SU1024740A1 - Оптико-электронный дискретный уровнемер - Google Patents

Abstract

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ДИСКРЕ НШ УPOBHEt lEP, содержащий коллиматор , фотоприемную головку с объективом и электронную схему обработки, о-т л и ч а юц и и с   тем, что, с целью првицени  точности и упрощени  устройства, на пути отраженного от жидкости пучка установлен световод в виде плоскопараллельной пластины с плоской фаской так, что отражайщие плоскости пластины параллельны поверхности жидкости и перпендикул рны к плоскости,, проход (Щей через оси падающего и отраженного от:поверхности жидкости пучков, ;при этом пластина имеет толщину t, . котора  определ етс  выражением 1 . где Л угол падени  пучка на nor i верхность жидкости; if - угол преломлени  этого пучка нижней плоскостью пластины; .дИ- шаг дискретизации измер еMtax уровней, фаска обращена к объективу .иуле пендикул рна к , отраженному от ; нижней плоскости пластины, фЬтоприем на .головка установлена неподвижно, а ме зду .световодом и объективом Bnei. S дена щелева : диафрагма.

Description

Изобретение относитс  к гидрологическому приборостроению, а именно к оптико-электронным уровнемерам, и предназначено дл  бесконтактного определени  уровн  жидкости в задем фированиьк колодцах, уровней различ йых агрессивных жидкостей и др. Известно устройство, содержащее коллиматор, фотоприемную .толовку и электронную схему обработки l . Недостатком данного устройства  вл етс  малый диапазон измер емых уровней. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту  вл етс уровнемер, который содержит неподвижный коллиматор, включающий два источника света, разделительную пр моугольную призму и объектив, фоэопрнемную головку, включающую сгъектив и помещенный в его фокальной плоскости фотоприемник, ходовой винт,, на котором на каретке установ лена фотоприемна  головка, блок питани , электронное фазочувствитель ное устройство, вклшчаиидее усилитель напр жени , фазовый дискриминатор и усилитель мощности, реверсивный двиг тель, осуществл нйций вращение ходово винта, и датчик положени  каретки с фотоприемной головкой 2 . Недостатком известного уровнемера  вл етс  то, что он содержит электро 4 4ёханические элементы, обеспечивающие отслеживание фотоприемной голов пучка с равносигнальной зоной, а также регистрацию измер емого уровн  Которые  вл ютс  источникохм ошибок и основной причиной, обуславливающей технологическую сложность, трудоемкость и высокую стоимость уровнемера Целью изобретени   вл етс  повышение точности и упрощение устройств Поставленна  цель достигаетс  тем что в оптико-электронном дискретном уровнемере, содержащем коллиматор, фбтоприемную головку с объективом и электронную схему обработки, на пути Ьтраженного от жидкости пучка установлен световод в виде плоскопараллельной пластины с плоской фаской таким образом, что отражающие плоскости пластины параллельны поверхности жидкости и перепендикул рны к плоскости, проход щей через оси падающего и отраженного от поверхнос ти жидкости пучков, при этом пластина имеет толщину t, котора  определ етс  выражением где угол падени  пучка лучей на поверхность жидкости; «f угол преломлени  этого пуч ка нижней йлрскостью пласт ны; йН - шаг дискретизации нзмер е-, ладх уровней, фаска обращена к объективу и перпендикул рна к пучку, отраженному от нижней плоскости пластины, фотоприемна  головка установлена неподвижно, а между световодом и объективом введена щелева  диафрагма. На чертеже приведена принципиальна  схема оптико-электронного уровнемера . Уровнемер содержит установленный неподвижно-коллиматор 1, включающий . два излучател  2 и 3, например светодиоды , разделительную пр моугольную призхму 4, объектив 5, неподвижно установленную фотоприемную головку 6, включающую объектив 7 и фотоприемник 8, помещенный в фокальной плоскости объектива 7, щелевую диафрагму 9 и плоскопараллельную пластину 10 с плоской фаской 11, установленные перед объективом 7, и электронного схему обработки сигнала, снимаемого с фотоприемника 8. Электронна  схема обработки может быть выполнена, например , в виде подключенного к выходу фотоприемника усилител  напр жени , фазового дискриминатора, реверсивного счетчика шдаульсов, подключенного к выходу фазового дискриминатора через ключ, ждущий мультивибратор, триггер и дополнительные ключи, управл емые сигналом с фазового дискриминатора . Уровнемер работает следующим образом . Коллиматор 1 направл ет к поверхности жидкости пол углом ci параллельный пучок с равносигнальной зоной, которой зеркально отражаетс  от поверхности жидкости к плоскопараллельной пластине 10, с поверхностью которой он встречаетс  под углом (& и, преломившись на границе стекловоздух , проникает в толщу пластины и, испытав последовательные многократные отражени  от ее поверхностей в соответствии с законом полного внутреннего отражени , выходит из пластины по направлению, нормальному к фаске 11, и через щелевую диафрагму 9 и- объектив 7 поступает на фотоприемник 8. Равносигнальна  зона в пучке обусловлена сдвигом фазы свечени  излучателей 2 и 3 на IBO. 3 исходном положении, которому соответствует поверхность жидкости на уровне 1, ось светового пучка пост ле отражени  от жидкости совпадает с направлением А, а на выходе из плоскопараллальной пластины 10 с осью фотоприемной головки; в этом случае с фазового дискриминатора снимаетс  нулевое напр лсение, при котором счетчиком импульсов регистрируетс  импульс, вырабатываемый

ждущим мультивибратором и соответствующий уровню 1.

При понижении уровн  ось отраженного от жидкости пучка смещаетс  параллально направлению А-/ приближа сь к направлению В, что обуславливает 5 после выхода из плоскопараллельной пластины 10 параллельное смещение пучка с оси фотоприемной головки и по вление на выходе фазового дискриминатора напр жени  определенной,. тветству1ощей знаку смещени  уровн  пол рности , разрывающего сигнальную цепь. При дальнейшем понижении уровн  наступает момент, когда в зрачок объектива 7 поступают лучистые потоки45  вл ющиес  част ми светового пучка, отраженными от соседних участков I и С нижней поверхности пластины 10, сдвинутые по фазе на 180° и равные по величине, и вызывающие на выходе фазового дискриминатора нулевое напр  жение; однако импульс, вырабатываемый Б этом случае мультивибратором, задерживаетс  триггером.

В момент, когда поверхность жкд кости достигает уровн  II , отраженный25 от жидкости пучок идет но направлению. В и на выходе из пластины 10 совпадает с осью фотоприемной головки, при этом, как и при отражении пучка от лсидкости на уровне 1 , с фазового 30 дискриминатора снимаетс  нулевое напр жение, которое .обеспечивает срабатывание всей логической цепочки ,. и регистрацию счетчиком и11пульса, соответствующего уровню П .

При дальнейшем понижении уровн  жидкости описанные процессы периодически повтор ютс , причем схема обработки обеспечивает регистрацию импульса лишь в случае совпадени  оси отраженного . пучка на выходе плоскопараллельной пластины 10 с осью фотоприемной головки . В свою очередь ось выход щего иэ пластины 10 пучка совпадает с осью фог топриёмной головки лишь в случае отражени  зондирующего пучка от поверхности жидкости, наход щейс  на уровн х, равноотсто щих Д0Уг от друга на шаг дискретизации лЦ , который св зан с толщиной t пластины 10 зависимостью

Чл

Ч

.

где if - угол преломлени  пучка, отраженного от поверхности жидкости нижней плоскостью пластины .

Таким образом, предлагаемый оптикоэлектронный уровнемер при значительном его упрощении позвол ет измер ть дискретные, положени  уровн  жидкости с более высокой точностью благодар  исключению электромеханических узлов перемещени  фотоприемной головки и полной статичности узлов уровнемера.

Claims (1)

1. ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ДИСКРЕТНЫЙ УРОВНЕМЕР, содержащий коллиматор, Фотоприемную головку с объективом и электронную схему обработки, от л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повынения точности и упрощения устройства, на пути отраженного от жидкости пучка установлен световод в виде плоскопараллельной пластины с плоской фаской Так, что отражающие плоскости пластины параллельны поверхности жидкости и перпендикулярны к плоскости,, проходящей через оси падающего и отраженного от.поверхности жидкости пучков, при этом пластина имеет толщину t, которая определяется выражением ’ V Z —- А Ц где Λ - угол падения пучка на поверхность жидкости;

   Ч' ~ угол преломления этого пучка нижней плоскостью пластины;

   АН- шаг дискретизации измеряёмых уровней, фаска обращена к объективу -иуперпендикулярна к пучку, отраженному от _; нижнем плоскости пластины, фотоприемная головка установлена неподвижно, а между .световодом и объективом вве дена щелевая диафрагма.

   /

   1024740 . 2