Оптико-электронный дискретный уровнемер Советский патент 1983 года по МПК G01F23/22 

Изобретение относится к гидрологическому приборостроению, а именно к оптико-электронным уровнемерам, и предназначено для бесконтактного определения уровня 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 является малый диапазон измеряемых уровней. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту являетс уровнемер, который содержит неподвижный коллиматор, включающий два источника света, разделительную прямоугольную призму и объектив, фоэопрнемную головку, включающую сгъектив и помещенный в его фокальной плоскости фотоприемник, ходовой винт,, на котором на каретке установ лена фотоприемная головка, блок питания, электронное фазочувствитель ное устройство, вклшчаиидее усилитель напряжения, фазовый дискриминатор и усилитель мощности, реверсивный двиг тель, осуществлянйций вращение ходово винта, и датчик положения каретки с фотоприемной головкой 2 . Недостатком известного уровнемера является то, что он содержит электро 4 4ёханические элементы, обеспечивающие отслеживание фотоприемной голов пучка с равносигнальной зоной, а также регистрацию измеряемого уровня Которые являются источникохм ошибок и основной причиной, обуславливающей технологическую сложность, трудоемкость и высокую стоимость уровнемера Целью изобретения является повышение точности и упрощение устройств Поставленная цель достигается 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 перепендикулярны к плоскости, проходящей через оси падающего и отраженного от поверхнос ти жидкости пучков, при этом пластина имеет толщину t, которая определяется выражением где угол падения пучка лучей на поверхность жидкости; «f угол преломления этого пуч ка нижней йлрскостью пласт ны; йН - шаг дискретизации нзмеряе-, ладх уровней, фаска обращена к объективу и перпендикулярна к пучку, отраженному от нижней плоскости пластины, фотоприемная головка установлена неподвижно, а между световодом и объективом введена щелевая диафрагма. На чертеже приведена принципиальная схема оптико-электронного уровнемера. Уровнемер содержит установленный неподвижно-коллиматор 1, включающий . два излучателя 2 и 3, например светодиоды, разделительную прямоугольную 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. Электронная схема обработки может быть выполнена, например, в виде подключенного к выходу фотоприемника усилителя напряжения, фазового дискриминатора, реверсивного счетчика шдаульсов, подключенного к выходу фазового дискриминатора через ключ, ждущий мультивибратор, триггер и дополнительные ключи, управляемые сигналом с фазового дискриминатора. Уровнемер работает следующим образом. Коллиматор 1 направляет к поверхности жидкости пол углом ci параллельный пучок с равносигнальной зоной, которой зеркально отражается от поверхности жидкости к плоскопараллельной пластине 10, с поверхностью которой он встречается под углом (& и, преломившись на границе стекловоздух, проникает в толщу пластины и, испытав последовательные многократные отражения от ее поверхностей в соответствии с законом полного внутреннего отражения, выходит из пластины по направлению, нормальному к фаске 11, и через щелевую диафрагму 9 и- объектив 7 поступает на фотоприемник 8. Равносигнальная зона в пучке обусловлена сдвигом фазы свечения излучателей 2 и 3 на IBO. 3 исходном положении, которому соответствует поверхность жидкости на уровне 1, ось светового пучка пост ле отражения от жидкости совпадает с направлением А, а на выходе из плоскопараллальной пластины 10 с осью фотоприемной головки; в этом случае с фазового дискриминатора снимается нулевое напрялсение, при котором счетчиком импульсов регистрируется импульс, вырабатываемый

ждущим мультивибратором и соответствующий уровню 1.

При понижении уровня ось отраженного от жидкости пучка смещается параллально направлению А-/ приближаясь к направлению В, что обуславливает 5 после выхода из плоскопараллельной пластины 10 параллельное смещение пучка с оси фотоприемной головки и появление на выходе фазового дискриминатора напряжения определенной,. тветству1ощей знаку смещения уровня полярности, разрывающего сигнальную цепь. При дальнейшем понижении уровня наступает момент, когда в зрачок объектива 7 поступают лучистые потоки45 являющиеся частями 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 напря жение; однако импульс, вырабатываемый Б этом случае мультивибратором, задерживается триггером.

В момент, когда поверхность жкд кости достигает уровня 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 снимается нулевое напряжение, которое .обеспечивает срабатывание всей логической цепочки ,. и регистрацию счетчиком и11пульса, соответствующего уровню П .

При дальнейшем понижении уровня жидкости описанные процессы периодически повторяются, причем схема обработки обеспечивает регистрацию импульса лишь в случае совпадения оси отраженного . пучка на выходе плоскопараллельной пластины 10 с осью фотоприемной головки. В свою очередь ось выходящего иэ пластины 10 пучка совпадает с осью фог топриёмной головки лишь в случае отражения зондирующего пучка от поверхности жидкости, находящейся на уровнях, равноотстоящих Д0Уг от друга на шаг дискретизации лЦ , который связан с толщиной t пластины 10 зависимостью

Чл

Ч

.

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

Таким образом, предлагаемый оптикоэлектронный уровнемер при значительном его упрощении позволяет измерять дискретные, положения уровня жидкости с более высокой точностью благодаря исключению электромеханических узлов перемещения фотоприемной головки и полной статичности узлов уровнемера.

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 я тем, что, с целью првицения точности и упрощения 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 перпендикулярны к плоскости,, проходя(Щей через оси падающего и отраженного от:поверхности жидкости пучков, ;при этом пластина имеет толщину t, . которая определяется выражением 1 . где Л угол падения пучка на nor i верхность жидкости; if - угол преломления этого пучка нижней плоскостью пластины; .дИ- шаг дискретизации измеряеMtax уровней, фаска обращена к объективу .иуле пендикулярна к , отраженному от ; нижней плоскости пластины, фЬтоприем ная.головка установлена неподвижно, а меязду .световодом и объективом Bnei. S дена щелевая: диафрагма.