RU2000023C1 - Optical contactless level gauge - Google Patents

Optical contactless level gauge

Info

Publication number
RU2000023C1
RU2000023C1 SU5037255A RU2000023C1 RU 2000023 C1 RU2000023 C1 RU 2000023C1 SU 5037255 A SU5037255 A SU 5037255A RU 2000023 C1 RU2000023 C1 RU 2000023C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
amplifier
light
thermostat
receiving photodiodes
light emitter
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Иванович Песчанников
Original Assignee
В.И, Песчанников
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by В.И, Песчанников filed Critical В.И, Песчанников
Priority to SU5037255 priority Critical patent/RU2000023C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2000023C1 publication Critical patent/RU2000023C1/en

Links

Landscapes

  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

Использование: в контрольной технике, в частности в оптических бесконтактных уровнемерах, Сущность изобретени :-устройство содержит источник питани  1, излучатель света 2, прерыватель светового потока 3, фотодатчик синхросигнала 4, два усилител  посто нного тока 5 и 10,синхронный детектор 6, длиннофокусный объектив 7, не менее двух приемных фотодиодов 8, термостат 9, индикатор 11.8 10-6-11. , 1-2. Приемные фотодиоды включены встречно-параллельно и установлены в термостате . Излучатель света, прерыватель светового потока, фотоДатчик синхросигнала и длиннофокусный объектив расположены последовательно. 4 ил.Usage: in the control technique, in particular in optical non-contact level gauges, Summary of the invention: -the device contains a power source 1, a light emitter 2, a light chopper 3, a photosensor 4, two DC amplifiers 5 and 10, a synchronous detector 6, telephoto lens 7, at least two receiving photodiodes 8, thermostat 9, indicator 11.8 10-6-11. 1-2. Receiving photodiodes are turned on in parallel and installed in a thermostat. The light emitter, the interruptor of the light flux, the photo-sensor, the sync signal and the telephoto lens are arranged in series. 4 ill.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, преимущественно дл  измере- ни  уровн  стекломассы и стеклоплавильных агрегатах. Кроме того, изобретение может быть использовано дл  измерени  уровн  других жидкостей и расплавов , имеющих зеркальную поверхность и отражающую способность в видимом диапазоне оптического излучени .The invention relates to measuring technique, primarily for measuring the level of glass melt and glass melting units. In addition, the invention can be used to measure the levels of other liquids and melts having a mirror surface and reflectance in the visible range of optical radiation.

За вл емое изобретение направлено на решение технической задачи, заключающейс  в упрощении конструкции и схемного решени  уровнемера-прототипа, устране- ни  фоновых помех на результаты измерени  за счет температурной стабилизации приемных фотодиодов и за счет изменени  схемы их включени , а также за счет выбора определенного класса излучателей светового потока. Применение в схеме уровнемера синхронного детектора, управл емого синхроимпульсами , поступающими с дополнительного фотодатчика с частотойThe claimed invention is directed to solving a technical problem, which consists in simplifying the design and circuitry of a prototype level gauge, eliminating background noise on the measurement results due to the temperature stabilization of the receiving photodiodes and changing the circuit of their inclusion, as well as by choosing a certain class emitters of a light stream. The use in the circuit of a level meter of a synchronous detector controlled by clock pulses coming from an additional photosensor with a frequency

следовани , равной частоте прерывани  светового потока, обеспечивает второй уровень фильтрации помех, обусловленных излучением расплавленной стекломассой.a follow equal to the interruption frequency of the light flux provides a second level of filtering interference caused by the radiation of molten glass.

Сущность изобретени  характеризуетс  совокупностью признаков, включающий источник питани , излучатель света, прерыватель светового потока, длиннофокусный объектив, по крайней мере два приемных фотодиода, усилитель посто нного тока и индикатор. Отличительными существенными признаками  вл ютс : термостат, в котором размещены приемные фотодиоды, дополнительный фотодатчик синхросигнала , установленный между прерывателем светового потока иобъективом, синхронный детектор, включенный между усилителем посто нного тока и индикатором, при этом приемные фотодиоды включены между собой встречно-параллельно, фотодатчик син- хроимпульса подключен через дополнительный усилитель посто нного то (ЛThe invention is characterized by a combination of features, including a power source, a light emitter, a light output chopper, a telephoto lens, at least two receiving photodiodes, a DC amplifier and an indicator. Distinctive essential features are: the thermostat, in which the receiving photodiodes are placed, an additional sync signal photosensor installed between the light output chopper and the lens, a synchronous detector connected between the constant current amplifier and the indicator, while the receiving photodiodes are connected in parallel with each other, and a blue photosensor - the clock pulse is connected through an additional constant amplifier (L

СWITH

го о о о оgo o o o o

N3 CJN3 CJ

ОABOUT

кэ ко второму входу синхронного детектора, а о качестве излучател  света использована галогенна  лампа, например, типа КГМ-24- 150.ke to the second input of the synchronous detector, and a halogen lamp, for example, type KGM-24-150, was used about the quality of the light emitter.

Технический результат от реализации изобретени  заключаетс  в исключении вли ни  фоновых помех на точность измерени  уровн  стекломассы и повышении надежности работы уровнемера. Кроме того, достигаетс  упрощение измерительной схемы устройства и снижение вли ни  вибраций и протуберанцев счет использовани  сход щегос  конического луча, формируемого длиннофокусным объективом. Направл емый под углом конусный луч образует на поверхности стекломассы световое п тно в виде эллипса, прот женность которого по большой оси эллипса зависит от угла падени  луча. Поэтому поверхностное волнение стекломассы практически не оказывает вли ни  на флуктуацию светового п тна в зоне рабочей плоскости приемных фотодиодов.The technical result from the implementation of the invention consists in eliminating the influence of background noise on the accuracy of measuring the level of glass melt and increasing the reliability of the level gauge. In addition, simplification of the measuring circuit of the device and reduction of the effect of vibrations and prominences are achieved by using a convergent conical beam formed by a telephoto lens. An angled cone beam forms a spot of light in the form of an ellipse on the surface of the glass melt, the length of which along the major axis of the ellipse depends on the angle of incidence of the beam. Therefore, the surface waves of the glass melt practically do not affect the fluctuation of the light spot in the area of the working plane of the receiving photodiodes.

На фиг. 1 приведена обща  блок-схема уровнемера: на фиг. 2 - эквивалентна  схема усилител  посто нного тока; на фиг. 3 - функциональна  схема синхронного детектора: на фиг. 4 - временные диаграммы работы синхронногр детектора.In FIG. 1 shows a general block diagram of a level gauge: FIG. 2 - equivalent circuit of a DC amplifier; in FIG. 3 is a functional diagram of a synchronous detector: in FIG. 4 - time diagrams of the operation of a synchronous detector.

Уровнемер содержит источник питани  1, излучатель света 2, прерыватель светового потока 3, фотодатчик синхросигнала 4, подключенный через дополнительный усилитель посто нного тока 5 ко второму входу синхронного детектора 6, длиннофокусный обьектив 7, приемные фотодиоды 8, размещенные в термостате 9 и включенные между собой встречно-параллельно, усилитель посто нного тока 10 и индикатор 11,в качестве которого может быть использован стрелочный или цифровой прибор.The level gauge contains a power source 1, a light emitter 2, a light chopper 3, a sync signal photosensor 4 connected via an additional DC amplifier 5 to the second input of a synchronous detector 6, a telephoto lens 7, receiving photodiodes 8 located in the thermostat 9 and connected among themselves counter-parallel, a DC amplifier 10 and an indicator 11, which can be used as a pointer or digital device.

Уровнемер работает следующим образом .The level gauge works as follows.

От стабилизированного источника питани  1 питающее напр жение подаетс  на излучатель света 2, в качестве которого применена галогенна  лампа типа КГМ-24-150, создающа  непрерывный расход щийс  световой поток. Прерывание светового потока осуществл етс  механическим прерывателем 3 с частотой 30 Гц.From a stabilized power source 1, the supply voltage is supplied to the light emitter 2, which is a KGM-24-150 type halogen lamp, which creates a continuous diverging light flux. The luminous flux is interrupted by a mechanical chopper 3 with a frequency of 30 Hz.

Получаемый такил образом расход щийс  импульсный световой поток собираетс  длиннофокусным объективом 7 (МТО-1000) и направл етс  на поверхность стекломассы под углом, равным ориентировочно 10 угл,радиусам. На зеркальной поверхности стекломассы образуетс  эллиптический след, имеющий площадь, достаточную дл  сглаживани  поверхностных возмущений стекломассы Отраженный огThe divergent pulsed luminous flux obtained in such a way is collected by a telephoto lens 7 (MTO-1000) and is directed to the surface of the glass melt at an angle equal to approximately 10 angles. An elliptical trace is formed on the mirror surface of the glass melt having an area sufficient to smooth out surface disturbances of the glass melt.

00

55

00

55

00

55

00

55

00

55

стекломассы светопой луч фокусируетс  объективом 7 на поверхность приемных фотодиодов 8, которые расположены вплотную друг к другу и оси которых наход тс  в вертикальной плоскости. Рабоча  поверхность фотодиодов ориентирована перпендикул рно падающему на них лучу. Любое изменение уровн  стекломассы Ah вызывает линейно св занное с ним перемещение сфокусированного луча AI. Причем Д 2 Ahcosa , где а. - угол наклона оптической оси к поверхности стекломассы. При номинальном уровне ( Дп 0) световое п тно , образованное отраженным лучом, создает одинаковую засветку обеих приемных фотодиодов 0 и выходной сигнал с усилителем посто нного тока равен нулю. При смещении светопого п тна вверх (уровень стекломассы повышаетс ) полезный импульсный сигнал имеет положительную пол рность , а его амплитуда измен етс  пропорционально Дп. При смещении луча вниз пол рность импульсов будет отрицательной . Зависимость амплитуды импуль- СОВ от Ah при этом сохран етс .glass fiber, the beam of light is focused by the lens 7 onto the surface of the receiving photodiodes 8, which are located close to each other and whose axes are in a vertical plane. The working surface of the photodiodes is oriented perpendicular to the incident beam. Any change in the level of the molten glass Ah causes a linearly related movement of the focused beam AI. Moreover, D 2 Ahcosa, where a. - the angle of the optical axis to the surface of the glass. At the nominal level (Дп 0), the light spot formed by the reflected beam creates the same illumination of both receiving photodiodes 0 and the output signal with a DC amplifier is equal to zero. When the light spot is shifted upward (the level of the glass melt rises), the useful pulse signal has a positive polarity, and its amplitude changes in proportion to Дп. When the beam is shifted down, the polarity of the pulses will be negative. The dependence of the amplitude of the pulse-SOW on Ah is thus retained.

Термостат 9 стабилизирует окружающую фотодиоды температуру в пределах ТСт 37°С±2°С, тем самым обеспечивает исключение вли ни  температурного дрейфа фототоков на точность измерени .The thermostat 9 stabilizes the temperature surrounding the photodiodes within the range of 37 ° C ± 2 ° C, thereby eliminating the influence of the temperature drift of the photocurrents on the measurement accuracy.

Встречно-параллельное включение приемных фотодиодов 8 нар ду с применением гальванометрического режима, в котором они работают как генераторы тока (фиг. 2), позвол ет осуществить первый уровень компенсации фоновой засветки. Равномерна  засветка приемных фотодиодов создает равные и противонаправленные токи 11 и 12. суммарное воздействие которых не вызывает изменени  выходного напр жени  с усилител  10. Така  схема включени  приемных фотодиодов обеспечивает также уве- личение динамического диапазона усилител  посто нного тока.Counter-parallel connection of the receiving photodiodes 8 along with the use of the galvanometric mode, in which they operate as current generators (Fig. 2), allows for the first level of compensation of the background illumination. The uniform illumination of the receiving photodiodes creates equal and opposite currents 11 and 12. The combined effect of which does not cause a change in the output voltage from the amplifier 10. Such a switching circuit of the receiving photodiodes also increases the dynamic range of the DC amplifier.

Второй уровень компенсации фоновой засветки, необходимый при неравномерном освещении приемных фотодиодов фоновой засветкой, осуществл етс  в синхронном детекторе 6 (фиг. 3). Синхроимпульсы со скважностью, равной 5-6, несущие информацию о моментах по влени  (ц, гз) и пропадани  (t2, t) полезного сигнала (фиг. 4), коммутируют электронный ключ К. На интервалах времени (0-t, t2-t3. t4 ), когда синхроимпульсы отсутствуют, ключ К замкнут и разделительный конденсатор С накаливает информацию об уровне фоновой засветки 1)ф. При наличии синхроимпульсов поступающих с фотодлтчика 4 (mm )) премениThe second level of backlight compensation, which is necessary for uneven illumination of the receiving photodiodes with backlight, is carried out in synchronous detector 6 (Fig. 3). Sync pulses with a duty cycle of 5-6, carrying information about the moments of occurrence (q, gz) and loss (t2, t) of the useful signal (Fig. 4), switch electronic key K. At time intervals (0-t, t2- t3. t4), when there are no clock pulses, the key K is closed and the isolation capacitor C glows the information about the level of background illumination 1) f. In the presence of clock pulses coming from the photo sensor 4 (mm)) premium

ti-tj. t3-ti), ключ К разомкнут и сигнал проходит на выход детектора 6, при этом содер- жзща с  в нем составл юща  Оф компенсируетс  и на индикатор 11 поступает только полезный импульсный сигнал.ti-tj. t3-ti), the key K is open and the signal passes to the output of the detector 6, while the component Of which is contained in it is compensated, and only a useful pulse signal is supplied to the indicator 11.

Реализаци  существенных признаков изобретени  обеспечивает достижение технического результата, заключающегос  в измерении уровн  стекломассы в плавильных агрегатах в пределах ±2,5 мм с приведенной погрешностью не более ±2%, что превышает аналогичные значени  прототипа в два раза.The implementation of the essential features of the invention ensures the achievement of a technical result consisting in measuring the level of molten glass in the melting units within ± 2.5 mm with a reduced error of not more than ± 2%, which is twice as much as the similar values of the prototype.

00

Уровнемер обладает повышенной на дежностью в работе, а также простотой конструкции и дешевизной за счет исключени  дорогосто щих лазерных установок и использовани  стандартных отечественных узлов, особенно галогенных источников. Кроме того, за счет использовани  схемы защиты приемных фотодиодов от вли ни  внешних температурных факторов, расширен диапазон устойчивой работы уровнемера , что особенно важно при измерении уровн  высокотемпературных расплавов.The level gauge has increased reliability in operation, as well as simplicity of design and low cost due to the exclusion of expensive laser systems and the use of standard domestic units, especially halogen sources. In addition, due to the use of a protective circuit for receiving photodiodes from the influence of external temperature factors, the range of stable operation of the level gauge has been expanded, which is especially important when measuring the level of high-temperature melts.

Claims (1)

Формула изобретени  Оптический бесконтактный уровнемер дл  расплавленной стекломассы,-содержащий источник питани , подключенный к излучателю света. последовательно установленному с прерывателем светового потока и длиннофокусным объектом, не ме- неедвух приемных фотодиодов, первыйуси- литель посто нного тока и индикатор, о т- личающийс  тем. что, в него введены фотодэтчик синхросигнала, установленный между прерывателем светового потока и длиннофокусным объективом, синхронныйSUMMARY OF THE INVENTION Optical non-contact gauge for molten glass melt, -containing power source connected to a light emitter. sequentially installed with a light flux interrupter and a long-focus object, at least two receiving photodiodes, a direct current amplifier and an indicator, which are different. that, a synchro-photo sensor installed between the light chopper and the telephoto lens is introduced into it, synchronous детектор, включенный между первым усилителем посто нного тока и индикатором, второй усилитель посто нного тока, подключенный к второму входу синхронного детектора, и термостат, при этом анод и катод фотодатчика синхросигнала подключены соответственно к первому и второму входам второго усилител  посто нного тока , приемные фотодиоды установлены в термостате , включены встречно-параллельно и соединены с входами первого усилител  посто нного тока, а излучатель света выполнен в виде галогенной лампы.a detector connected between the first DC amplifier and the indicator, a second DC amplifier connected to the second input of the synchronous detector, and a thermostat, while the anode and cathode of the clock sensor are connected respectively to the first and second inputs of the second DC amplifier, receiving photodiodes installed in a thermostat, turned on in parallel and connected to the inputs of the first constant current amplifier, and the light emitter is made in the form of a halogen lamp. Фиг.1Figure 1
SU5037255 1992-04-13 1992-04-13 Optical contactless level gauge RU2000023C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5037255 RU2000023C1 (en) 1992-04-13 1992-04-13 Optical contactless level gauge

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5037255 RU2000023C1 (en) 1992-04-13 1992-04-13 Optical contactless level gauge

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2000023C1 true RU2000023C1 (en) 1993-02-15

Family

ID=21601820

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5037255 RU2000023C1 (en) 1992-04-13 1992-04-13 Optical contactless level gauge

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2000023C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2452427C2 (en) * 2006-06-28 2012-06-10 Алькон, Инк. System and method of non-invasive continuous level measurement
US8760637B2 (en) 2010-08-30 2014-06-24 Alcon Research, Ltd. Optical sensing system including electronically switched optical magnification
WO2023103768A1 (en) * 2021-12-07 2023-06-15 深圳市帝拓电子有限公司 Light-sensing liquid level measurement method and liquid level measurement apparatus

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Кашуба А.И. и др. Оптические и волоконно-оптические приборы контрол уровни жидкостей. М,: 1987, вып. 6. Авторское свидетельство ЧСФР № 260276. кл. G01 F 23/28, 1988. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2452427C2 (en) * 2006-06-28 2012-06-10 Алькон, Инк. System and method of non-invasive continuous level measurement
US8760637B2 (en) 2010-08-30 2014-06-24 Alcon Research, Ltd. Optical sensing system including electronically switched optical magnification
WO2023103768A1 (en) * 2021-12-07 2023-06-15 深圳市帝拓电子有限公司 Light-sensing liquid level measurement method and liquid level measurement apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4521112A (en) Optical measuring device with position indicator
US3649122A (en) Method and apparatus for measuring the position coordinates of one point in relation to a reference point
EP0390581A3 (en) Instrument for concurrently optically measuring thermal and electric quantities
RU2000023C1 (en) Optical contactless level gauge
US4652738A (en) Edge detecting device in optical measuring instrument
JP5840209B2 (en) Lightwave ranging device
US3740152A (en) Device for detecting the boundary between different brightness regions of an object
JPS6488516A (en) Detector for quantity of fluctuation of optical beam of optical scanner
JPS5459166A (en) Visual sensibility measuring apparatus of interferometer
JPS57179629A (en) Apparatus for measuring focused spot diameter
JPS575187A (en) Recorder
RU1498154C (en) Double-beam photometer
SU1012037A1 (en) Optical vibration meter
RU2010228C1 (en) Optoelectronic meter of speed of object movement
SU1188538A1 (en) Arrangement for measuring linear dimensions of transparent or semi-transpranent bodies
SU569872A1 (en) Opticoelectronic sensor
RU2066845C1 (en) Optico-electronic device to measure lateral displacements
SU628504A1 (en) Information readout arrangement
SU1599650A1 (en) Transducer of linear displacements
SU838323A1 (en) Device for contactless measuring of surface geometric parameters
JPH02298909A (en) Light quantity adjusting device for optical equipment
RU2031364C1 (en) Device to form pulse of start of counting in movement meter
SU540240A1 (en) Pulsed photoelectric microscope
KR830003083Y1 (en) Transmissive Photoelectric Switch with Differential Connection
SU1619031A1 (en) Optical electric device for forming and space following modulated optical beam