооптического световода с изменяющимся вдоль оптической оси показателем преломления материала световода (см. SU авторское свидетельство № 1280329, МПК G 01 F 23/22, 1986г.).A fiber-optic level gauge is known that contains a radiation source in series, a fiber-optic transmission line, a sensing element made in the form of a light guide, and a radiation receiver, the sensing element being made in the form of a straight-line optical fiber with a refractive index of the light guide material changing along the optical axis (see SU certificate of authorship No. 1280329, IPC G 01 F 23/22, 1986).

Недостатком этого устройства является его сложность.The disadvantage of this device is its complexity.

Известен сигнализатор уровня жидкости, содержащий поплавок, рычаги, трубку, световод, источник светового излучения, фотодетектор и регистрирующее устройство. Рычаг и опора связаны шарнирно и установлены в резервуаре, а поплавок и трубка прикреплены к противоположным концам рычага, причем трубка изогнута под углом не менее 90° и герметично закрыта с обоих торцов. Внутри трубки расположен световод, выполненный с изгибом, при этом трубка заполнена жидкостью (см. см. RU патент № 2008624, МПК G 01 F 23/22, 1994 г.).A known liquid level detector containing a float, levers, tube, light guide, light source, photodetector and recording device. The lever and support are pivotally mounted in the tank, and the float and tube are attached to opposite ends of the lever, the tube being bent at an angle of at least 90 ° and hermetically closed at both ends. Inside the tube there is a bend made with a bend, while the tube is filled with liquid (see see RU patent No. 2008624, IPC G 01 F 23/22, 1994).

Недостатком известного сигнализатора является наличие двух различных систем - механической (поплавок и рычаг) и волоконно-оптической (световод, источник светового излучения, фотодетектор и регистрирующее устройство), что усложняет конструкцию устройства и снижает его надежность и эксплуатационные качества.A disadvantage of the known signaling device is the presence of two different systems - mechanical (float and lever) and fiber-optic (light guide, light source, photodetector and recording device), which complicates the design of the device and reduces its reliability and performance.

Наиболее близким аналогом является оптическое устройство для измерения уровня жидкости, включающее консольно закрепленный изогнутый стеклянный стержень с одним показателем преломления, имеющий покрытие с другим показателем преломления, который меньше, чем показатель преломления стеклянного стержня. Внешний радиус изгиба (изгибов может быть один или несколько, расположенных на расстоянии друг от друга) равен, по крайней мере.The closest analogue is an optical device for measuring the liquid level, including a cantilevered curved glass rod with one refractive index, having a coating with a different refractive index, which is less than the refractive index of the glass rod. The external radius of the bend (bends may be one or more located at a distance from each other) is equal to at least.

г о ;0 .-:.а. -1, - о, . г о «g o; 0 .- :. a. -1, - oh,. g o "

G 01 F 23/22G 01 F 23/22

диаметру стержня с покрытием (см. ЕР, заявка № 347095 МПК G 01 F 23/22, 1989 г.).the diameter of the coated rod (see EP, application No. 347095 IPC G 01 F 23/22, 1989).

Недостатком ближайшего аналога является сложность его изготовления вследствие использования стеклянного волокна (сложность получения маленьких радиусов изгиба), а также недостаточно высокая надежность в работе, обусловленная тем, что вследствие использования стержня с оболочкой не имеется возможности обеспечить максимальное затухание сигнала при работе устройства в емкости, заполненной жидкостью.The disadvantage of the closest analogue is the complexity of its manufacture due to the use of glass fiber (the difficulty of obtaining small bending radii), as well as the insufficiently high reliability due to the fact that due to the use of a rod with a sheath it is not possible to provide maximum signal attenuation when the device is operating in a tank filled liquid.

Технической задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является создание простого, технологичного устройства с высокой надежностью в работе и хорошими эксплуатационными показателями.The technical problem solved by the proposed utility model is the creation of a simple, technological device with high reliability and good performance.

Поставленная задача решается за счет того, что в сигнализаторе уровня жидкости, содержаш;ем световод, состояший из сердцевины и оболочки и выполненный, по меньшей мере, с одним изгибом, источник светового излучения, расположенный у входного конца световода, фотодетектор и регистрируюшее устройство, расположенные у выходного конца световода, сердцевина световода в зоне изгиба имеет, по крайней мере, один участок свободный от оболочки, при этом сердцевина выполнена из пластика, например, полиимидного, а радиус изгиба световода рассчитывается, исходя из значений радиуса сердцевины световода и показателей преломления сердцевины световода и жидкости по следуюшей формуле:The problem is solved due to the fact that the liquid level switch contains a fiber consisting of a core and a sheath and made with at least one bend, a light source located at the input end of the fiber, a photo detector and a recording device located at the output end of the fiber, the core of the fiber in the bending zone has at least one portion free from the sheath, the core being made of plastic, for example polyimide, and the bending radius of the fiber calculates based on the values of the radius of the core of the fiber and the refractive indices of the core of the fiber and liquid according to the following formula:

изг сердц П / (Псерц- J,out of the heart P / (Pserts-J,

сердц - радиус сердцевины световода;heart - the radius of the core of the fiber;

п - показатель преломления жидкости;p is the refractive index of the liquid;

Псерц- показатель преломления сердцевины световода.Pserts is the refractive index of the core of the fiber.

Технический результат, достигаемый предложенной полезной моделью, обусловлен тем, что наличие освобожденного от оболочки участка световода в зоне изгиба позволяет обеспечить надежность работы сигнализатора за счет максимального затухания сигнала при наличии жидкости в емкости. Кроме того, выполнение сердцевины световода из пластика гарантирует технологичность.The technical result achieved by the proposed utility model is due to the fact that the presence of a section of the optical fiber freed from the sheath in the bending zone allows for reliable operation of the signaling device due to the maximum signal attenuation in the presence of liquid in the tank. In addition, the implementation of the core of the optical fiber from plastic guarantees manufacturability.

нению со световодами, имеющими стеклянную сердцевину). Возможность получения широкого диапазона радиусов изгиба световода дает возможность использования сигнализатора предлагаемой конструкции в жидкостях с различными показателями преломления. В каждом конкретном случае радиус рассчитывается по приведенной вьппе формуле.optical fibers with a glass core). The ability to obtain a wide range of bending radii of the fiber makes it possible to use the detector of the proposed design in liquids with different refractive indices. In each case, the radius is calculated using the formula given above.

Полезная модель поясняется чертежами, где:The utility model is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 схематически изображен сигнализатор уровня жидкости;in FIG. 1 schematically shows a liquid level switch;

на фиг. 2 - схема регистрирующего устройства.in FIG. 2 is a diagram of a recording device.

Сигнализатор уровня жидкости содержит световод 1, состоящий из сердцевины 2 и оболочки 3, источник 4 светового излучения, расположенный у входного конца 5 световода, фотодетектор 6 и регистрирующее устройство 7, расположенные у выходного конца 8 световода 1. Источник 4 светового излучения оптически сопряжен с входным концом световода 1. Фотодетектор 6 опгически сопряжен с выходным концом световода 1. Электрический сигнал с фотодетектора 6 постуиает на регистрирующее устройство 7, электрически связанное с индикатором 10.The liquid level switch contains a fiber 1, consisting of a core 2 and a sheath 3, a light source 4 located at the input end 5 of the fiber, a photodetector 6 and a recording device 7 located at the output end 8 of the fiber 1. The light source 4 is optically coupled to the input the end of the optical fiber 1. The photodetector 6 is optically coupled to the output end of the optical fiber 1. An electrical signal from the photodetector 6 is placed on the recording device 7, which is electrically connected to the indicator 10.

Световод 1 выполнен, по меньщей мере, с одним изгибом 9 и в зоне изгиба 9 имеет, по крайней мере, один участок 10, свободный от оболочки 3. Сердцевина 2 вьщолнена из пластика, например, полиимидного. Для испо.)П)Зования сигнализатора в различных жидкостях с разными показателями преломления радиус изгиба световода К„зг предварительно рассчитывается, исходя из значений радиуса сердцевины световода и ноказателей цреломления сердцевины световода и жидкости по следующей формуле:The light guide 1 is made with at least one bend 9 and in the bend zone 9 has at least one section 10 free from the sheath 3. The core 2 is made of plastic, for example, polyimide. For use.) П) Calling the signaling device in various liquids with different refractive indices, the bending radius of the fiber K „zg is preliminarily calculated based on the values of the radius of the core of the fiber and the refractive indices of the core of the fiber and the liquid according to the following formula:

изг :ердц ж V- lcepu ж/ izg: erdts w V- lcepu w /

RcepOT - радиус сердцевины световода;RcepOT - radius of the core of the fiber;

Пж - показатель преломления жидкости;Пж - liquid refractive index;

Псерц- показатель преломления сердцевины световода,Pserts is the refractive index of the core of the fiber,

то есть радиус изгиба световода равен цроизведению радиуса сердцевины световода и отнощения показателя преломления жидкости к разности показателей преломления сердцевины световода и жидкости.that is, the bending radius of the fiber is equal to the product of the radius of the core of the fiber and the ratio of the refractive index of the liquid to the difference in the refractive indices of the core of the fiber and the liquid.

Работа сигнализатора осуществляется следующим образом.The operation of the alarm is as follows.

При необходимости получения информащ1И о снижении уровня жидкости ниже заданной минимальной отметки, сигнализатор располагают на высоте этой минимальной отметки. При уровне жидкости в резервуаре выще этой отметки изгиб 9 световода 1 смачивается жидкостью в зоне, где сердцевина 2 освобождена от оболочки 3, и вследствие этого ддя светового излучения от источника 4 нарушается условие полного внутреннего отражения на границе сердцевина 2 световода - жидкость, что приводит к отсутствию сигнала на фотодетекторе 6 и соответственно на регистрирующем устройстве.If it is necessary to obtain information about a decrease in the liquid level below a predetermined minimum mark, the indicator shall be placed at the height of this minimum mark. When the liquid level in the tank is higher than this mark, the bend 9 of the fiber 1 is wetted by the liquid in the zone where the core 2 is released from the sheath 3, and as a result of this, for the light radiation from the source 4, the condition of total internal reflection at the boundary of the fiber core 2 is violated, which leads to the absence of a signal on the photodetector 6 and, accordingly, on the recording device.

При отсутствии жидкости излучение от источника 4 полностью поступает на фотодетектор 6, так как для него выполняется условие полного внутреннего отражения. Элеьсгрический сигнал с фотодетектора 6 поступает на регистрирующее устройство 7, а с него на индикатор 10, показывающей снижение уровня жидкости ниже заданного уровня.In the absence of liquid, the radiation from the source 4 is completely transmitted to the photodetector 6, since the condition of total internal reflection is fulfilled for it. The elegric signal from the photodetector 6 is supplied to the recording device 7, and from it to the indicator 10, showing a decrease in the liquid level below a predetermined level.

В случае, когда требуется получить информапию о нескольких заданных уровнях, например, максимальном, минимальном и промежуточном, сигнализаторы уровня жидкости располагают на соответствующей высоте резервуара. Работа каждого сигнализатора осуществляется как описано выще. Сигнал от каждого регистрирующего устройства выводится на свой индикатор, что позволяет судить об уровне жидкости в любой момент.In the case when it is required to obtain information about several preset levels, for example, maximum, minimum and intermediate, liquid level signaling devices are placed at the corresponding tank height. The operation of each detector is carried out as described above. The signal from each recording device is displayed on its indicator, which allows you to judge the liquid level at any time.

Claims

1. A liquid level switch comprising a fiber, including a core and a sheath and made with at least one bend, a light source, a photo detector and a recording device, characterized in that the core of the fiber in the bending zone has at least one section, on which it is freed from the sheath, while the core is made of plastic, and the bending radius of the fiber is calculated based on the values of the diameter of the core of the fiber and the refractive indices of the core of the fiber and the liquid.

2. The signaling device according to claim 1, characterized in that the core of the fiber is made of polyimide plastic.

3. The signaling device according to claim 1 or 2, characterized in that the bending radius R of the fiber _optic guide (along its center line) is calculated by the following formula:
R _PHI = R _HEART · n _F / (n _HEART -n _F ),
where R _HEART is the radius of the core of the fiber;
n _W is the refractive index of the liquid;
n _HEART - refractive index of the core of the fiber.