RU2743339C1 - Способ контроля уровня и вида жидкости и волоконно-оптический сигнализатор уровня и вида жидкости для реализации этого способа - Google Patents
Способ контроля уровня и вида жидкости и волоконно-оптический сигнализатор уровня и вида жидкости для реализации этого способа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2743339C1 RU2743339C1 RU2020124539A RU2020124539A RU2743339C1 RU 2743339 C1 RU2743339 C1 RU 2743339C1 RU 2020124539 A RU2020124539 A RU 2020124539A RU 2020124539 A RU2020124539 A RU 2020124539A RU 2743339 C1 RU2743339 C1 RU 2743339C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- liquid level
- optical
- pause
- radiation source
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Abstract
Изобретение предназначено для определения с высокой степенью точности уровня жидких сред с различными показателями преломления. Способ контроля уровня жидкости, включающий погружение одного из торцов волоконного световедущего элемента в контролируемую емкость, засветку второго торца световедущего элемента, оценку мощности, при этом оптический сигнал одного излучателя подают одновременно не менее чем на два торца волоконных световедущих чувствительных элементов, находящиеся на одном уровне, и фиксируют ряд отраженных от торцов сигналов, а результат оценивают. Устройство, включающее источник и приемник излучения, оптически сопряженные с выходными полюсами направленного волоконно-оптического разветвителя не менее чем Х-типа, входные полюса которого оптически сопряжены с торцами чувствительных элементов датчиков, а в выходные порты разветвителя, начиная со второго, включены линии оптической задержки в виде отрезков оптического волокна, длина которых является функцией от паузы между импульсами источника излучения и индивидуальна для каждого канала. Техническим результатом является создание надежного способа измерения уровня жидкости и пожаробезопасного и помехозащищенного датчика для осуществления этого способа. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения с высокой степенью точности уровня жидких сред с различными показателями преломления.
Известны способы контроля датчиками уровня жидкости с использованием электрических схем. Примером может служить датчик уровня жидкости для бака транспортного средства (патент РФ №2284481).
Однако применение такого способа является пожароопасным вследствие наличия электрических цепей, по сути, в баке транспортного средства, и не всегда надежным, т.к. в сигнальных проводах могут возникать наводки - как от собственных силовых сетей, так и от стороннего электромагнитного излучения.
Известны волоконно-оптические датчики уровня жидкости, лишенные этих недостатков. Примером может служить волоконно-оптический сигнализатор уровня жидкости (патент РФ №2297602), в котором используется эффект отражения на границе раздела сред - стекла и воздуха. Часть оптического сигнала от излучателя, подводимого в измеряемую емкость оптическим волокном, отражается на границе раздела и возвращается по оптическим волокнам к фотоприемнику. При подъеме уровня жидкости до сенсорной части датчика границей раздела сред становятся стекло и жидкость, коэффициенты преломления которых близки. Уровень возвратного сигнала резко падает, и перепад фиксируется. Такой датчик позволяет определять не только уровень жидкости, но и ее тип: например, вода и керосин имеют разные показатели преломления и соответственно, разные коэффициенты френелевского отражения на границе сред. Конструкция чувствительного элемента волоконно-оптического сигнализатора уровня жидкости обладает высокой искровзрывобезопасностью.
Однако датчики такого типа обладают определенными эксплуатационными недостатками. В процессе освобождения световода от жидкости на его торце некоторое время остается истончающаяся пленка жидкости, при этом возникает своеобразное просветляющее покрытие переменной во времени толщины.
Результатом взаимодействия излучения, поступающего по световоду к торцу, с таким покрытием, будет переменный во времени отраженный сигнал, мощность которого зависит от толщины пленки и длины волны излучателя - до полного стекания пленки жидкости, ее полного испарения или стабилизации толщины. Это на несколько секунд, а иногда до минут может задержать получение точного результата. Колебания сигнала могут достигать 5 дБ и более, что на подвижных объектах, например, в топливных баках летательных аппаратов, может быть истолковано как колебания уровня топлива в зоне датчика в результате маневра летательного аппарата или атмосферных возмущений (“болтанки”), в то время как его реальный расход уже значительно выше. Поэтому такой способ измерения уровня жидкости нельзя признать полностью надежным.
Цель изобретения - создание надежного способа измерения уровня жидкости и пожаробезопасного и помехозащищенного датчика для осуществления этого способа. Это достигается тем, что оптический сигнал одного излучателя подают по оптическим волокнам одновременно не менее чем на два торца чувствительных элементов, находящиеся на одном уровне, и фиксируют ряд отраженных обратно в волокно от торцов сигналов, а результат оценивают либо по суммарному отраженному сигналу, либо по наименьшему значению потерь на отдельном торце, выбранному из этого ряда измерений. Отраженные сигналы разделяют по времени их прихода на единый фотоприемник, причем паузу между первым и последним отраженным сигналом первой серии отражений задают меньшей, чем паузу между импульсами источника излучения, а паузу между приходом на фотоприемник соседних отраженных сигналов серии задают большей, чем длительность этих сигналов.
Устройство для реализации этого способа включает источник излучения, приемник излучения, оптически сопряженные с выходными полюсами направленного волоконно-оптического разветвителя, причем в устройстве использован направленный разветвитель не менее, чем Х-типа, входные полюса которого оптически сопряжены с торцами чувствительных элементов датчиков, а в выходные порты разветвителя, начиная со второго, включены линии оптической задержки в виде отрезков оптического волокна, длина которых является функцией от паузы между импульсами источника излучения и индивидуальна для каждого канала.
Заявленные признаки являются существенными:
Когда толщина слоя жидкости на торце датчика (по сути - просветляющего покрытия, т.к. коэффициент преломления у многих жидкостей меньше, чем у световода) равняется или кратна 1/4 длины волны излучения, лучи, отраженные от ее наружной и внутренней сторон, гасятся вследствие интерференции и их интенсивность становится равной нулю, т.е. датчик фиксирует ложное срабатывание, показывает наличие жидкости.
Простое дублирование канала, резко снижающее вероятность ложного срабатывания, не только затратно, но и неудобно вследствие расхождения параметров излучателей и фотоприемников в партии датчиков. Целесообразнее использование одного и того же излучателя и приемника для засветки и фиксации отраженного сигнала сразу от нескольких торцов чувствительных элементов датчика. Возможна оценка по суммарному отраженному сигналу при малом количестве чувствительных элементов, но при 4 и более целесообразна раздельная подача отраженных сигналов на фотоприемник. Эта задача была решена созданием датчика с линиями задержки различной и строго определенной длины на каждом из оптических каналов, подводящих излучение к торцам чувствительных элементов, что и было достигнуто в представленном решении.
На Фиг. 1 показана схема одного из вариантов оптической схемы:
Датчик состоит из двух чувствительных элементов: волоконных световодов 1 с сигнальными торцами 2, подводящих волоконных световодов 3, направленного волоконно-оптического Х-разветвителя 4. К входным полюсам разветвителя 4 через передающий волоконный световод 5 и приемный волоконный световод 6 подключаются источник излучения 7 и фотоприемник 8 соответственно. Один из выходных полюсов разветвителя 4 подключен к подводящему световоду 3 напрямую, второй полюс - через оптическую линию задержки 9. Оптические соединители на схеме не указаны, т.к. их расположение не имеет принципиального значения.
Возможны варианты схем, например, большее, чем 2, количество выходных полюсов и линий задержки.
Claims (4)
1. Способ контроля уровня жидкости, включающий погружение одного из торцов волоконного световедущего элемента в контролируемую емкость, засветку второго торца световедущего элемента и последующую оценку мощности отраженного от погруженного торца сигнала, отличающийся тем, что оптический сигнал одного излучателя подают одновременно не менее чем на два торца волоконных световедущих чувствительных элементов, находящиеся на одном уровне, и фиксируют ряд отраженных от торцов сигналов, а результат оценивают.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оценку ведут по суммарному отраженному сигналу.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оценку ведут по наименьшему значению потерь на отдельном торце, выбранному из этого ряда измерений, при этом отраженные сигналы разделяют по времени их прихода на единый фотоприемник, причем паузу между первым и последним отраженным сигналами первой серии отражений задают меньшей, чем паузу между импульсами источника излучения, а паузу между приходом на фотоприемник соседних отраженных сигналов серии задают большей, чем длительность этих сигналов.
4. Устройство для реализации способа по пп. 1, 3 включающее источник излучения, приемник излучения, оптически сопряженные с выходными полюсами направленного волоконно-оптического разветвителя, отличающийся тем, что устройство содержит направленный разветвитель не менее чем Х-типа, входные полюса которого оптически сопряжены с торцами чувствительных элементов датчиков, а в выходные порты разветвителя, начиная со второго, включены линии оптической задержки в виде отрезков оптического волокна, длина которых является функцией от паузы между импульсами источника излучения и индивидуальна для каждого канала.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020124539A RU2743339C1 (ru) | 2020-07-14 | 2020-07-14 | Способ контроля уровня и вида жидкости и волоконно-оптический сигнализатор уровня и вида жидкости для реализации этого способа |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020124539A RU2743339C1 (ru) | 2020-07-14 | 2020-07-14 | Способ контроля уровня и вида жидкости и волоконно-оптический сигнализатор уровня и вида жидкости для реализации этого способа |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2743339C1 true RU2743339C1 (ru) | 2021-02-17 |
Family
ID=74666178
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020124539A RU2743339C1 (ru) | 2020-07-14 | 2020-07-14 | Способ контроля уровня и вида жидкости и волоконно-оптический сигнализатор уровня и вида жидкости для реализации этого способа |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2743339C1 (ru) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4342919A (en) * | 1979-04-10 | 1982-08-03 | Asea Aktiebolag | Fiber optical measuring device |
SU1543241A1 (ru) * | 1986-10-20 | 1990-02-15 | Военно-воздушная инженерная Краснознаменная академия им.проф.Н.Е.Жуковского | Устройство дл определени границы раздела двух сред |
RU2010178C1 (ru) * | 1991-12-27 | 1994-03-30 | Инженерный центр перспективных разработок и технической эстетики "Палмикс" | Чувствительный элемент |
US5307146A (en) * | 1991-09-18 | 1994-04-26 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Dual-wavelength photometer and fiber optic sensor probe |
RU46353U1 (ru) * | 2005-02-10 | 2005-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Корпорация ИМС" | Устройство для определения уровня налива и количества продукта |
RU2327959C2 (ru) * | 2006-07-31 | 2008-06-27 | Владимир Александрович Григорьев | Волоконно-оптический сигнализатор уровня жидкости |
RU2573661C2 (ru) * | 2014-03-24 | 2016-01-27 | Михаил Стефанович Коренев | Способ измерения уровня жидкости и устройство с нерегулярной биспирально-конической световодной структурой для его реализации (варианты) |
KR101620921B1 (ko) * | 2014-11-10 | 2016-05-13 | 대우조선해양 주식회사 | 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터 |
-
2020
- 2020-07-14 RU RU2020124539A patent/RU2743339C1/ru active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4342919A (en) * | 1979-04-10 | 1982-08-03 | Asea Aktiebolag | Fiber optical measuring device |
SU1543241A1 (ru) * | 1986-10-20 | 1990-02-15 | Военно-воздушная инженерная Краснознаменная академия им.проф.Н.Е.Жуковского | Устройство дл определени границы раздела двух сред |
US5307146A (en) * | 1991-09-18 | 1994-04-26 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Dual-wavelength photometer and fiber optic sensor probe |
RU2010178C1 (ru) * | 1991-12-27 | 1994-03-30 | Инженерный центр перспективных разработок и технической эстетики "Палмикс" | Чувствительный элемент |
RU46353U1 (ru) * | 2005-02-10 | 2005-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Корпорация ИМС" | Устройство для определения уровня налива и количества продукта |
RU2327959C2 (ru) * | 2006-07-31 | 2008-06-27 | Владимир Александрович Григорьев | Волоконно-оптический сигнализатор уровня жидкости |
RU2573661C2 (ru) * | 2014-03-24 | 2016-01-27 | Михаил Стефанович Коренев | Способ измерения уровня жидкости и устройство с нерегулярной биспирально-конической световодной структурой для его реализации (варианты) |
KR101620921B1 (ko) * | 2014-11-10 | 2016-05-13 | 대우조선해양 주식회사 | 광섬유 클러스터를 이용한 유체 레벨미터 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4342919A (en) | Fiber optical measuring device | |
ATE27489T1 (de) | Faseroptische messeinrichtung. | |
US5164608A (en) | Plural wavelength fiber optic liquid level sensor for multiple liquids | |
JPH04279832A (ja) | 物理量測定装置 | |
KR900700901A (ko) | 얼음형성 및 기타 화학종 검출용 광학 센서 | |
GB2217834A (en) | Evanescent sensor | |
CN110260947A (zh) | 一种光纤液位传感器及传感方法 | |
CA1112894A (en) | Device for measuring the attenuation of optical waves in an optical transmission path | |
US4865416A (en) | Optical sensing arrangements | |
RU2743339C1 (ru) | Способ контроля уровня и вида жидкости и волоконно-оптический сигнализатор уровня и вида жидкости для реализации этого способа | |
RU2327959C2 (ru) | Волоконно-оптический сигнализатор уровня жидкости | |
GB2122337A (en) | Fibre optic sensing device | |
RU2751646C1 (ru) | Способ контроля уровня и вида жидкости и волоконно-оптический сигнализатор уровня и вида жидкости для реализации этого способа | |
JP7318705B2 (ja) | 判定装置及び判定方法 | |
CN111693077A (zh) | 一种自行确定测量阈值的光纤编码识别系统及方法 | |
US9244002B1 (en) | Optical method and system for measuring an environmental parameter | |
CN106225949A (zh) | 波分复用双波长光纤延迟温度传感器 | |
CN212254133U (zh) | 一种自行确定测量阈值的光纤编码识别系统 | |
RU2744159C1 (ru) | Волоконно-оптический сигнализатор уровня и вида жидкости | |
US10520428B2 (en) | Optical system | |
RU2764388C1 (ru) | Волоконно-оптический сигнализатор уровня и типа жидкости | |
RU2757976C1 (ru) | Волоконно-оптический сигнализатор уровня жидкости | |
JPS57194324A (en) | Optical temperature measuring device | |
JP7231689B2 (ja) | 腕時計ケースの内部の相対湿度レベルを測定するためのアセンブリ | |
JPS62159027A (ja) | 油の劣化度検出装置 |