RU2764388C1 - Волоконно-оптический сигнализатор уровня и типа жидкости - Google Patents
Волоконно-оптический сигнализатор уровня и типа жидкости Download PDFInfo
- Publication number
- RU2764388C1 RU2764388C1 RU2020124533A RU2020124533A RU2764388C1 RU 2764388 C1 RU2764388 C1 RU 2764388C1 RU 2020124533 A RU2020124533 A RU 2020124533A RU 2020124533 A RU2020124533 A RU 2020124533A RU 2764388 C1 RU2764388 C1 RU 2764388C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- light guides
- receiving
- light guide
- transmitting
- sensor
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 20
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process 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
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 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 относится к измерительной технике и предназначено для определения с высокой степенью точности уровня жидких сред с различными показателями преломления, в том числе в нестационарных объектах. Предложен датчик для контроля уровня жидкости, содержащий последовательно установленные и оптически согласованные источник излучения, передающий волоконный световод, чувствительный элемент, приемный волоконный световод и фотоприемник, подключенный к блоку обработки сигнала, при этом чувствительный элемент выполнен в виде установленных в оправе с зазором двух отрезков волоконных световодов, одни торцы которых в зазоре перпендикулярны их оптическим осям, а другие оптически согласованы соответственно с передающим и приемным волоконными световодами, при этом датчик дополнительно содержит как минимум один внеосевой приемный световод, расстояние до которого от осевого является функцией рабочей длины волны излучения, зазора между приемным и передающим световодами и апертурных углов световодов для измеряемых сред. Техническим результатом является создание пожаробезопасного и помехозащищенного датчика измерения уровня жидкости и ее типа. 1 з.п. ф-лы, 3 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. Разность мощности френелевского отражения невелика, поскольку невелик и сам сигнал - 4% от вводимой мощности излучения для границы кварц-воздух. Для стационарных датчиков, работающих в нормальных условиях, это приемлемо, а датчики подвижных объектов, в частности летательных аппаратов, должны работать в условиях резких перепадов температур (-60…+85°С), вибрации и т.д. При этом дрейф сигнала на сигнальных волокнах может превышать разность сигналов от френелевского отражения на границе двух сред, что неприемлемо.
Известны также волоконно-оптические датчики уровня жидкости с приемным и передающим световодами, например а. с. SU 1275220. В этом случае излучение выходит из одного световода и принимается другим. Поскольку апертурный угол выходящего из световода излучения различен для воздуха и жидкости, различна и мощность принимаемого сигнала. Меняется апертурный угол и при смене жидкостей с различными показателями преломления, поэтому такую схему тоже можно использовать для определения типа жидкости. Однако и эта схема имеет тот же недостаток: т.к. разность показателей преломления жидкостей невелика, невелик и перепад мощности сигнала, в ряде случаев сопоставимый с погрешностью измерений.
Цель изобретения - создание пожаробезопасного и помехозащищенного датчика измерения уровня жидкости и ее типа. Это достигается тем, что датчик содержит последовательно установленные и оптически согласованные источник излучения, передающий волоконный световод, чувствительный элемент, приемный волоконный световод и фотоприемник, подключенный к блоку обработки сигнала, при этом чувствительный элемент выполнен в виде установленных соосно в оправе с зазором двух отрезков волоконных световодов, одни торцы которых в зазоре перпендикулярны их оптическим осям, а другие оптически согласованы, соответственно, с передающим и приемным волоконными световодами. Датчик дополнительно содержит не менее одного внеосевого приемного световода, расстояние между которым и осевым является функцией рабочей длины волны излучения, апертурных углов световодов в измеряемых жидкостях и расстояния между передающим и приемным световодами. Несоосные приемные световоды могут быть расположены к оптической оси передающего под углом, не превышающим апертурный угол световода для соответствующей его положению среды.
Заявленные признаки являются существенными:
Когда торец датчика находится в керосине, апертурный угол минимален и захватывает осевой приемный световод, который выдает сигнал на свой фотоприемник. В воде угол больше, и сигнал фиксируется на осевом и на части удаленных (внеосевых) приемных световодов и соответствующих им фотоприемниках. В воздухе апертурный угол наибольший, и сигнал фиксируется на всех световодах и фотоприемниках. Таким образом, датчик, бывший аналоговым для уровня жидкости и аналоговым для ее состава, становится по сути цифровым (да-нет) и для уровня, и для состава жидкости. Для летательных аппаратов надежное разделение по типу жидкости особенно важно, поскольку ложное срабатывание датчика в топливном баке (наличие конденсатной свободной воды вместо керосина на замеряемом уровне) может привести к катастрофе из-за нехватки топлива.
На Фиг. 1 показана схема одного из вариантов конструкции:
Датчик состоит из передающего волоконного световода 1, приемных волоконных световодов 2, 3, 4, источника излучения 5 и фотоприемников 6, 7, 8, подключенных к блоку обработки сигнала (не указан). Оптические соединители на схеме не указаны, т.к. их расположение не имеет принципиального значения.
На Фиг. 2 показано прохождение излучения для варианта конструкции:
Апертурный угол для среды 1, например, керосина 9. Засвечен световод 2.
Апертурный угол для среды 2, например, воды 10. Засвечены световоды 2, 3.
Апертурный угол для среды 3, например, воздуха 11. Засвечены световоды 2, 3, 4.
Фиг. 3: прохождение излучения для варианта конструкции. Внеосевые приемные световоды расположены к оптической оси передающего световода под углом:
Апертурный угол для среды 1, например, керосина 9. Засвечен световод 2.
Апертурный угол для среды 2, например, воды 10. Засвечены световоды 2, 3.
Апертурный угол для среды 3, например, воздуха 11. Засвечены световоды 2, 3, 4.
Возможны варианты схем, например большее количество приемных световодов в каждой зоне.
Claims (2)
1. Датчик для контроля уровня жидкости, содержащий последовательно установленные и оптически согласованные источник излучения, передающий волоконный световод, чувствительный элемент, приемный волоконный световод и фотоприемник, подключенный к блоку обработки сигнала, при этом чувствительный элемент выполнен в виде установленных в оправе с зазором двух отрезков волоконных световодов, одни торцы которых в зазоре перпендикулярны их оптическим осям, а другие оптически согласованы, соответственно, с передающим и приемным волоконными световодами, отличающийся тем, что датчик дополнительно содержит как минимум один внеосевой приемный световод, расстояние до которого от осевого является функцией рабочей длины волны излучения, зазора между приемным и передающим световодами и апертурных углов световодов для измеряемых сред.
2. Датчик для контроля уровня жидкости по п. 1, отличающийся тем, что внеосевые приемные световоды расположены к оптической оси передающего световода под углом, не превышающим апертурный угол световода для соответствующей его положению среды.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020124533A RU2764388C1 (ru) | 2020-07-14 | 2020-07-14 | Волоконно-оптический сигнализатор уровня и типа жидкости |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020124533A RU2764388C1 (ru) | 2020-07-14 | 2020-07-14 | Волоконно-оптический сигнализатор уровня и типа жидкости |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2764388C1 true RU2764388C1 (ru) | 2022-01-17 |
Family
ID=80040428
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020124533A RU2764388C1 (ru) | 2020-07-14 | 2020-07-14 | Волоконно-оптический сигнализатор уровня и типа жидкости |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2764388C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU220978U1 (ru) * | 2023-07-26 | 2023-10-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Компания "ТехноСистемы" (ООО "Компания "ТехноСистемы") | Датчик оптический контроля предотвращения перелива для авто- и полуприцепов цистерн |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4928006A (en) * | 1987-03-13 | 1990-05-22 | Kershaw Charles H | Fluid coupled fiber optic sensor |
RU2266525C2 (ru) * | 2003-04-28 | 2005-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Электронные системы управления и приборы" (ООО "НПФ "ЭСУП") | Сигнализатор уровня жидкости |
RU2327959C2 (ru) * | 2006-07-31 | 2008-06-27 | Владимир Александрович Григорьев | Волоконно-оптический сигнализатор уровня жидкости |
US8735856B2 (en) * | 2009-06-04 | 2014-05-27 | Department Of Space, Indian Space Research Organization | Fiber optic liquid level detector |
RU2568990C1 (ru) * | 2014-09-24 | 2015-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенный центр исследований и разработок" (ООО "РН-ЦИР") | Устройство для контроля уровня жидкости |
RU2583738C1 (ru) * | 2015-03-11 | 2016-05-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева" (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) | Волоконно-оптический цифро-аналоговый преобразователь |
-
2020
- 2020-07-14 RU RU2020124533A patent/RU2764388C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4928006A (en) * | 1987-03-13 | 1990-05-22 | Kershaw Charles H | Fluid coupled fiber optic sensor |
RU2266525C2 (ru) * | 2003-04-28 | 2005-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Электронные системы управления и приборы" (ООО "НПФ "ЭСУП") | Сигнализатор уровня жидкости |
RU2327959C2 (ru) * | 2006-07-31 | 2008-06-27 | Владимир Александрович Григорьев | Волоконно-оптический сигнализатор уровня жидкости |
US8735856B2 (en) * | 2009-06-04 | 2014-05-27 | Department Of Space, Indian Space Research Organization | Fiber optic liquid level detector |
RU2568990C1 (ru) * | 2014-09-24 | 2015-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенный центр исследований и разработок" (ООО "РН-ЦИР") | Устройство для контроля уровня жидкости |
RU2583738C1 (ru) * | 2015-03-11 | 2016-05-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева" (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) | Волоконно-оптический цифро-аналоговый преобразователь |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU220978U1 (ru) * | 2023-07-26 | 2023-10-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Компания "ТехноСистемы" (ООО "Компания "ТехноСистемы") | Датчик оптический контроля предотвращения перелива для авто- и полуприцепов цистерн |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4745293A (en) | Method and apparatus for optically measuring fluid levels | |
US4764671A (en) | Fiber optic fluid sensor using coated sensor tip | |
US5452076A (en) | Fluid detection system | |
US8035527B2 (en) | Fire detection | |
CN107515033B (zh) | 基于光频域反射技术的点式液位传感器装置及其测量方法 | |
US6753520B2 (en) | Fiber optic sensor with transmission/reflection analyzer | |
US7129470B2 (en) | Optical sensor using a long period grating suitable for dynamic interrogation | |
US11346689B2 (en) | Optical measuring system with an interrogator and a polymer-based single-mode fibre-optic sensor system | |
US6801678B2 (en) | Fiber optic level detector | |
US5131741A (en) | Refractive velocimeter apparatus | |
RU2764388C1 (ru) | Волоконно-оптический сигнализатор уровня и типа жидкости | |
US5739526A (en) | Fibre-optic photoelectric beam device having a transmitting optical unit for detecting a moving object through a control district | |
RU2764387C1 (ru) | Волоконно-оптический сигнализатор уровня и типа жидкости | |
RU2327959C2 (ru) | Волоконно-оптический сигнализатор уровня жидкости | |
RU2744159C1 (ru) | Волоконно-оптический сигнализатор уровня и вида жидкости | |
JPS5853739A (ja) | 光フアイバ式不純物検出装置 | |
KR102036260B1 (ko) | 광섬유 격자를 이용한 누수 및 침수 감지센서 | |
RU2757976C1 (ru) | Волоконно-оптический сигнализатор уровня жидкости | |
RU2687868C1 (ru) | Волоконно-оптический уровнемер-сигнализатор давления | |
KR20110043834A (ko) | 분광기와 선형 배열 광감지기를 이용한 fbg 센서 복조화 장치 | |
RU2743339C1 (ru) | Способ контроля уровня и вида жидкости и волоконно-оптический сигнализатор уровня и вида жидкости для реализации этого способа | |
RU2429453C2 (ru) | Волоконно-оптический сигнализатор уровня и вида жидкости | |
RU2741276C1 (ru) | Волоконно-оптический датчик параметров жидкостных и воздушных потоков | |
Szolga | Humidity and Isopropyl Alcohol Detection Sensor Based on Plastic Optical Fiber | |
RU2751646C1 (ru) | Способ контроля уровня и вида жидкости и волоконно-оптический сигнализатор уровня и вида жидкости для реализации этого способа |