RU1796916C - Световодный датчик уровн - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение позвол ет повысить чувствительность и точность при измерении уровн  жидких сред вразличных - 2 . , технологических процессах. Сущность изобретени : устройство содержит источник немонохроматического излучени  1, блок ввода излучени  2 световод 3 с нанесенной на его поверхность пленкой с параметрами, обеспечивающими распространение излучени  в ней дл  части спектра источника, блок вывода излучени  5, диспергирующую призму 6, два фотоприемника 7 и 8, блок обработки 9. позвол ющий по мощности излучени  на различных длинах волн определить уровень жидкости с учетом вли ни  ее показател  преломлени . 1 ил. / ... .

Description

Изобретение относитс  к измерительой технике и может быть использовано дл  змерени  уровн  жидких сред.

Известен датчик уровн , содержащий вертикально расположенный в контролируемо жидкости световод из оптически прозрачного материала, у которого коэффициент преломлени  больше, чем у контролируемой жидкости, .источник, излучени , фотоприемник, устройство ввод  и вывода злучени  и индикации, Принцип действи  атчика основан на нарушений полного внутреннего отражени  излучени  в световоде . .. .-.. ; ;- , .;- - . .. ..

Известно устройство дл  измерени  ровн  жидкости, содержащее источник излучени , пол ризатор, оптический волновод , разделительную призму, два анализатора , два фотоприемника, два усилител , арифметический блок и измерительный прибор. Изменение формы и степени пол ризацииизлучени  при контакте световода с жидкостью позвол ет по интенсивност м двух ортогонально-пол ризованных составл ющих на выходе световода определ ть уровень с учетом вли ни  показател  преломлени  жидкости..

/. Наиболее близким по технической сущности  вл етс  измерительный преобразователь уровн  жидкости, содержащий источник направленного излучени , световод , на поверхности которого имеетс  пленка , полученна  в результате полировки, фотоприемник и блок индикации. Благодар  пленке на поверхности световода интенсивность излучени  на выходном торце световода увеличиваетс  с увеличением уровн  жидкости. -;-..

Недостатками данного устройства  вл ютс  низка  чувствительность, св занна  с тем, что в результате полировки образуетс  пленка с непрогнозируемый параметрами, и низка  точность, св занна  с тем, что на результаты измерений вли ет показатель преломлени  жидкости, который может мен тьс  в зависимости от внешних воздействий {например, температуры).

Цель изобретени  - повышение чувствительности и точности преобразовател .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что б устройство, содержащее источник излучени , блок ввода излучени , световод с пленкой на его поверхности, блок ввода излучени , фотоприемник и блок индикации , введены диспергирующа  призма, второй фотоприемник, блок обработки, причем источник излучени   вл етс  немонохроматическим , а пленка на поверхности световода выполнена интегральной с толщиной b и

и

показателем преломлени  rjz , выбираемыми из услови :

tg{kb()1/2

{1з

V

fr

15

20

25

30

35

40

45

где k 2 л/А - волновое число; по.каза- тель преломлени  материала световода; , fh. ,./&- посто нные распространени  нулевой моды световода, пленки и моды при ртсечке соответственно.

Существенным отличием данного изобретени   вл етс  использование предельного режима распространени  излучени  в интегральной пленке, дл  контрол  уровн  жидких сред и устранени  вли ни  показател  преломлени  контролируемой жидкости за счет различного светопропускани  световода на различных длинах волн. Отличительными признаками данного устройства  вл етс  использование диспергирующей призмы, второго фотоприемника , блока обработки м наличие на поверхности световода интегральной пленки с заранее выбранными параметрами , . : .

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит источник немонохроматического излучени  1, оптически св занный с входом блока ввода излучени  1, оптически св занный с входом блока ввода излучени  2, выход которого оптически св зан с верхним торцом световода 3, поме- . щенного в резервуар с контролируемой жидкостью 4, нижний торец световода 3 оптически св зан с входом блока вывода излучени  5, выход которого оптически св зан с

.входом диспергирующей призмы б, первый выход которой оптически св зан с первым фотоприемником 7, второй выход диспергирующей призмы св зан с входом .второго фотоприемника 8, выходы которых св заны с входами блока обработки 9, выход которого св зан с входом блока индикации 10.

Устройство работает следующим образом .

Немонохроматическое излучение от источника 1 в блоке ввода излучени  2 формируетс  в параллельный пучёк и вводитс  в световод 3 под углом, дл  которого с учетом преломлени  на входном торце условие пол- ного внутреннего отражени  на границе световод - воздух будет сохран тьс  и в жидкости. Показатель преломлени  интегральной пленки выбираетс  большим, чем показатель преломлени  световода. В этом случае интегральна  пленка  вл етс  несимметричным волноводом, в котором существует условие отсечки дл  основной моды . Параметры интегральной пленки на поверхности световода 3 выбираютс  такими , что только дл  некоторых, более в ысо- ких, длин волн в ней может возбуждатьс  мода излучени  при контакте световода с жидкостью. Дл  таких волн существенно увеличиваетс  часть мощности, распростран юща с  в интегральной пленке и снаружи световода, и мощность излучени  на данных длинах существенно зависит от свойств пленки и окружающей среды. Дл  излучени  с меньшими длинами волн условий дл  возбуждени  моды интегральной пленки в этом случае нет и, следовательно, их мощность в меньшей степени зависит от свойств интегральной пленки и контролируемой среды. При увеличении уровн  жидкости мощность излучени  на выходном торце световода 3 измен етс  в зависимости от светопропуекани  световода, пленки и жидкости: увеличиваетс , если материал световода менее прозрачен, чем пленки и жидкости , и уменьшаетс  в противоположном случае . Причем чувствительность различна дл  различных длин волн. Через блок вывода

излучени  световой поток направл етс  на диспергирующую призму 6. где расщепл етс  в спектр. Фотоприемники 7 и 8 расположены таким образом, чтобы регистрировать интенсивность на длинах

волн А} и Ач , где AI - длина волны, на которой возбуждаетс  мода пленки, а А - длина волны, при которой.возбуждение невозможно . Электрические сигналы с фотоприемников 7 и 8 подаютс  в блок

обработки 9, где они усиливаютс  и определ етс  уровень с учетом вли ни  показател  преломлени  жидкости. Электрический сигнал , характеризующий уровень жидкости, подаетс  в блок индикации 10.

Предлагаемое устройство позвол ет повысить чувствительность и точность измерений за счет устранени  вли ни  параметров жидкости на результаты измерений.

Ф-о рмула изобретен и   Световодный датчик уровн , содержащий источник излучени , выход которого оптически св зан через блок ввода излучени  с вертикально установленным световодом с пленкой на его поверхности, выходной торец которого через блок вывода излучени  оптически св зан с входом фотоприемника , выход которого св зан с входом блока индикации, от л и ч а ю щий с   тем, что, с целью повышени  чувствительности и точности измерени , в него введены диспергирующа  приза, второй фотоприемник и блок обработки, источник излучени  выполнен немонохроматическим, вход диспергирующей призмы оптически св зан с выходом блока вывода излучени , первый выход диспергирующей призмы оптически

св зан с входом первого фотоприемника, второй выход диспергирующей призмы оптически св зан с входом второго фотопри- емнмка, выходы фотопрмемников св заны с входами блока обработки, его выход - с входом блока индикации, а пленка световода выполнена интегральной с толщиной Ь и показателем преломлени  ip., определ емыми из услови 

- -2.1/2Т, fo2-&21

Vi

tgflcb& -yi/)1 2-fr2 ,

где k 2л/А - волновое число;

показатель преломлени  световода;

,-fh. ,{hr посто нные распространени  нулевой моды световода пленки и моды при отсечке соответственно.