RU2125246C1 - Device for measuring of liquid level in reservoir - Google Patents

Device for measuring of liquid level in reservoir Download PDF

Info

Publication number
RU2125246C1
RU2125246C1 RU97111171A RU97111171A RU2125246C1 RU 2125246 C1 RU2125246 C1 RU 2125246C1 RU 97111171 A RU97111171 A RU 97111171A RU 97111171 A RU97111171 A RU 97111171A RU 2125246 C1 RU2125246 C1 RU 2125246C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lens
laser
liquid
photodetector
laser beam
Prior art date
Application number
RU97111171A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97111171A (en
Inventor
Н.М. Блашенков
А.Э. Вознесенский
М.В. Кнатько
Г.Я. Лаврентьев
А.П. Левитанус
Original Assignee
Блашенков Николай Михайлович
Вознесенский Александр Эрнестович
Кнатько Михаил Васильевич
Лаврентьев Геннадий Яковлевич
Левитанус Александр Пинхусович
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 Блашенков Николай Михайлович, Вознесенский Александр Эрнестович, Кнатько Михаил Васильевич, Лаврентьев Геннадий Яковлевич, Левитанус Александр Пинхусович filed Critical Блашенков Николай Михайлович
Priority to RU97111171A priority Critical patent/RU2125246C1/en
Priority to PCT/RU1998/000193 priority patent/WO1999000003A2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2125246C1 publication Critical patent/RU2125246C1/en
Publication of RU97111171A publication Critical patent/RU97111171A/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4811—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
    • G01S7/4813—Housing arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284—Electromagnetic waves
    • G01F23/292—Light, e.g. infrared or ultraviolet
    • G01F23/2921—Light, e.g. infrared or ultraviolet for discrete levels
    • G01F23/2928—Light, e.g. infrared or ultraviolet for discrete levels using light reflected on the material surface
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4811—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)

Abstract

FIELD: checking of fuel level in reservoirs. SUBSTANCE: device has laser, photoreceiver and laser beam focusing element made in the form of lens positioned between laser and surface of liquid. Relation between lens focal distance Fl and minimum distance hmin from lend to liquid surface is within Fl/hmin = 0.1-0.2. EFFECT: enhanced accuracy of measurement, simplified construction. 4 cl, 4 dwg

Description

Устройство относится к приборостроению, в частности к технике бесконтактного измерения уровня с помощью лазера, и может быть использовано, например, для контроля за уровнем топлива в резервуарах, уровнем агрессивной среды в емкостях, применяемых в химической промышленности и т.п. The device relates to instrumentation, in particular to the technique of non-contact level measurement using a laser, and can be used, for example, to monitor the level of fuel in tanks, the level of aggressive environment in tanks used in the chemical industry, etc.

Известны устройства для контроля уровня жидкости, содержащие импульсный ультразвуковой генератор и приемник ультразвуковых импульсов (патент РФ N 2047109, кл. G 01 F 23/28, 25.06.93). Known devices for controlling the liquid level, containing a pulsed ultrasonic generator and a receiver of ultrasonic pulses (RF patent N 2047109, CL G 01 F 23/28, 06.25.93).

Недостатком этого устройства является его относительно низкая точность при определении уровня жидкости и необходимость постоянных калибровок устройства. The disadvantage of this device is its relatively low accuracy in determining the liquid level and the need for constant calibration of the device.

Известны также устройства для измерения уровня жидкости, содержащие СВЧ-резонатор, СВЧ-генератор и последовательно соединенные фильтр и частотомер (патент РФ N 2041446, кл. G 01 F 23/28, 23.04.92). Also known devices for measuring the liquid level, containing a microwave resonator, a microwave generator and a series-connected filter and frequency meter (RF patent N 2041446, CL G 01 F 23/28, 04/23/92).

Недостатком таких устройств является их зависимость от изменения диэлектрической проницаемости контролируемой среды, что обусловливает систематические погрешности измерений. The disadvantage of such devices is their dependence on changes in the dielectric constant of the controlled medium, which leads to systematic measurement errors.

Ближайшим аналогом к изобретению является устройство для измерения уровня жидкости в емкости (заявка РФ 94015789 A1, кл. G 01 F 23/22, 10.12.95), содержащее лазер, элемент фокусировки лазерного луча, выполненный в виде линзы, и фотоприемник для приема отраженных от поверхности жидкости лазерных лучей. The closest analogue to the invention is a device for measuring the liquid level in a tank (RF application 94015789 A1, class G 01 F 23/22, 12/10/95), containing a laser, a laser beam focusing element made in the form of a lens, and a photodetector for receiving reflected from the surface of the liquid laser beams.

Недостатком данного устройства является низкая точность и отсутствие защиты от неблагоприятных воздействий со стороны объекта, расстояние до которого определяется. В случае, например, измерения уровня агрессивной жидкости в емкости ее пары и конденсат приводят к разрушению устройства. The disadvantage of this device is the low accuracy and lack of protection from adverse effects from the object, the distance to which is determined. In the case, for example, of measuring the level of aggressive liquid in the tank of its vapor and condensate, the device is destroyed.

Задачей изобретения является повышение точности измерений при быстром изменении уровня и формы отражающей поверхности, а также защита от вредных воздействий паров и конденсата жидкости. The objective of the invention is to increase the accuracy of measurements with a rapid change in the level and shape of the reflective surface, as well as protection from the harmful effects of vapors and liquid condensate.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в устройстве для измерения уровня жидкости в емкости, включающем лазер, фотоприемник для приема отраженных от поверхности жидкости лазерных лучей и элемент фокусировки лазерного луча, выполненный в виде линзы, линза размещена между лазером и поверхностью жидкости, при этом соотношение между фокусным расстоянием линзы Fл и минимальным расстоянием от линзы до поверхности жидкости hmin лежит в пределах Fл/hmin = 0,1 - 0,2; лазер, фотоприемник и линза герметично отделены от полости емкости посредством плоской диафрагмы из оптического стекла; плоскость диафрагмы из оптического стекла ориентирована под углом, не превышающим 90o, к крайнему со стороны фотоприемника лучу расходящегося после прохождения линзы лазерного пучка; диафрагма из оптического стекла снабжена нагревательным элементом.According to the invention, this problem is solved due to the fact that in the device for measuring the liquid level in a vessel including a laser, a photodetector for receiving laser beams reflected from the liquid surface and a laser beam focusing element made in the form of a lens, the lens is placed between the laser and the liquid surface, the ratio between the focal length of the lens F l and the minimum distance from the lens to the surface of the liquid h min lies in the range of F l / h min = 0.1 - 0.2; a laser, a photodetector and a lens are hermetically separated from the cavity of the container by means of a flat diaphragm made of optical glass; the plane of the aperture of optical glass is oriented at an angle not exceeding 90 o to the extreme from the photodetector beam diverging after passing through the lens of the laser beam; the optical glass diaphragm is equipped with a heating element.

Исключение влияния изменений измеряемого уровня жидкости и формы ее отражающей поверхности объясняется тем, что лазерный луч попадает на поверхность жидкости рассеянным пучком; при этом отдельные лучи этого пучка (см. фиг. 2, 3) приходят к поверхности жидкости и отражаются от нее под различными углами; вследствие этого при изменении уровня жидкости и формы ее поверхности в определенных заданных пределах часть лучей рассеянного лазерного пучка всегда попадает на фотоприемник. The exclusion of the influence of changes in the measured liquid level and the shape of its reflecting surface is explained by the fact that the laser beam hits the surface of the liquid with a scattered beam; in this case, individual rays of this beam (see Fig. 2, 3) come to the surface of the liquid and are reflected from it at different angles; as a result, when the liquid level and its surface shape change within certain specified limits, part of the scattered laser beam's rays always hits the photodetector.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:
на фиг. 1 - общая схема устройства;
на фиг. 2 - схема прохождения лазерных лучей при использовании собирающей линзы;
на фиг. 3 - схема прохождения лазерных лучей при использовании рассеивающей линзы;
на фиг. 4 - плоская диафрагма из оптического стекла, вид сверху.The invention is illustrated by drawings, which depict:
in FIG. 1 is a general diagram of a device;
in FIG. 2 is a diagram of the passage of laser beams when using a collecting lens;
in FIG. 3 is a diagram of the passage of laser beams when using a scattering lens;
in FIG. 4 is a flat aperture of optical glass, a top view.

Устройство включает лазер 1, фотоприемник 2 и линзу 3 для фокусировки луча лазера 1. Линза 3 установлена между лазером 1 и поверхностью 4 жидкости 5, находящейся в емкости 6. В конкретном примере в емкости 6 находится топливо, потребляемое тепловой электростанцией, при температуре 80-85oC. Линза 3 может быть собирающей, как на фиг. 3. Соотношение между фокусным расстоянием линзы Fл (в обоих случаях) и минимальным расстоянием от линзы до поверхности жидкости лежит в пределах Fл/hmin = 0,1-0,2. Нижний предел этого соотношения (0,1) ограничен степенью рассеяния луча лазера. При Fл/hmin < 0,1 рассеяние будет недопустимо большим, поскольку потребуется слишком большая мощность лазера или сверхвысокая чувствительность фотоприемника, что практически нерационально. При Fл/hmin > 0,2 рассеяние луча лазера недостаточно для компенсации изменений уровня и формы поверхности жидкости в емкости. Лазер 1, фотоприемник 2 и линза 3 герметично отделены от полости емкости 6 посредством плоской диафрагмы 7 из оптического стекла, укрепленной во фланце 8 в верхней части емкости 6.The device includes a laser 1, a photodetector 2 and a lens 3 for focusing the beam of the laser 1. A lens 3 is installed between the laser 1 and the surface 4 of the liquid 5 located in the tank 6. In a specific example, the tank 6 contains the fuel consumed by the thermal power station at a temperature of 80- 85 o C. Lens 3 may be collecting, as in FIG. 3. The ratio between the focal length of the lens F l (in both cases) and the minimum distance from the lens to the surface of the liquid lies in the range F l / h min = 0.1-0.2. The lower limit of this relation (0.1) is limited by the degree of scattering of the laser beam. At F l / h min <0.1, the scattering will be unacceptably large, since too much laser power or ultra-high sensitivity of the photodetector will be required, which is practically irrational. When F l / h min > 0.2, the scattering of the laser beam is insufficient to compensate for changes in the level and shape of the surface of the liquid in the tank. The laser 1, the photodetector 2 and the lens 3 are hermetically separated from the cavity of the vessel 6 by means of a flat diaphragm 7 made of optical glass mounted in a flange 8 in the upper part of the vessel 6.

В конкретном примере использовано бронированное плоскопараллельное стекло. Плоскость диафрагмы 7 ориентирована под углом α , не превышающим 90o, к крайнему со стороны фотоприемника 2 лучу 9 расходящегося после прохождения линзы 3 лазерного пучка; диафрагма 7 снабжена нагревательным элементом 10, выполненным из нихромовой фольги, укрепленной по периметру диафрагмы 7.In a specific example, armored plane-parallel glass is used. The plane of the diaphragm 7 is oriented at an angle α not exceeding 90 o to the extreme from the side of the photodetector 2 beam 9 diverging after passing through the lens 3 of the laser beam; the diaphragm 7 is equipped with a heating element 10 made of nichrome foil, reinforced around the perimeter of the diaphragm 7.

Работает устройство следующим образом. The device operates as follows.

Луч лазера 1 проходит через линзу 3 и превращается в рассеянный пучок, который затем проходит через диафрагму 7 и попадает на поверхность 4 жидкости 5 в емкости 6. Отдельные лучи рассеянного лазерного пучка приходят на поверхность 4 под разными углами и отражаются под соответствующими разными углами от этой поверхности. Благодаря этому при изменении уровня жидкости 5 в емкости 6 и/или формы поверхности 4 часть отдельных лучей рассеянного пучка всегда попадает на фотоприемник 2. Вследствие наклона диафрагмы 7 лучи, отражаемые от ее поверхности, не попадают на фотоприемник 2 и не перекрывают более слабое отражение от поверхности 4 жидкости. Для предотвращения запотевания диафрагмы 7 включается автоматически регулируемый (с точностью до 1 - 1,5oC) нагревательный элемент 10.The laser beam 1 passes through the lens 3 and turns into a scattered beam, which then passes through the diaphragm 7 and enters the surface 4 of the liquid 5 in the vessel 6. Individual beams of the scattered laser beam come to the surface 4 at different angles and are reflected at different angles from this surface. Due to this, when changing the level of liquid 5 in the vessel 6 and / or the shape of the surface 4, part of the individual rays of the scattered beam always falls on the photodetector 2. Due to the inclination of the diaphragm 7, the rays reflected from its surface do not fall on the photodetector 2 and do not block weaker reflection from surface 4 fluid. To prevent fogging of the diaphragm 7, an automatically regulated (with an accuracy of 1 - 1.5 o C) heating element 10 is switched on.

Claims (4)

1. Устройство для измерения уровня жидкости в емкости, включающее лазер, элемент фокусировки лазерного луча, выполненный в виде линзы, и фотоприемник для приема отраженного от поверхности жидкости лазерного луча, отличающееся тем, что линза расположена между лазером и поверхностью жидкости, при этом соотношение между фокусным расстоянием Fл линзы и минимальным расстоянием hmin от линзы до поверхности жидкости лежит в пределах Fл/hmin = 0,1 - 0,2.1. A device for measuring the liquid level in a vessel, including a laser, a laser beam focusing element made in the form of a lens, and a photodetector for receiving a laser beam reflected from the liquid surface, characterized in that the lens is located between the laser and the liquid surface, the ratio between the focal length F l of the lens and the minimum distance h min from the lens to the surface of the liquid lies within F l / h min = 0.1 - 0.2. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что лазер, фотоприемник и линза герметично отделены от полости емкости посредством плоской диафрагмы из оптического стекла. 2. The device according to claim 1, characterized in that the laser, the photodetector and the lens are hermetically separated from the cavity of the tank by means of a flat diaphragm made of optical glass. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что плоскость диафрагмы из оптического стекла ориентирована под углом, не превышающим 90o, к крайнему со стороны фотоприемника лучу расходящегося после прохождения линзы лазерного пучка.3. The device according to claim 2, characterized in that the plane of the diaphragm made of optical glass is oriented at an angle not exceeding 90 o to the beam diverging from the end of the photodetector after passing through the lens of the laser beam. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что диафрагма из оптического стекла снабжена нагревательным элементом. 4. The device according to p. 3, characterized in that the diaphragm made of optical glass is equipped with a heating element.
RU97111171A 1997-06-27 1997-06-27 Device for measuring of liquid level in reservoir RU2125246C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97111171A RU2125246C1 (en) 1997-06-27 1997-06-27 Device for measuring of liquid level in reservoir
PCT/RU1998/000193 WO1999000003A2 (en) 1997-06-27 1998-06-04 Device for measuring the level of a liquid in a vessel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97111171A RU2125246C1 (en) 1997-06-27 1997-06-27 Device for measuring of liquid level in reservoir

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2125246C1 true RU2125246C1 (en) 1999-01-20
RU97111171A RU97111171A (en) 1999-05-20

Family

ID=20194840

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97111171A RU2125246C1 (en) 1997-06-27 1997-06-27 Device for measuring of liquid level in reservoir

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2125246C1 (en)
WO (1) WO1999000003A2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112513536A (en) * 2018-08-10 2021-03-16 夏普株式会社 Air conditioner

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2558809B (en) 2013-01-09 2018-11-07 International Moisture Analysers Ltd Optical chemical analyser

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112513536A (en) * 2018-08-10 2021-03-16 夏普株式会社 Air conditioner
CN112513536B (en) * 2018-08-10 2022-02-11 夏普株式会社 Air conditioner

Also Published As

Publication number Publication date
WO1999000003A2 (en) 1999-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3741656A (en) Fill level measuring device
US5065037A (en) Corrosion resistant refractive and adsorptive type optical liquid level sensors
EP0144630B1 (en) Applications of heat flux modulation of a temperature probe
EP0194732A2 (en) Sensor for the measurement of the refractive index of a fluid and/or phase boundary between two fluids by means of visible or invisible light
US5073720A (en) Liquid level and volume measurement device
US20090153846A1 (en) Fluid level indicator
KR100903658B1 (en) Tank system of a tank ship for storing a liquefied gas and method for determining a liquid level of the same
KR101934069B1 (en) Liquid level measuring equipment
US3487069A (en) Refractometer with compensating photocells
RU2125246C1 (en) Device for measuring of liquid level in reservoir
US20090274191A1 (en) Single beam optical apparatus and method
US3869209A (en) Apparatus for determining the amount of the dispersed phase in a suspension
CN110361074A (en) A kind of photoelectric liquid-levle detection device
WO2020003303A2 (en) System for gauging fluids volume
US5280334A (en) Apparatus for measuring cross-sectional distribution of refractive index of optical waveguide by RNF method
Schiff et al. Maximum and minimum limitations imposed on BSDF measurements
US3506360A (en) Turbidity indicator using superimposed converging light beams
EP1058099A2 (en) Fluid detector
EP1166084A1 (en) Method and apparatus for measuring internal transmittance
KR100781576B1 (en) Methods for sensing inclination and devices using thereof
US3068687A (en) Method and apparatus for measuring the surface tension of liquids
RU2187079C1 (en) Fiber-optic meter of liquid volume and level
EP0509847A2 (en) Measuring the cross-sectional distribution of the refractive index of optical waveguides
CN216206825U (en) Improved high-stability high-temperature high-pressure liquid storage tank liquid level measuring device
SU1483336A1 (en) Device for determining adhesion of metal films