Уровнемер для жидкости Советский патент 1993 года по МПК G01F23/22 

Изобретение относится к измерительной технике.

Уровнемер для жидкости может найти применение в конструкции самолетов и автомобилей различного назначения для измерения уровня топлива, масла и других жидкостей в бортовых резервуарах, а также для измерения количества жидкости в стационарных резервуарах, для нефтепродуктов. В частности, в самолетных топливных системах предлагаемое устройство позволяет выполнить чрезвычайно важную функцию измерения остатка топлива в баках в аварийных ситуациях при отказе бортового электропитания и необходимости аварийной посадки сам олета, которая возможна при выработанном топливе в баках.

Известен волоконно-оптический датчик, обеспечивающий точное измерение уровня, состоящий из источника излучения, волоконных световодов, стеклянных призматических элементов, встроенных в выход- ных торцах световодов и детекторов (фотоприемников). При погружении выходного, торца одного из световодов в жидкость, уровень которой изменяется, меняется показатель преломления, и-оптический сигнал из-за нарушения полного внутреннего отражения не попадет в детектор, сигнализирующий об определенной дискретной величине уровня жидкости в резервуаре.

Недостаток устройства,- узкая область применения его, т.к. с его помощью можно измерить только дискретные величины уровня жидкости. В случае необходимости непрерывного измерения уровня жидкости в широком диапазоне его .измерения описанное известное устройство не. применимо.

Другой недостаток устройства - зависимость его надежной работы от стабильности напряжения питания источника излучения, а также от постоянства оптических потерь в световодах. В резервуарах для жидкостей. которые оказывают существенное влияние на оптические свойства световодов и стеклянных призматических элементов, применение известного устройства проблематично из-за низкой его надежности. Изве- стно, например, что при воздействии на кварцевые световоды водородной среды (содержащей гидроксильные группы ОН-) при температурах Т5...200°Сувеличение.по- терь на длине волны 1,24 мкм составляет 3,4 дБ/км (при 1,41 мкм соответственно до 25 дБ/км) - при исходном уровне потерь для световодов 1-й категории (например, световодов кабеля ОК-50-2-3), равном 3 дБ/км. Значительные оптические потери возника

О

5

0

5

0

5 0 5

5

0

ют также из-за помутнения поверхности стеклянных призматических элементов от разъедающего влияния различных жидкостей. Все это в целом резко сокращает области применения известного решения и приводит к необходимости усложнения конструкции уровнемера специальным защитными элементами.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является оптический уровнемер, содержащий направляющую трубу, в которой размещен поплавок с установленным, на нем гибким световодом, входной торец которого оптически соединен с источником излучения, фотоприемник и регистрирующий блок.

Существенный недостаток известного устройства - большие оптические потери при передаче сигнала от излучающеготиб- кого световода к светопроводам и далее к световоду приемника излучения. Ясно, что эти дополнительные потери (в известном устройстве) приводят к большим погрешностям измерения. Надо иметь ввиду, что в зазоре между гибким световодом и светопроводами находится жидкость, которая зачастую находится в турбулентном состоянии с пониженной переменной степенью прозрачности, что приводит к непостоянству чувствительности известного устройства.

Цель изобретения - повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в уровнемере для жидкости, содержащем корпус, источник излучения, волоконные световоды, систему линз поплавок, фотоприемник, регистрирующее устройство,источник излучения выполнен в виде установленного вне резервуара параболического концентратора солнечной энергии с расположенной в его фокусе встроенной собирающей линзой на входном торце много- . жильного оптического кабеля, проходящего .через расположенную в резервуаре с жидкостью светонепроницаемую направляющую трубу и закрепленного своей нижней изогнутой частью к поплавку таким образом, что его выходной торец, выступающий за контур непогруженной, поверхности поплавка, установлен соосно с оптической осью фотоприемника, расположенного в корпусе резервуаре внутри светонепроницаемой направляющей трубы. Кроме того, на выходной торец оптического кабеля нанесено люминофорное покрытие, а вокруг фокуса параболического концентратора солнечной энергии по окружности размеще- ны светодиоды, вход которых подключен к резервному источнику питания, причем оптические оси их сходятся в оптическом центре встроенной собирающей линзы.

В предложенном решении появляются двойства, обусловленные совокупностью взаимозависимых признаков, перечисленных в предыдущем абзаце. Заявителю и ав- тррам неизвестны технические решения, имеющие признаки, сходные с отличитель- признаками заявляемого решения.

На фиг. 1 изображен пример реализации уровнемера для жидкости; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

I Уровнемер состоит из корпуса 1, источ- н|4ка излучения 2 в виде параболического концентратора солнечной энергии с расположенной в его фокусе встроенной собирающей линзой 3, которая прикреплена к вводному торцу многожильного подпружиненного оптического кабеля 4 с волоконными световодами 5, расположенной в резервуаре с жидкостью 6 светонепроница- erj/юй направляющей трубы 7, через которую проходит вышеупомянутый кабель 4, закрепленный в своей нижней изогнутой части к поплавкУ 8, выходной торец кабеля, выступающий за контур непогруженной ча- ст|и поплавка имеет люминофорное покры- 9 и установлен соосно с осью ффтоприемника 10, связанного с усилите- ле|м 11 и регистрирующим устройством 12. Вокруг фокуса вышеупомянутого параболи- чеЬкого концентратора 2 солнечной нергии nq окружности размещены светодиоды 13, вход которых подключен к резервному источнику питания 14. причем оптические оси их; сходятся в оптическим центре встроенной собирающей линзы.

Уровнемер для жидкости работает сле- ду}ощим образом.

. Солнечное излучение собирается пара- борическим концентратором солнечной энергии 2 и попадает через встроенную собирающую линзу 3 в входные торцы световодов 5 многожильного подпружиненного о п|ического кабеля 4, которые передают оп- ти еское излучение на выходной торец кабеля, с нанесенным на него люминофорным покрытием 9. Под действием прошедшего чер|ез световоды 5 люминофорное покрытие 9 возбуждается и испускает усиленный пучок света, который принимается фотопри- 10. Паразитные источники света не влияют на принимаемый фотоприемником 10 сигнал, т.к. последний, также как и выходной торец кабеля с люминоформным покрытием 9 заключены в светонепроницаемую направляющую трубку 7 поплавка 8. Выходной сигнал фотоприемника 10 усиливается усилителем 11 и фиксируется регистрирующим устройством 12. В.случае

недостаточного уровня солнечного света источником излучения служат светодиоды 13, размещенные по окружности с центром в фокусе параболического концентратора солнечной энергии 2, причем оптические оси светодиодов 13 сходятся в оптическом центре встроенной собирающей линзы 3. Светодиоды 13 запитаны от резервного источника питания 14 включающегося автома0 тически от фотоэлемента (условно не показанного на фиг.) при падении напряжения на его входных клеммах ниже порогового уровня минимума интенсивности солнечного излучения. В-целях компенса5 ции погрешностей уровнемера, связанной с противодействием многожильного подпружиненного оптического кабеля 4 свободному подъему поплавка 8, в конструкции кабеля предусмотрен упругий элемент 15,

0 исключающий противодействие свободному движению поплавка 8. Жесткость упругого элемента 15 близка к весу участка многожильного подпружиненного оптического кабеля 4, простирающегося от места

5 его закрепления в неподвижном параболическим концентраторе солнечной энергии 2 до места закрепления выходного изогнутого конца кабеля в поплавке 8.

Сущность работы уровнемера для жид0 кости заключается в следующем. При снижении уровня жидкости в резервуаре 6 поплавок, свободно плавающий на ее поверхности опускается строго по вертикали благодаря наличию неподвижной светонеп5 роницаемой направляющей трубы 7. При этом расстояние от выходного торца оптического кабеля с люминофорным покрытием 8 до неподвижного приемного окна фотоприемника 10 увеличивается пропорцио0 нально снижению уровня жидкости в резервуаре 6. Интенсивность оптического излучения, регистрируемая фотоприемником, пропорциональна расстоянию от источника излучения (торца с люминофорным

5 покрытием 9) до фотоприемника. Чем больше расстояние, тем меньше фототек с выходных клемм фотоприемника фиксируемый регистрирующим устройством 12, шкала которого отградуирована в единицах

0 емкости резервуара - литрах.

Решение отличается от известного тем,

что из предложенного решения исключены

несколько сложных конструктивных эле: ментов: датчик давления для компенсации

5 паров в пространстве над уровнем жидкости в резервуаре, вычислительное устройство, переключатель. Из этого следует, что предложенное решение проще известного. Совокупность признаков предложенного решения позволяет достичь положительного эффекта - упрощения конструкции, и в определенной степени повышения надежности. Это доказывает существенность отличий.

. Другой положительный эффект, достигаемый в предложенном решении - значительное повышение надежности работы уровнемера, что обеспечивается благодаря включению в предложенное решение пара- болического концентратора солнечной энергии, встроенной собирающей линзы во входном торце многожильного подпружиненного оптического кабеля. В случае отключения источника питания лазерный уровнемер работать не будет, в то время как предложенный будет функционировать за счет солнечного излучения. В периоды ослабления солнечного излучения и в ночное время уровнемер работает от резервного источника питания и световодов, которые включаются автоматически от фотоэлемента при падении напряжения на его клеммах ниже порогового уровня минимума интенсивности солнечного излучения. Наличие в предложенном решении двух альтернативных источников излучения позволяет повысить надежность работы уровнемера более чем в 2 раза.

В дополнение к изложенному, повышение надежности предложенного решения по сравнению с известным достигается также благодаря отличительному признаку предложенного - люминофорному покрытию на выходном торце оптического кабеля. Аналогичный конструктивный элемент - зеркало в виде кубика-снижает надежность работы устройства из-за помутнения отражательной способности поверхности зеркала под действием паров жидкости и, следовательно, уменьшения его отражательной способности. В предложенном решении люминофорное покрытие имеет состав нейтральный к действию паров, например, нефтепродуктов и обеспечивает усиление оптического излучения, поступающего по световодам, а следовательно, повышает надежность работы устройства. Таким образом, совокупность признаков предложенного решения обладает существенными отличиями от совокупности признаков известного.

Использование: изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить надежность работы измерителя, уровня жидкости. Сущность изобретения: устройство содержит корпус 1, источник излучения в виде параболического концентратора солнечной энергии 2 с расположенной, в его фокусе встроенной собирающей линзой 3, укрепленной на входном торце многожильного подпружиненного оптического кабеля 4 с волоконными световодами 3, резервуар 6 с установленной внутри его светонепроницаемой направляющей трубкой 7 и поплавком 8, люминофорное покрытие 9 на , выходном торце оптического кабеля, фо-; топриемник 10, усилитель 11, регистрирую- щееустройство 12, световоды 13. резервный источник питания 14. Изменение уровня жидкости в резервуаре б приводит к перемещению поплавка 8, в результате чего меняется расстояние от выходного торца оптического кабеля 4 с люминофорным покрытием 9 до фотоприемника 6, и вследствие этого пропорционально расстоянию .меняется выходной сигнал фотоприемника 10. Изменение интенсивности выходного сигнала количественно характеризует изменение уровня жидкости в резервуаре 6. 2 ил. (Л С

Формула изобретения

Уровнемер для жидкости, содержащий направляющую трубу, в которой размещен поплавок с установленным на нем гибким световодом, входной торец которого оптически соединен с источником излучения, фотоприемник и регистрирующий блок, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, источник излучения выполнен в виде светодиодов и параболического концентратора солнечной энергии с расположенной в его фокусе линзой, установленной на входном торце гибкого световода, выходной торец которого установлен соос- но с оптической осью фотоприемника, расположенного в направляющей трубе, выполненной светонепроницаемой, при этом на выходной торец гибкого световода нанесено люминофорное покрытие, а оптические оси светодиодов пересекаются в оптическом центре линзы.