WO2018129600A1 - Sonda de precisão para detecção de variação de nível ou presença de líquidos por luz no infravermelho ou luz visível - Google Patents

Sonda de precisão para detecção de variação de nível ou presença de líquidos por luz no infravermelho ou luz visível Download PDF

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WO2018129600A1
WO2018129600A1 PCT/BR2017/050004 BR2017050004W WO2018129600A1 WO 2018129600 A1 WO2018129600 A1 WO 2018129600A1 BR 2017050004 W BR2017050004 W BR 2017050004W WO 2018129600 A1 WO2018129600 A1 WO 2018129600A1
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liquid
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infrared
liquids
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Nelson BORDIN JUNIOR
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RIBEIRO, Emilio Carlos
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    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • 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

Definitions

  • This patent application is for a PRECISION PROBE FOR DETECTION OF LEVEL VARIATION OR PRESENCE OF INFRARED LIGHT OR VISIBLE LIGHT, which is a sensor that detects the refraction of a light ray in direction of an optical receiver, which converts the light information into a voltage variation in the output circuit or into a high or low logic signal, making it possible to detect the presence, level and composition of a liquid based on table comparison specific refractive index of the liquid or mixture, and also allows to detect the nature of the liquid, such as alcohol, diesel, gasoline, water and others according to the specific refractive table of each liquid.
  • the precision probe for detecting variation in the level or presence of liquids by infrared light or visible light is a device used in the electrical-electronic engineering segment with wide application, such as fuel tank volume probes at stations, aircraft fuel and water tanks, automobiles, industrial machines, residential machines, residential and industrial reservoirs, buses, trucks, ships and any other type of machine or physical structure fitted with liquid reservoirs, liquid transport pipes and liquid level and presence detectors.
  • the precision probe set forth herein is preferably intended for the detection of translucent or opaque liquids such as water, alcohol, oils and fuels and also any other liquid requiring level variation measurement.
  • a liquid meter, detector, sensor, or probe is a device that, when in contact with any liquid, triggers an artifact, which may be mechanical or not, sending an electrical signal to a receiving device that alerts the presence of the liquid, or measures its quantity in a reservoir of limited size and known, or detects the passage thereof in a tube or pipe or channel.
  • Moving parts technology devices wear out very fast, costly and are difficult to replace, they are also less reliable for major applications such as aviation and liquid transport in pipelines and aqueducts.
  • the precision probe was designed and developed to detect level variation or presence of liquids by infrared light or visible light, object of the present patent, where this device uses the physical property of refraction. light in liquids to make your measurement, this new device becomes an optical sensor that uses no moving parts and solves the problem of excessive axle wear, and also makes the measurement system more accurate as it can detect the presence of liquids even in situations where the tank or duct is turned, tilted or out of its original position.
  • the electronic circuitry that becomes necessary for the operation of the device is extremely simple, which significantly lowers the cost of the system, making it more even the conventional mechanical systems, let alone the optical and ultrasonic ones.
  • Another advantage of the device is that it can detect different types of liquids by the difference in the specific refractive angle of each particular liquid, which is an intrinsic property of the material for each wavelength and can be tabulated.
  • Document PI 0701834-7 entitled FUEL MONITORING FULL LEVEL BUOY, consisting of a low-cost composite float system consisting of four float elements arranged in the same plane in the same plane . Each element is followed by a support rod that transmits to the central component any disturbance of the fuel.
  • the system also works with mechanical displacement of a base with floating elements, which, when moving, transfer the movement to electrical rheostats, which in turn through friction change their internal electrical resistance, making the measurement of the level of fuel in the tank of a vehicle;
  • US4994682A FIBER OPTIC CONTINUOUS LIQUID LEVEL SENSOR, which describes a fiber optic sensor, particularly for determining fluid levels, uses two regularly disturbed cylindrical light guides to emit and / or accept light in a radial direction.
  • Each waveguide is coupled to one (or more) light source and / or one (or more) light detector.
  • a light source such as a light emitting diode or laser diode, is coupled to the radially emitting light guide illuminating a flat dielectric surface which in the presence of a fluid with a low refractive index and air behaves like a mirror, coupling light through total internal reflection to the light guide that accepts this radial light and channels the light to a light detector.
  • the optical signal received at the light detector is thus related to the depth of the planar dielectric surface that is immersed in liquid.
  • US2009039296, SENSOR ARRANGEMENT FOR DETECTING LIQUID ON A SURFACE which describes a sensing device includes at least one transparent elevation which is formed on a surface.
  • the transparent elevation is made of a first transparent material.
  • At least one first facet of the transparent elevation defines a first angle with the surface. This first angle is greater than an angle at which a full reflection occurs at an interface of the first transparent material and air and is at the same time smaller than an angle at which a total reflection occurs at an interface of the first transparent material and air. .
  • a light source is arranged to emit an incident ray in a first direction passing through the surface to transparent elevation such that in the presence of a liquid in the first facet an incident ray will be transmitted through the first facet, in which in the absence of a liquid the incident radius will be reflected due to full reflection on the facets.
  • a light detector is provided for detecting reflected radius.
  • US5942976, PASSIVE INFRARED INTRUSION DETECTOR AND ITS USE which describes a passive infrared intrusion detector for detecting and capturing body radiation includes a capture infrared detector, in particular for window spray detection. of the intrusion detector input.
  • the capture detector includes a light source, a corresponding light sensor, and an optical diffraction grating structure outside the input window.
  • the light source and light sensor may be on the same or opposite sides of the input window.
  • first or higher order diffraction light from the light source is focused to the sensor, and an electrical signal from the sensor is evaluated by an evaluation circuit. Where in case of capture, the focusing effect of the optical diffraction grating structure is zero, so that the light intensity in the detector is reduced. The drop in light intensity triggers a capture alarm signal;
  • US3995168 ELECTRO OPTICAL FLUMS MEASUREMENT SYSTEM, which describes a device for displaying outside the level and specific density of a liquid contained within a tank, particularly for flammable liquids, characterized by a plurality of paired light tubes with specific optical interface located at intervals therebetween within a holder with light-powered electrical means from one of the pairs of light tubes thus being conducted due to the refractive index difference caused by a fault fuel in the optical interface zone to provide a view of fluid level and / or fluid density within a tank;
  • US4287427 LIQUID-LEVEL MONITOR which describes apparatus for detecting the level of a liquid in a container by modulating the propagation light intensity through a fiber optic light guide, a coating section which has it removed or partially removed.
  • the system consists of a light source that is coupled to the inlet end of a fiber, a fiber section from which the liner is removed, a vessel containing the liquid into which the fiber section, which may be immersed, and a detector at the fiber end outlet;
  • US4443699 FLUID LEVEL MEASURING DEVICE WITH LINEAR, HIGH RESOLUTION OUTPUT, which describes a level meter where a generated signal is passed through an elongated signal carrying element, preferably positioned perpendicular to the surface of a liquid, whose level is to be measured.
  • the signal is directed from the signal transport element to a detector element which detects the output signal from the transport signal element.
  • the output of the signal detected in an optical embodiment varies logarithmically with the immersion depth of the signal transport element into the fluid.
  • a preferred embodiment utilizes an electromagnetic wave, for example light, signal passing through a transport signal light tube element.
  • Liquid level sensing means for providing a continuous liquid or liquid level indication of a container comprising an elongated light-conducting member adapted to be received in a liquid having a first and second ends and a surface providing an interface with the liquid. liquid to measure liquid levels between the ends of the conductive element.
  • a source provides radiation to the conductive element at one end and sensing means for detecting radiation transmitted by the conductive element is positioned at the end of the conductive element opposite the radiation source and provides a signal. output that responds to the intensity of the radiation sensor.
  • the conductive element is transparent to radiation, has a refractive index that is greater than that of the liquid to be measured, and has contoured regions on at least a portion of its surface.
  • the contoured regions have an inclination that provides radiation incident on it from the source with an angle of incidence no greater than the critical angle characterizing the liquid interface regions and whose angle is greater than the critical angle characterizing regions that are not interconnected with the liquid, where the liquid interface regions refract the radiation and the regions that are not interconnected with the liquid reflect the radiation that hits them from the source and the intensity of the radiation received by the sensing means is a function connected to the liquid level between the ends of the conductive element;
  • OPTICAL SENSOR which describes an optical sensor for converting a physical value into an electrical output signal, comprising a light source from which a beam of light is coupled to a first surface of a photoconductor body. Light rays are either fully reflected by a boundary surface or coupled outside said body in response to a given physical value. Fully reflected light rays strike a second face. A plurality of light sensitive elements are provided to detect the angular range covered by the beam after it has been fully reflected or coupled, respectively. In order to allow the sensor to be adapted to a plurality of applications and to obtain reproducible digitized output values regardless of any disturbing factors.
  • the body In places or long-term phenomena, the body is conceived as an elongated waveguide in which light rays are subjected to multiple total reflection.
  • the light sensitive elements are arranged at an axial distance h from a waveguide face. They form an impact surface for the beam of light emanating from the face.
  • the elements are connected to an evaluation circuit comprising a counter that outputs a digital output signal representative of the number of elements illuminated by the beam.
  • the precision probe for detecting level variation or presence of liquids by infrared light or visible light object of the present invention, aims to eliminate frictional wear of moving components of mechanical devices. It is also an object of this invention to exploit the refractive effect of a light beam to detect the presence of a liquid to be measured, as well as to exploit the refractive effect of a light beam to detect the composition of a liquid to be measured. by its refractive index.
  • the precision probe for detection of level variation or presence of liquids by infrared light or visible light object of the present patent, aims to provide greater measurement reliability under severe vibration and bumps due to the absence facilitate the physical construction of a level probe, as the gradual variation of level detection by the opening of the light beam, which affects the immediately anterior or posterior receiver, which is also deflected by the refractive effect, makes it necessary the lowest amount of receivers per centimeter of probe.
  • Figure 1 shows a precision probe scheme for detecting level variation or presence of liquids by infrared or visible light, object of the present invention, highlighting all its configuration details.
  • Figure 2 shows a scheme of the basic operation of the precision probe for detecting level variation or presence of liquids by infrared light or visible light, object of the present invention, as a liquid level sensor.
  • Figure 3 shows a scheme of the basic operation of the precision probe for detecting level variation or presence of liquids by infrared light or visible light, object of the present invention, with various liquid level sensors.
  • Figure 4 shows a schematic of a more common current level measurement system with rod and moving parts as an example of the state of the art.
  • Figure 5 shows a precision probe scheme for detecting level variation or presence of liquids by infrared or visible light, object of the present invention, as an example of embodiment as a level meter in a liquid tank. .
  • Figure 6 shows a precision probe scheme for detecting level variation or presence of liquids by infrared light or visible light, object of the present invention, as an example of embodiment as a liquid detector in a through line of liquids or piping.
  • the invention object of this patent application involves a device that through a light beam, which incident on the liquid measured at a certain angle other than 90 Q between the emitter and the passage line from one medium to another, where This beam undergoes a light refraction deviation and each liquid (water, gasoline, diesel, ethanol, kerosene and others) has a different refractive index known to science and commonly presented in fixed tables and, due to these indices, They deflect the light beam at different angles from the entry angles. When deflecting this beam, it beams at different positions on the surface within the liquid where the receivers will be arranged. According to the refractive index, the beam beams at a receiver. to determine the measured liquid index, making it possible to analyze the measured liquid for determination of composition and quality.
  • the emitter In the normally closed fixture, the emitter is arranged directly in front of the light beam and is always on. When the liquid to be measured reaches the beam emitters, a certain deviation of the light beam input angle occurs due to the refractive phenomenon, disabling the optical receiver that cuts the voltage at the circuit output, providing detection of the variation of the circuit output voltage and thus determining that the measured liquid level is at that particular position.
  • the device can operate by the normally open system where the non-liquid beam does not reach the receiver, and when the measured liquid level varies, increasing the level shifts the beam favorably to reach and trigger the Optical receiver that releases the voltage at the circuit output, providing detection of the variation of the output voltage of the circuit.
  • this invention increases the resolution of the level measurement of a liquid.
  • the transmitters are arranged on one side of the measuring bar while the receivers are arranged on the other side of the bar.
  • the emitters have their light limited by a hole where they are mounted, and with this, the light beam that will make the measurement of the liquid is created. This beam is separated from contact with the liquid by a flat transparent surface. Also this beam hits this surface at an angle other than 90 Q , so that the effect of refraction can occur.
  • the light beam exits the hole where it is installed it suffers the effect of light diffraction, which moderately scatters the beam just before it crosses the transparent surface and comes into contact with the liquid.
  • this diffracted beam comes in contact with the liquid across the flat surface, it is refracted and then we will have a refracted diffracted beam.
  • the luminous fan will reach the receiver directly arranged in its determined position to receive the signal and also, because the beam is diffracted and refracted, it also partially reaches the receiver directly above and the receiver directly below the direct receiver. This creates the possibility of electrically treating these adjacent receivers to measure this small amount of light energy to more accurately determine the position of the liquid in the measuring bar and may reach measurements of one hundredth of a millimeter, or 0.01mm.
  • the precision probe for detecting level variation or presence of liquids by infrared light or visible light, object of the present invention is a sensor that detects the presence or not of different types of liquids, of construction. easy, made of plastic or any other material provided that it respects the type of corrosion caused by the liquid to be detected with intermittent or non-intermittent light-emitting beams and receiver inclined with respect to the emitters, respecting the specific refractive angle of each type of liquid you want to measure.
  • a single device can measure several types of liquids or detect many different types of liquids according to the specific refractive angle.
  • the precision probe for detecting variation in the level or presence of liquids by infrared or visible light (1) is a plastic rod or any opaque material being molded, forming hollow tubes filled with air and insulated from the outside by a transparent outlet wall on the light-emitting side (1 A).
  • Said hollow tubes are constructed so as to form an angle of 60 Q, or any angle other than 90 Q, with the transparent wall light output (1b) by forming this angle, without the presence of fluid on the outside, the light beam passes through the transparent material and exits the hole at the same angle of 60 Q (1 B) as the liquid is poured into the tank and fills the space in front of the hole's light output, thanks to the REFRACTING effect.
  • the radius of light suffers an angular deviation, reaching the receiver (1 C), which is a light-receiving diode, which in turn triggers the sector of the translating electrical circuit (1 F), and sends the electric signal with voltage.
  • variable system output (1 D) this voltage varies according to the number of sensors reached by the light ray.
  • the voltage may vary from 1 to 12 volts at 2.4vol intervals, thus simulating the same effect as the float.
  • mechanics of a common vehicle for example Being 1 volt represented by empty tank (2A), 3.4volts by 1/4 (2B), 5.8volts by 1/2 (2C) and so on. This does not mean that the subdivisions are fixed, the system can be built with one hundred or more sensors, making it more accurate to measure. In this example of realization are A total of 15 components were used for a 5-level probe.
  • Another embodiment of the electrical circuit is a circuit with 3 components per level, 1 resistor, 1 light emitting radiation, 1 optical receiver, with its operation in the same way.
  • the precision probe for detecting variation in the level or presence of liquids by infrared or visible light utilizes and takes advantage of the refraction phenomenon of non-90 liquid detection sensors. Q between the emitter and the passing surface of medium to medium with different refractive index to detect the presence of liquids in a reservoir.
  • It can be used as a refraction-based level sensor in fuel or water tank level sensing probes, where light beam deviation triggers (normally open) or deactivates (normally closed) an optical receiver of the phototransistor or photoresistor type, as well as a sensor for the detection of presence and liquid passage in pipes or galleries); as a liquid detection sensor with angle of incidence deviation of the light ray resulting in a voltage variation; as a light sensor that is triggered by light ray deviation by the refractive effect that gradually triggers a phototransistor or photoresistor receiver, providing centesimal accuracy to the level variation of a liquid; and as an unwanted fuel tank detector.
  • This device can be constructed with an electrical contact relay which, with 1 detection level, drives an external circuit and connects a water pump to a reservoir for example. Following the same principle of refraction, but built in reverse. When there is no liquid present in the light emitter, the light emits at the same angle of entry to a receiver (4A) that always remains activated. By raising the level of the measured liquid and reaching the light emitter, it bends the beam by the refractive coefficient and deactivates the system, something that can be named as normally closed according to the SI (International Measurement System) standard.
  • SI International Measurement System
  • the translator circuit consists of five components for each measured level, 1 resistor, 1 drf receiver led, 1 emitter led, 1 low power BC type transistor, 1 zener diode.
  • the five-level circuit (1 F) uses 15 components to perform light emission, light reception, transistor switching and voltage boosting with the zenner diode at the output of each level.
  • level 1 has a 2volt zener diode, which generates an output of 1,3volts (1G), generating the lowest level detected.
  • the second receiver receives a 4.4volt (1 H) zenner diode, generating the second level that would be represented by 1/4 of the tank level, and so on to the 1/1 (1 J) level that generates an output. 12 volts.
  • the emitters are arranged on one side of the measuring bar while the receivers are arranged on the other side of the bar.
  • the emitters have their light limited by a hole where they are mounted, and with this, the light beam that will make the measurement of the liquid is created.
  • This beam is separated from contact with the liquid by a flat transparent surface. Also this beam hits this surface at an angle other than 90 Q , so that the effect of refraction can occur.
  • the light beam exits the hole where it is installed it suffers the effect of light diffraction, which moderately scatters the beam just before it crosses the transparent surface and comes into contact with the liquid.
  • this diffracted beam comes in contact with the liquid across the flat surface, it is refracted and then we will have a refracted diffracted beam.
  • the luminous fan will reach the receiver directly arranged in its determined position to receive the signal and also, because the beam is diffracted and refracted, it also partially reaches the receiver directly above and the receiver directly below the direct receiver. This creates the possibility of electrically treating these adjacent receivers to measure this small amount of light energy to more accurately determine the position of the liquid in the measuring bar, and may reach measurements of one hundredth of a millimeter, or 0.01 mm. .
  • the advantage of the present invention is the absence of moving and mechanical components, this advantage increases the efficiency of measurement by not running the risk of mechanical wear and friction, as well as increases the reliability in shaking and bumping systems which do not damage any kind of rod or floats or shafts. Also due to the absence of mobile systems, it is simpler to manufacture and uses less material
  • the optical sensor has the ability to measure different types of liquids on the same sensor. Because each known liquid has a different refractive index, the arrangement of optical receptors, taking into account the specific refractive index of each liquid, can determine the level of a liquid and the type of liquid. in the measured container. [057] It is also an advantage that the optical sensor can work in any position as it does not rely on gravity to make measurements.
  • the light beam released by the emitters forms an open fan, thanks to the diffraction effect, which impacts directly on the receiver, but also has an effect on the receivers immediately above or below the receiver. This provides detection of the level variation of spaces between receivers that in theory would not be measured, further increasing accuracy and reducing the cost and complexity of building a multi-level probe.
  • the precision probe for detecting level variation or presence of liquids by infrared light or visible light is a new device for the State of the Art which has conditions of innovation, inventive activity and unprecedented industrialization, which make it deserve the Privilege of Invention Patent.

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Abstract

Trata-se de um sensor que detecta a refração de um raio luminoso em direção a um receptor ótico, o qual converte a informação luminosa em uma variação de tensão no circuito de saída, ou em um sinal lógico alto ou baixo, tornando possível detectar a presença, o nível e a composição de um líquido, com base na comparação em tabela do índice de refração específico do líquido ou da mistura; permite também detectar a natureza do líquido, como álcool, diesel, gasolina, água, entre outros, de acordo com a tabela de refração específica de cada líquido.

Description

SONDA DE PRECISÃO PARA DETECÇÃO DE VARIAÇÃO DE NÍVEL OU PRESENÇA DE LÍQUIDOS POR LUZ NO INFRAVERMELHO OU LUZ VISÍVEL
[001 ] Trata a presente solicitação de patentes de invenção de uma SONDA DE PRECISÃO PARA DETECÇÃO DE VARIAÇÃO DE NÍVEL OU PRESENÇA DE LÍQUIDOS POR LUZ NO INFRAVERMELHO OU LUZ VISÍVEL, a qual se trata de um sensor que detecta a refração de um raio luminoso em direção de um receptor ótico, que converte a informação luminosa em uma variação de tensão no circuito de saída ou em um sinal lógico alto ou baixo, tornando possível detectar a presença, o nível e a composição de um líquido com base em comparação em tabela do índice de refração especifico do líquido ou da mistura, e também permite detectar a natureza do líquido, como álcool, diesel, gasolina, água entre outros de acordo com a tabela de refração específica de cada líquido.
CAMPO DA INVENÇÃO
[002] A sonda de precisão para detecção de variação de nível ou presença de líquidos por luz no infravermelho ou luz visível, objeto da presente patente, é um dispositivo utilizado no segmento da engenharia elétrico-eletrônica com ampla aplicação, como, por exemplo, sondas de medição de volume de tanques de combustível em postos, reservatórios de combustível e de água de aviões, automóveis, máquinas industriais, máquinas residenciais, reservatórios residenciais e industriais, ônibus, caminhões, navios e qualquer outro tipo de máquina ou estrutura física dotada de reservatórios de líquidos, tubos de transporte de líquidos e detectores de nível e presença de líquidos. Assim, a sonda de precisão aqui preposta, destina-se preferencialmente à detecção de líquidos translúcidos ou opacos como água, álcool, óleos e combustíveis e também, qualquer outro líquido que necessite de medição de variação de nível. Podendo ser aplicada em bóias de caixas e reservatórios d'água automatizadas, sensor de nível de combustível de veículos e aeronaves, sensor de nível de combustível em reservatórios, sondas de medição de volume de tanques em postos de gasolina, usinas e refinarias de combustível, detecção de líquido no interior de tubos e canalizações em geral, em sistemas de detecção de presença de líquidos e vazamentos em ambiente industriais e residenciais, em reservatórios de aeronaves e navios, em tanques de transporte de líquidos em geral como nos sistemas de transbordo e volume.
PROBLEMA A SER RESOLVIDO [003] Um medidor, detector, sensor ou sonda de presença de líquidos, trata-se de um dispositivo que, ao entrar em contato com um líquido qualquer, aciona um artefato, podendo este ser mecânico ou não, enviando um sinal elétrico a um dispositivo receptor que alerta quanto à presença do líquido, ou mede sua quantidade em um reservatório de tamanho limitado e conhecido, ou ainda detecta a passagem o mesmo em um tubo ou tubulação ou canal.
[004] Atualmente, o mercado conta com alguns tipos de sistemas de medição do nível de líquidos em reservatórios. Os sistemas mais comuns são os construídos com uma haste, munida de uma bóia na extremidade, que através de seu movimento gira um potenciômetro elétrico em sua origem, e de acordo com a variação do nível do líquido medido, varia a amplitude da tensão elétrica aplicada ao potenciômetro. Com essa variação, é feita a medição do nível do líquido, ou a detecção da presença do mesmo.
[005] Os sistemas de detecção de líquidos utilizados atualmente, por utilizarem um sistema mecânico para obter a variação de tensão e realizar a medição, tornam-se suscetíveis a defeitos por desgaste e tendem a não realizar a medição de maneira completa, tornando-se menos confiáveis. Existem também sensores óticos, de varias naturezas como sensores de difusão de um feixe de luz em um meio, sensores de reflexão luminosa de um feixe de luz, sensores que combinam esses métodos. Todos esses sensores necessitam de circuitos eletronicos complexos para funcionarem e, por este motivo, se tornam expressivamente mais custosos que os mecânicos, também por este motivo não são comumente utilizados para detecção de variação sensível no nível de líquidos, mas apenas para sensores de topo ou fundo de reservatórios.
[006] Devido à dinâmica do mercado, a maior parte dos sensores de nível de tanques de combustível de veículos terrestres e aéreos, por exemplo, utiliza-se de medidores mecânicos devido ao menor custo, apesar de menos confiáveis.
Atualmente, existem diversos dispositivos utilizados no mercado com muitos métodos diferenciados como bóias mecânicas, que possuem uma parte móvel e uma fixa, onde na extremidade da parte móvel fixa-se um objeto menos denso que o líquido a ser medido, com isso, quando há variação no nível do líquido, o objeto flutuante se desloca, movendo a parte móvel, girando um potenciômetro que varia a tensão no circuito, exibindo o nível do líquido através de mostradores digitais ou analógicos.
[007] Os dispositivos da tecnologia composta por partes móveis se desgastam muito rápido, custam caro e são difíceis de substituir, também são menos confiáveis para aplicações mais importantes como na aviação e no transporte de líquidos em oleodutos e aquedutos.
[008] Os dispositivos da tecnologia que utiliza ultrassom ou receptores de difração ou receptores de reflexão são extremamente custosas, pois necessitam, em sua maioria, de sistemas eletronicos complexos que aumentam o custo de produção e aumentam a dificuldade de se projetar dispositivos que as utilize.
[009] Também, para a utilização de sensores com partes móveis, existe uma grande dificuldade em se conseguir uma medição confiável em situações onde o tanque precisa virar, girar ou inclinar, pois dependendo da posição e da ação gravidade além de outros fatores, a parte móvel do dispositivo para de funcionar.
[010] Os sistemas atuais sem partes móveis podem solucionar esse problema, contudo, o aparato eletrônico necessário para realizar suas medições aumenta o custo vertiginosamente.
[01 1 ] Pensando nessas dificuldades, é que foi idealizada e desenvolvida a sonda de precisão para detecção de variação de nível ou presença de líquidos por luz no infravermelho ou luz visível, objeto da presente patente, onde este dispositivo utiliza a propriedade física da refração da luz nos líquidos para realizar sua medição, com isso, este novo dispositivo se torna um sensor ótico, que não utiliza partes móveis, e que resolve o problema de desgaste excessivo de eixos, e também torna o sistema de medição mais preciso pois pode detectar a presença de líquidos mesmo em situações onde o tanque ou duto esteja virado, inclinado ou fora de sua posição original.
[012] Também devido a uma particularidade no dispositivo que detecta o desvio por refração do feixe luminoso, o circuito eletrônico que se torna necessário para o funcionamento do dispositivo é extremamente simples, o que diminui expressivamente o custo do sistema, tornando-o mais em conta até mesmo que os sistemas mecânicos convencionais, quanto mais os óticos e ultrassônicos.
[013] Outra vantagem do dispositivo é que ele consegue detectar diferentes tipos de líquidos pela diferença do ângulo de refração específico de cada líquido em especial, que é uma propriedade intrínseca do material para cada comprimento de onda e pode ser tabelada.
[014] Pela simplicidade do dispositivo, aqui proposto, ele se torna adaptável a qualquer sistema atual de detecção de líquidos sem grandes modificações na estrutura original do dispositivo. ESTADO DA TÉCNICA
[015] No atual estado da técnica, podem ser encontrados vários documentos de patente que descrevem dispositivos óticos para diversas aplicações e em especial para detecção de nível líquidos. Dentre esses documentos podem-se destacar os seguintes:
[016] O documento PI 0701834-7, intitulado BÓIA DE NÍVEL COMPOSTA PARA MONITORAMENTO DE COMBUSTÍVEL, o qual consiste em um sistema de bóia composta, a baixo custo, formada por quatro elementos de flutuação, dispostos em forma de cruz em um mesmo plano. Cada elemento é seguido por uma haste de sustentação que transmite ao componente central toda e qualquer perturbação do combustível. Nesse modelo de utilidade, o sistema trabalha ainda com deslocamento mecânico de uma base com elementos flutuantes, que, ao se deslocarem transferem o movimento para reóstatos elétricos, que por sua vez através do atrito alteram sua resistência elétrica interna, realizando a medição do nível de combustível no tanque de um veiculo;
[017] A patente de invenção brevemente descrita expõe a fragilidade de um sistema mecânico que depende de atrito nos reóstatos internos, situação qual incide sobre o sistema um desgaste rápido em seu sistema, tornando o sistema apesar de barato, um tanto quanto frágil, deixando o sistema vulnerável a travamentos por corrosão, solavancos e maus contatos elétricos nos reóstatos;
[018] O documento PI0821217-1 A2, intitulado PLACA DE CIRCUITO DE SENSOR DE TANQUE PARA UM SENSOR DE NÍVEL DE CARGA EM UM TANQUE DE UM VEÍCULO, o qual trata de um elemento flutuante que, ao se deslocar com a variação do nível do líquido do tanque, possui elemento magnético na haste que gera alteração no campo magnético dos sensores da placa de circuito embutida na bóia, realizando a medição do nível;
[019] O documento acima citado tem como objetivo eliminar o contato por fricção da bóia mecânica, através da medição da alteração no campo magnético. Isso soluciona o desgaste comum nos termostatos, mas ainda assim deixa o eixo da haste deslocável sujeito a desgaste e travamento, bem como aumenta o custo de produção do conjunto, pois necessita de sistema eletrônico para detectar o deslocamento no campo magnético, alterando a original variação de tensão das bóias de combustível comuns, é necessária a modificação de todo sistema do veiculo para adaptar essa tecnologia, gerando mais custos; [020] O documento BR102013006794-5 (WO2014153633A1 , US201601 16323A1 ), intitulado DISPOSITIVO MULTI PARAMÉTRICO PARA MEDIÇÃO POR MEIOS ÓTICOS, DO NÍVEL DE PREENCHIMENTO DE TANQUES E RESERVATÓRIOS PARA LÍQUIDOS E LIQUEFEITOS, ÍNDICE DE REFRAÇÃO E ANÁLISES POR IMAGEM, SEM PEÇAS MÓVEIS, que descreve um dispositivo multiparamétrico para medição por meios óticos, do nível de preenchimento de tanques e reservatórios para líquidos e liquefeitos, índice de refração e análises por imagem, sem peças móveis, o qual se destina mais especificamente, porém sem restrições de aplicação, à medição do nível de um líquido em um reservatório, além de poder possibilitar a distinção e detecção do tipo de líquido incluído neste reservatório, através da medição do índice de refração e analise das imagens destes líquidos, realizando esta tarefa de forma simples, pratica e eficiente através de uma configuração específica utilizando meios óticos e eletrônicos, sem utilização de peças móveis. O que permite que o mesmo possa ser utilizado para inúmeras aplicações entre elas para o controle de qualidade de combustíveis, a identificação de combustíveis, a medição de índice de refração medição de fluxo medição de cor, medição de temperatura, e medição de pressão e nível entre outras, mais especificamente para aplicações na indústria automotiva e correlatas;
[021 ] O documento US4994682A, FIBER OPTIC CONTINUOUS LIQUID LEVEL SENSOR, que descreve um sensor de fibra óptica, particularmente para determinar níveis de fluido, utiliza dois guias de luz cilíndricos com perturbações regulares para emitir e/ou aceitar a luz em uma direção radial. Cada guia de ondas é acoplada a uma (ou mais) fonte de luz e/ou a um (ou mais) detector de luz. Uma fonte de luz, tal como um diodo emissor de luz ou díodo laser, é acoplada ao guia de luz que emite radialmente, iluminando uma superfície dielétrica plana, que na presença de um fluido com um baixo índice de refração e ar, comporta-se como um espelho, acoplando a luz através da reflexão interna total ao guia de luz que aceita esta luz radial e canaliza a luz a um detector claro. Na presença de um fluido com um elevado índice de refração, por exemplo, água, na superfície dielétrica planar a interface dielétrica do fluido torna-se principalmente transmissiva, com relativamente pouca luz sendo acoplada ao guia de luz que aceita luz radialmente. O sina! ótico recebido no detector de luz está assim relacionado com a profundidade da superfície dielétrica planar que está imersa em líquido. São descritas várias formas de realização diferentes para atingir a detecção de nível de líquido, bem como um esquema para eliminar a sensibilidade a alterações de sinal ótico induzidas na fibra de chumbo.
[022] O documento US2009039296, SENSOR ARRANGEMENT FOR DETECTING A LIQUID ON A SURFACE, que descreve um dispositivo sensor inclui pelo menos uma elevação transparente, a qual é formada sobre uma superfície. A elevação transparente é feita de um primeiro material transparente. Pelo menos, uma primeira faceta da elevação transparente define um primeiro ângulo com a superfície. Este primeiro ângulo é maior do que um ângulo em que uma reflexão total ocorre a uma interface do primeiro material transparente e o ar e é ao mesmo tempo menor que um ângulo em que uma reflexão total ocorre a uma interface do primeiro material transparente e o líquido. Uma fonte de luz está disposta para emitir um raio incidente numa primeira direção que passa através da superfície para a elevação transparente de tal modo que, em presença de um líquido na primeira faceta um raio incidente será transmitido através da primeira faceta, em que na ausência de um líquido o raio incidente será refletido devido a uma reflexão total nas facetas. Além disso, um detector de luz é fornecido para a detecção do raio refletido. Trabalhando de forma semelhante a uma placa de difração de um espectrômetro ótico;
[023] O documento US5942976, PASSIVE INFRARED INTRUSION DETECTOR AND ITS USE, que descreve um detector de intrusão passivo de infravermelhos para a detecção e captura da radiação do corpo inclui um detector de infravermelhos de captura, em particular para a detecção de pulverização da janela de entrada do detector de intrusão. O detector de captura inclui uma fonte de luz, um sensor de luz correspondente, e uma estrutura de grade de difração óptica do lado de fora da janela de entrada. A fonte de luz e o sensor de luz podem estar nos mesmos ou em lados opostos da janela de entrada. Por difração de primeira ou de ordem superior, a luz da fonte de luz é focada para o sensor, e um sinal elétrico resultante do sensor é avaliado por um circuito de avaliação. Onde em caso de captura, o efeito de focagem da estrutura de rede de difração óptica nula, de modo que a intensidade da luz no detector é reduzida. A queda da intensidade da luz desencadeia um sinal de alarme de captura;
[024] O documento US3995168, ELECTRO OPTICAL FLUI D MEASUREMENT SYSTEM, que descreve um dispositivo para a visualização do lado de fora do nível e da densidade específica de um líquido contido dentro de um tanque, em particular para líquidos inflamáveis, caracterizado por uma pluralidade de tubos de luz emparelhados com interface óptica específica localizados em intervalos entre as mesmas dentro de um suporte com meios elétricos acionados à energia da luz a partir de um dos pares de tubos de luz, assim, a ser conduzidas, devido à diferença do índice de refração causada por uma falta de combustível na zona de interface óptica para fornecer uma visualização do nível do fluido e/ou a densidade do fluido dentro de um tanque;
[025] O documento US4354180, ELECTRO-OPTICAL LIQUID LEVEL SENSOR, que descreve uma sonda eletro-ótico, de baixo nível de líquido, onde é feita uma verificação de auto-fornecimento do mesmo com os meios de intercepção de uma porção do feixe de luz que reflete o habitual e constantemente tal porção que o habitual de recepção do transdutor eletro-ótico para gerar constantemente um sinal elétrico de nível baixo mesmo quando a sonda está molhada. Onde são proporcionados meios de reforço do sinal para ativar um alarme de falha, o qual irá ser indicativo de falha ou de avaria de um ou mais elementos do sistema;
[026] O documento US4287427, LIQUID-LEVEL MONITOR, que descreve um aparelho para a detecção do nível de um líquido num recipiente, por modulação da intensidade da luz de propagação através de um guia de luz de fibra óptica, uma secção de revestimento que tem a removido ou parcialmente removido. O sistema consiste de uma fonte de luz que está acoplada na extremidade de entrada de uma fibra, uma secção de fibra a partir da qual o revestimento é removido, um vaso que contém o líquido em que a secção de fibra, que pode ser imersa, e um detector na saída extremidade da fibra;
[027] O documento US4443699, FLUID LEVEL MEASURING DEVICE WITH LINEAR, HIGH RESOLUTION OUTPUT, que descreve um medidor de nível onde um sinal gerado é passado através de um elemento alongado de transporte de sinal, de preferência posicionada perpendicularmente à superfície de um líquido, cujo nível é para ser medida. O sinal é dirigido a partir do elemento de transporte de sinal para um elemento detector, que detecta o sinal de saída do elemento de sinal de transporte. A saída do sinal detectado numa concretização óptica varia logaritmicamente com a profundidade de imersão do elemento de transporte de sinal para dentro do fluido. Uma forma de realização preferida utiliza uma onda eletromagnética, por exemplo, luz, sinal que passa através de um elemento de tubo de luz de sinal de transporte. Pelo quase correspondente ao índice de refração de luz do tubo com o do fluido, uma porcentagem predeterminada da onda é perdida para o líquido de cada vez que a luz é refletida. A parte da luz detectada no detector, que está localizada em que a luz não refratada sai, é facilmente convertida para uma saída que varia de forma linear com a profundidade do elemento do tubo imerso no fluido e do comprimento de sinal de luz;
[028] O documento US4.31 1 .048, LIQUID LEVEL SENSING MEANS , que descreve
Meios de detecção de nível de líquido para proporcionar uma indicação contínua de nível de líquido ou de líquido de um recipiente compreendendo um elemento condutor de luz alongado adaptado para ser recebido num líquido tendo uma primeira e segunda extremidades e uma superfície que proporciona uma interface com o líquido para medir os níveis de líquido entre as extremidades do elemento condutor. Uma fonte fornece radiação para o elemento condutor numa extremidade e meios de detecção para detectar a radiação transmitida pelo elemento condutor, está posicionada na extremidade do elemento condutor oposto à fonte de radiação e proporciona um sina! de saída que responde à intensidade do sensor radiação. O elemento condutor é transparente à radiação, tem um índice de refração que é maior do que o do líquido que deve ter o seu nível medido e tem regiões contornadas em pelo menos uma porção da sua superfície. As regiões contornadas têm uma inclinação que proporciona uma radiação incidindo sobre a mesma da fonte com um ângulo de incidência que não é maior do que o ângulo crítico que caracteriza as regiões de interface líquida e cujo ângulo é maior do que o ângulo crítico caracterizando regiões que não estão interconectadas com o líquido, onde as regiões de interface líquida refratam a radiação e as regiões que não estão interconectadas com o líquido refletem a radiação que incide sobre elas a partir da fonte e a intensidade da radiação recebida pelos meios de detecção é uma função ligada ao nível de líquido entre as extremidades do elemento condutor;
[029] O documento US4.936.681 , OPTICAL SENSOR, que descreve um sensor ótico para converter um valor físico num sinal de saída elétrico, compreendendo uma fonte de luz a partir da qual um feixe de raios de luz é acoplado numa primeira superfície de um corpo fotocondutor. Os raios de luz são totalmente refletidos por uma superfície de fronteira ou acoplados fora do referido corpo em resposta a um dado valor físico. Os raios de luz totalmente refletidos incidem sobre uma segunda face. É proporcionada uma pluralidade de elementos sensíveis à luz para detectar a gama angular coberta pelo feixe depois de ter sido totalmente refletida ou acoplada, respectivamente. De modo a permitir que o sensor seja adaptado a uma pluralidade de aplicações e para obter valores de saída digitalizados reprodutíveis, independentemente de quaisquer fatores perturbadores locais ou fenómenos de longo prazo, o corpo é concebido como uma guia de ondas alongada na qual os raios de luz são submetido à reflexão total múltipla. Os elementos sensíveis à luz estão dispostos a uma distância axial h de uma face de guia de onda. Eles formam uma superfície de impacto para o feixe de raios de luz que emana da face. Os elementos estão ligados a um circuito de avaliação que compreende um contador que emite um sinal de saída digital representativo do número de elementos iluminados pelo feixe.
OBJETIVOS DA INVENÇÃO
[030] A sonda de precisão para detecção de variação de nível ou presença de líquidos por luz no infravermelho ou luz visível, objeto da presente patente, tem por objetivo eliminar o desgaste por atrito de componentes móveis dos dispositivos mecânicos. Também é um objetivo desta invenção o aproveitamento do efeito de refração de um feixe luminoso para detecção da presença de um líquido a ser medido, assim como, o aproveitamento do efeito de refração de um feixe luminoso para detecção da composição de um líquido a ser medido pelo índice de refração do mesmo.
[031 ] Ainda tem-se como objetivo a alta redução de custo devido à utilização de um circuito elétrico extremamente simples e de poucos componentes que imita a variação de tensão com extrema precisão.
[032] Ainda, a sonda de precisão para detecção de variação de nível ou presença de líquidos por luz no infravermelho ou luz visível, objeto da presente patente, tem como objetivo proporcionar maior confiabilidade de medição em condições severas de vibração e solavancos, pela ausência de peças móveis, e facilitar a construção física de uma sonda de nível, pois com a variação gradual da detecção de nível pela abertura do feixe luminoso, que afeta o receptor imediatamente anterior ou posterior, que também é desviado pelo efeito da refração, torna necessário a menor quantidade de receptores por centímetro de sonda.
DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[033] A invenção será, a seguir, descrita em uma realização preferencial, sendo que, para melhor entendimento, referências serão feitas às figuras anexas, a seguir referenciadas, as quais estão representadas de forma ilustrativa e não limitativa, onde se vê: [034] A Figura 1 mostra um esquema da sonda de precisão para detecção de variação de nível ou presença de líquidos por luz no infravermelho ou luz visível, objeto da presente patente, destacando todos seus detalhes de configuração.
[035] A Figura 2 mostra um esquema do funcionamento básico da sonda de precisão para detecção de variação de nível ou presença de líquidos por luz no infravermelho ou luz visível, objeto da presente patente, como um sensor de nível de líquidos.
[036] A Figura 3 mostra um esquema do funcionamento básico da sonda de precisão para detecção de variação de nível ou presença de líquidos por luz no infravermelho ou luz visível, objeto da presente patente, com vários sensores de nível de líquidos
[037] A Figura 4 mostra um esquema de um sistema atual mais comum de medição de nível com haste e peças móveis, como exemplo do estado da técnica.
[038] A Figura 5 mostra um esquema da sonda de precisão para detecção de variação de nível ou presença de líquidos por luz no infravermelho ou luz visível, objeto da presente patente, como um exemplo de realização como medidor de nível em um tanque de líquidos.
[039] A Figura 6 mostra um esquema da sonda de precisão para detecção de variação de nível ou presença de líquidos por luz no infravermelho ou luz visível, objeto da presente patente, como um exemplo de realização como detector de líquidos em um alinha de passagem de líquidos ou tubulação.
DESCRIÇÃO DO FUNCIONAMENTO E APLICAÇÃO DA INVENÇÃO
[040] A invenção objeto desse pedido de patente, envolve um dispositivo que através de um feixe luminoso, que incidente sobre o líquido medido em um determinado ângulo diferente de 90Q entre o emissor e a linha de passagem de um meio ao outro, onde esse feixe sofre um desvio por efeito de refração da luz e que cada líquido (água, gasolina, diesel, etanol, querosene e outros) possui um índice de refração diferente conhecido pela ciência e comumente apresentado em tabelas fixas e, devido a estes índices, desviam o feixe luminoso em ângulos diferentes dos ângulos de entrada, ao desviar esse feixe, ele incide em diferentes posições na superfície dentro do líquido onde estarão dispostos os receptores, com isso, de acordo com o índice de refração, o feixe incide em um receptor correspondente para determinar o índice do líquido medido, tornando possível analisar o líquido medido para determinação de composição e qualidade.
[041 ] No dispositivo elétrico normalmente fechado, o emissor é disposto diretamente à frente do feixe de luz, e está sempre acionado. Quando o líquido a ser medido atinge os emissores de feixe de luz, ocorre o determinado desvio do ângulo de entrada do feixe luminoso devido ao fenómeno de refração, desacionando o receptor ótico que corta a tensão na saída do circuito, proporcionando a detecção da variação da tensão de saída do circuito e determinando assim que o nível do líquido medido esta naquela determinada posição.
[042] Também o dispositivo pode funcionar pelo sistema de normalmente aberto, onde o feixe sem a presença de líquido não atinge o receptor, e quando há variação de nível do líquido medido, o aumento do nível desvia o feixe favoravelmente para atingir e acionar o receptor ótico que libera a tensão na saída do circuito, proporcionando a detecção da variação da tensão de saída do mesmo.
[043] Diferentes tipos de líquidos produzem diferentes alterações no ângulo de saída do feixe luminoso, tornando possível medir a diferença entre tipos de líquidos, onde receptores são sobrepostos um sobre os outros nas posições pré-calculadas onde os feixes luminosos irão incidir quando desviados pelo líquido, tornando assim ser possível determinar a presença de tipos de líquidos diferentes dentro de um mesmo reservatório, desde que não estejam misturados.
[044] Combinando-se o efeito de refração da luz com o efeito de difração da luz obtemos nessa invenção o aumento da resolução da medição de nível de um líquido. Os emissores são dispostos de um lado da barra de medição, enquanto os receptores são dispostos do outro lado da barra. Os emissores têm sua luz limitada por um orifício onde são montados, e com isso, cria-se o feixe luminoso que irá realizar a medição do líquido. Esse feixe fica separado do contato com o líquido por uma superfície plana e transparente. Também esse feixe incide nessa superfície em um ângulo diferente de 90Q, para que posso ocorrer o efeito da refração. Quando o feixe luminoso sai do orifício onde é instalado, ele sofre o efeito da difração da luz, que espalha moderadamente o feixe um pouco antes do mesmo atravessar a superfície transparente e entrar em contato com o líquido. Quando esse feixe difratado entra em contato com o líquido atravessando a superfície plana, ele sofre a refração e então teremos um feixe difratado refratado. Com isso, o leque luminoso vai atingir o receptor diretamente disposto em sua posição determinada para receber o sinal e também, devido ao feixe ser difratado e refratado, ele atinge também parcialmente o receptor diretamente acima e o receptor diretamente abaixo do receptor direto. Com isso, cria-se a possibilidade de tratar eletricamente esses receptores adjacentes para medir essa pequena quantia de energia luminosa para determinar mais precisamente a posição do líquido na barra de medição, podendo chegar a medidas de um centésimo de milímetro, ou 0,01 mm.
[045] Assim, resumidamente a sonda de precisão para detecção de variação de nível ou presença de líquidos por luz no infravermelho ou luz visível, objeto da presente patente, é um sensor que detecta a presença ou não de diferentes tipos de líquidos, de construção fácil, feito de plástico ou qualquer outro material desde que respeite o tipo de corrosão ocasionado pelo líquido que se deseja detectar com feixes emissores de luz intermitentes ou não e receptor dispostos de forma inclinada em relação aos emissores, respeitando o ângulo especifico de refração de cada tipo de líquido que se queira medir. Um único dispositivo pode medir vários tipos de líquidos ou detectar diversos tipos de líquidos diferentes de acordo com o ângulo de refração especifico.
FORMA PREFERENCIAL DE REALIZAÇÃO DA INVENÇÃO
[046] Conforme ilustrado na figura 1 , a sonda de precisão para detecção de variação de nível ou presença de líquidos por luz no infravermelho ou luz visível (1 ), trata-se de uma haste plástica ou de qualquer material opaco, sendo moldada, formando tubos ocos preenchidos com ar e isolados do exterior por uma parede transparente na saída, no lado do emissor de luz (1 A). Ditos tubos ocos são construídos de maneira a formar um ângulo de 60Q, ou qualquer ângulo diferente de 90Q, com a parede transparente na saída de luz (1 B), ao formar esse ângulo, sem a presença de líquidos na parte externa, o feixe de luz atravessa o material transparente e sai do orifício seguindo o mesmo ângulo de 60Q(1 B), quando o líquido é colocado no tanque e preenche o espaço a frente da saída de luz do orifício, graças ao efeito de REFRAÇÃO DA LUZ, o raio luminoso sofre um desvio angular, atingindo o receptor (1 C), que é um diodo receptor de luz, que, por sua vez aciona o setor do circuito elétrico tradutor (1 F), e envia o sinal elétrico com tensão variável a saída do sistema (1 D), essa tensão varia de acordo com o número de sensores atingidos pelo raio luminoso.
[047] Como exemplo de realização do circuito elétrico tradutor de vários emissores, sendo um sistema com cinco emissores e cinco receptores, a tensão pode variar de 1 a 12 volts em intervalos de 2,4volts, podendo assim, simular o mesmo efeito da bóia mecânica de um veiculo comum por exemplo. Sendo 1 volt representado por tanque vazio (2A), 3,4volts por 1 /4(2B), 5,8volts por 1 /2(2C) e assim sucessivamente. Não significa que as subdivisões são fixas, o sistema pode ser construído com cem ou mais sensores, tornando-o mais preciso na medição. Neste exemplo da realização são utilizados 15 componentes no total para uma sonda com 5 níveis. Com a utilização de um circuito de resistores em série, e 1 receptor ótico posicionado entre cada resistor com seu pólo negativo ligado a saída de cada resistor e com os pólos positivos de todos eles ligados a saída de medição. Formando assim um divisor de tensão chaveado pelos próprios receptores óticos. Outro exemplo de realização do circuito elétrico é um circuito com 3 componentes por nível, sendo 1 resistor, 1 emissor de radiação luminosa, 1 receptor ótico, com seu funcionamento da mesma forma.
[048] Quanto aos receptores e sua posição. Para ser medida a presença de água, leva- se em conta o índice de refração da água que mede 1 ,33 segundo a tabela de refração, com isso temos um desvio de cerca de 31 Q no ângulo de saída do feixe de luz que atravessa o meio aquoso. Com isso, o raio luminoso deixa de atingir o ponto 1 (1 E) e passa a atingir o ponto 2 (1 C) e com isso aciona o sistema realizando a medição ou acionando um alarme no caso de um sensor de 1 nível. Quando se tem um dispositivo construído com esse sistema para se detectar diferentes tipos de líquidos em um mesmo recipiente, instala-se mais de um receptor para cada emissor (3A), e a instalação desses receptores adicionais deve ser feita de acordo com o líquido que se deseja detectar. Mostrando uma condição de empilhamento.
[049] A sonda de precisão para detecção de variação de nível ou presença de líquidos por luz no infravermelho ou luz visível, objeto da presente patente, utiliza e aproveita-se do fenómeno de refração em sensor de detecção de líquidos com ângulo diferente de 90Q entre o emissor e a superfície de passagem de um meio a outro meio com índice de refração diferente , para detectar a presença de líquidos em um reservatório. A mesma é passível de ser utilizada como sensor de nível de com base em refração em sondas detectoras de nível em tanques de combustível ou água, onde o desvio de um raio luminoso aciona (normalmente aberto) ou desaciona (normalmente fechado) um receptor ótico do tipo fototransistor ou fotoresistor, assim como sensor de detecção de presença e passagem de líquido em tubulações ou galerias); como sensor de detecção de líquido com desvio de ângulo de incidência do raio luminoso apresentando como resultado uma variação de tensão; como sensor luminoso que é acionado por desvio do raio luminoso pelo efeito de refração que aciona gradativamente um receptor do tipo fototransistor ou fotoresistor, proporcionando precisão centesimal a variação de nível de um líquido; e como detector de líquido indesejado em tanque de combustível. [050] Como um exemplo de realização e aplicação, pode-se citar o protótipo funcional dessa patente, o qual foi construído para detecção de água em um reservatório de diesel (3B), com isso, quando o nível de diesel atinge um emissor, o mesmo sofre um desvio angular de 1 ,48 segundo a tabela de refração, com isso temos um desvio de 40Q no ângulo de saída do feixe de luz que atravessa o meio oleoso. Com isso o feixe atinge um receptor previamente disposto levando-se em conta esse desvio. Paralelo a esse receptor é construído outro receptor posicionado segundo o ângulo de desvio quando em presença de água (3C), assim, quando no reservatório encontra-se água em meio ao diesel, e esta atinge o sensor estrategicamente posicionado para o mesmo, ao invés de o feixe acionar o receptor de diesel, ele aciona o receptor de água, acionando um alerta que pode ser uma luz no painel do veículo identificando a presença de água no tanque de combustível.
[051 ] Esse dispositivo pode ser construído munido de um rele de contatos elétrico que, com 1 nível de detecção aciona um circuito externo e liga uma bomba de água em um reservatório por exemplo. Seguindo o mesmo principio de refração, mas construído de forma inversa. Quando não há presença de líquido no emissor de luz, o mesmo segue no mesmo ângulo de entrada ate um receptor (4A) que permanece sempre acionado. Ao subir o nível do líquido medido e atingir o emissor de luz, o mesmo desvia o feixe segundo o coeficiente de refração e desaciona o sistema, algo que pode ser nomeado como normalmente fechado segundo a norma do SI (sistema internacional de medidas).
[052] Do circuito tradutor (1 F). O circuito tradutor é composto de cinco componentes para cada nível medido, sendo 1 resistor, 1 led receptor drf, 1 led emissor, 1 transistor de baixa potencia tipo BC, 1 diodo zener. Na configuração determinada para corte de tensão segundo o modelo do diodo zenner utilizado, o circuito de cinco níveis (1 F) utiliza- se de 15 componentes para realizar a emissão de luz, recepção de luz, chaveamento do transistor e impulsionamento de tensão com o diodo zenner na saída de cada nível. Senso assim, o nível 1 possui um diodo zener de 2volts, que gera uma saída de 1 ,3volts(1 G), gerando o nível mais baixo detectado. O segundo receptor recebe um diodo zenner de 4,4volts (1 H), gerando o segundo nível que seria representado por 1 /4 do nível do tanque, e assim por diante ate o nível 1 /1 (1 J) que gera uma saída de 12volts.
[053] Combinando-se o efeito de refração da luz com o efeito de difração da luz obtemos nessa invenção o aumento da resolução da medição de nível de um líquido. Os emissores são dispostos de um lado da barra de medição, enquanto os receptores são dispostos do outro lado da barra. Os emissores têm sua luz limitada por um orifício onde são montados, e com isso, cria-se o feixe luminoso que irá realizar a medição do líquido. Esse feixe fica separado do contato com o líquido por uma superfície plana e transparente. Também esse feixe incide nessa superfície em um ângulo diferente de 90Q, para que posso ocorrer o efeito da refração. Quando o feixe luminoso sai do orifício onde é instalado, ele sofre o efeito da difração da luz, que espalha moderadamente o feixe um pouco antes do mesmo atravessar a superfície transparente e entrar em contato com o líquido. Quando esse feixe difratado entra em contato com o líquido atravessando a superfície plana, ele sofre a refração e então teremos um feixe difratado refratado. Com isso, o leque luminoso vai atingir o receptor diretamente disposto em sua posição determinada para receber o sinal e também, devido ao feixe ser difratado e refratado, ele atinge também parcialmente o receptor diretamente acima e o receptor diretamente abaixo do receptor direto. Com isso, cria-se a possibilidade de tratar eletricamente esses receptores adjacentes para medir essa pequena quantia de energia luminosa para determinar mais precisamente a posição do líquido na barra de medição, podendo chegar a medidas de um centésimo de milímetro, ou 0,01 mm.
VANTAGENS DA INVENÇÃO
[054] A presente invenção apresenta como vantagem a ausência de componentes móveis e mecânicos, essa vantagem aumenta a eficiência da medição por não correr o risco de desgaste mecânico e atrito, bem como aumenta a confiabilidade em sistemas que sofrem trepidações e solavancos, os quais não causam danos a nenhum tipo de haste nem flutuadores nem eixos. Também devido à ausência de sistemas móveis, é mais simples de ser fabricado e utiliza menos material
[055] Trata-se também de uma vantagem o baixo custo de produção do dispositivo, que necessita de poucos sensores e emissores de luz, que são de custo baixo no mercado atual. Também a medição ótica nesse dispositivo dispensa sistemas eletrônicos sensíveis e complexos, isso ocorre pelo fato do circuito elétrico ser extremamente robusto e simples.
[056] Trata-se também de uma vantagem o sensor ótico ter a capacidade de medir diferentes tipos de líquidos no mesmo sensor. Devido ao fato de cada líquido conhecido ter um índice de refração diferente um do outro, a disposição dos receptores óticos levando-se em conta o índice de refração específico de cada líquido, pode-se determinar o nível de um líquido e a espécie de líquido no recipiente medido. [057] Trata-se também de uma vantagem do sensor ótico poder trabalhar em qualquer posição, pois não depende de gravidade para realizar medições.
[058] Trata-se também de uma vantagem do sensor ótico transformar a medição de nível e presença em uma variação direta de tensão na saída, o que por padrão no mercado atual é o método utilizado por 90% das montadoras de veículos em seus sistemas de bóias de combustível, o que, torna extremamente simples e barato converter o sistema atual a para a patente aqui requerida.
[059] Trata-se também de uma vantagem o fato de o feixe de luz liberado pelos emissores formarem um leque aberto, graças ao efeito da difração, que incide diretamente no receptor, mas também produz efeito nos receptores imediatamente acima ou abaixo do receptor em questão, o que proporciona a detecção da variação de nível dos espaços entre os receptores que na teoria não seriam medidos, aumentando ainda mais a precisão e diminuindo o custo e complexidade de construção de uma sonda com muitos níveis.
[060] Assim, conforme descrito acima, trata-se de outras vantagens o fato de: permitir medir nível e presença de líquidos; permitir detectar a presença de um líquido indesejado em meio a outro líquido; não possuir partes móveis, diminuindo a manutenção; possuir um custo ate 70% menor em relação a sensores a base de ultrassom; possuir um custo ate 70% menor em relação a sensores de reflexão ou difração; poder ser produzidos em material de baixo custo; possuir um custo igual ou menor que sensores mecânicos, com a vantagem de ser mais compacta e precisa.
[061 ] Assim, pelas características de configuração e funcionamento, acima descritas, pode-se notar claramente que a sonda de precisão para detecção de variação de nível ou presença de líquidos por luz no infravermelho ou luz visível trata-se de um dispositivo novo para o Estado da Técnica o qual reveste-se de condições de inovação, atividade inventiva e industrialização inéditas, o que o fazem merecer o Privilégio de Patente de Invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1 - SONDA DE PRECISÃO PARA DETECÇÃO DE VARIAÇÃO DE NÍVEL OU PRESENÇA DE LÍQUIDOS POR LUZ NO INFRAVERMELHO OU LUZ VISÍVEL, sonda de precisão para medições que utiliza o fenómeno de refração como sensor de detecção de presença líquidos, como detector de líquido indesejado em tanque de combustível, como sensor de nível em tanques de combustível ou água, como sensor de detecção de presença e passagem de líquido em tubulações ou galerias, assim como sensor luminoso, caracterizada por se tratar de uma haste com duas extremidades, uma para entrada e outra para saída de um feixe de luz provido por uma fonte de luz; dita haste confeccionada em plástico ou qualquer material opaco, sendo moldada formando tubos ocos preenchidos com ar e isolados do exterior por uma parede transparente na saída, no lado do emissor de luz (1 A), com ditos tubos ocos construídos de maneira a formar um ângulo de 60Q, ou qualquer ângulo diferente de 90Q, com a parede transparente na saída de luz (1 B); em que o feixe de luz atravessa o material transparente e sai do orifício seguindo o mesmo ângulo de 60Q(1 B) na ausência de líquido; em que, através do efeito da refração da luz, o raio luminoso sofre um desvio angular, atingindo o receptor de luz (1 C) que, por sua vez aciona o setor do circuito elétrico tradutor (1 F) e envia o sinal elétrico com tensão variável à saída do sistema (1 D); em que essa tensão varia de acordo com o número de sensores atingidos pelo raio luminoso, detectando os líquidos segundo a tabela de coeficiente de desvio de cada líquido existente.
2 - SONDA DE PRECISÃO PARA DETECÇÃO DE VARIAÇÃO DE NÍVEL OU PRESENÇA DE LÍQUIDOS POR LUZ NO INFRAVERMELHO OU LUZ VISÍVEL, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pela sonda de precisão poder ser construída por um ou cem ou mais sensores para detectar diferentes tipos de líquidos em um mesmo recipiente, instalando mais de um receptor para cada emissor (3A); em que a instalação desses receptores adicionais deve ser feita de acordo com o líquido que se deseja detectar, mostrando uma condição de empilhamento.
3 - SONDA DE PRECISÃO PARA DETECÇÃO DE VARIAÇÃO DE NÍVEL OU PRESENÇA DE LÍQUIDOS POR LUZ NO INFRAVERMELHO OU LUZ VISÍVEL, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pelo circuito tradutor (1 F) poder ser composto por cinco componentes para cada nível medido, sendo 1 resistor, 1 led receptor drf, 1 led emissor, 1 transistor de baixa potencia tipo BC, 1 diodo zener; em que, na configuração determinada para corte de tensão, segundo o modelo do diodo zenner utilizado, o circuito de cinco níveis (1 F) utiliza 15 componentes no total para uma sonda com 5 níveis, com a utilização de um circuito de resistores em série, e 1 receptor ótico posicionado entre cada resistor com seu pólo negativo ligado à saída de cada resistor e com os pólos positivos de todos eles ligados à saída de medição, formando um divisor de tensão chaveado pelos próprios receptores óticos; podendo ser apresentado no conjunto para medir de um a cem ou mais níveis.
4 - SONDA DE PRECISÃO PARA DETECÇÃO DE VARIAÇÃO DE NÍVEL OU PRESENÇA DE LÍQUIDOS POR LUZ NO INFRAVERMELHO OU LUZ VISÍVEL, de acordo com a reivindicação 1 e 3, caracterizada pelo circuito tradutor (1 F) poder ser composto por um circuito com 3 componentes por nível, sendo 1 resistor, 1 emissor de radiação luminosa, 1 receptor ótico; podendo ser apresentado no conjunto para medir de um a cem ou mais níveis.
5 - SONDA DE PRECISÃO PARA DETECÇÃO DE VARIAÇÃO DE NÍVEL OU PRESENÇA DE LÍQUIDOS POR LUZ NO INFRAVERMELHO OU LUZ VISÍVEL, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pelos emissores serem dispostos de um lado da haste de medição, enquanto os receptores são dispostos do outro lado da haste; em que os emissores têm sua luz limitada por um orifício onde são montados; em que os emissores podem ser qualquer fonte de luz no infravermelho ou luz visível e os receptores são díodos receptores de luz.
6 - SONDA DE PRECISÃO PARA DETECÇÃO DE VARIAÇÃO DE NÍVEL OU PRESENÇA DE LÍQUIDOS POR LUZ NO INFRAVERMELHO OU LUZ VISÍVEL, de acordo com a reivindicação 1 a 4, caracterizada por poder ser utilizada como sensor de detecção de líquidos para detectar a presença de líquidos em um reservatório e como detector de líquido indesejado em tanque de combustível, aproveitando o fenómeno de refração com ângulo diferente de 90Q entre o emissor e a superfície de passagem de um meio a outro meio, com índice de refração diferente, utilizando a combinação do efeito de refração com o efeito de difração para obter uma maior resolução e determinar a composição média de uma mistura de 2 ou mais líquidos, como etanol e água, ou diesel e água, ou gasolina e etanol.
7 - SONDA DE PRECISÃO PARA DETECÇÃO DE VARIAÇÃO DE NÍVEL OU PRESENÇA DE LÍQUIDOS POR LUZ NO INFRAVERMELHO OU LUZ VISÍVEL, de acordo com a reivindicação 1 a 4, caracterizada por poder ser utilizada como sensor de nível em tanques de combustível ou água, com base na refração em sondas detectoras de nível, em que o desvio de um raio luminoso aciona (normalmente aberto) ou desaciona (normalmente fechado) um receptor ótico do tipo fototransistor ou fotoresistor, com um receptor apenas colocado na posição para colher o feixe de luz quando não há líquido presente, formando um sistema normalmente fechado, ou, quando há líquido presente, formando um sistema normalmente aberto, acionando um rele interno e ligando ou desligando um dispositivo externo desejado, servindo como detector liga desliga.
8 - SONDA DE PRECISÃO PARA DETECÇÃO DE VARIAÇÃO DE NÍVEL OU PRESENÇA DE LÍQUIDOS POR LUZ NO INFRAVERMELHO OU LUZ VISÍVEL, de acordo com a reivindicação 1 a 4, caracterizada por poder ser utilizada como sensor de detecção de presença e passagem de líquido em tubulações ou galerias; utilizando o desvio de ângulo de incidência do raio luminoso, apresentando como resultado, uma variação de tensão; em que o receptor pode ser posicionado de qualquer maneira e disposição, desde que ele possa ser atingido pelo feixe de luz quando o mesmo é atingido pelo líquido.
9 - SONDA DE PRECISÃO PARA DETECÇÃO DE VARIAÇÃO DE NÍVEL OU PRESENÇA DE LÍQUIDOS POR LUZ NO INFRAVERMELHO OU LUZ VISÍVEL, de acordo com a reivindicação 1 a 4, caracterizada por poder ser utilizada como sensor luminoso, acionado por desvio do raio luminoso, pelo efeito de refração que aciona gradativamente um receptor do tipo fototransistor ou fotoresistor, proporcionando precisão centesimal da variação de nível de um líquido.
10 - SONDA DE PRECISÃO PARA DETECÇÃO DE VARIAÇÃO DE NÍVEL OU PRESENÇA DE LÍQUIDOS POR LUZ NO INFRAVERMELHO OU LUZ VISÍVEL, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada por utilizar a combinação dos efeitos de refração e difração para produzir um leque luminoso que se refrata ao passar do meio 1 para o meio 2, ocasionando o acionamento direto do receptor diretamente disposto e dos receptores adjacentes, proporcionando o aumento da resolução de medição do sistema.
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