Световодный датчик уровня Советский патент 1993 года по МПК G01F23/28 

Изобретение относится к измерительой технике и может быть использовано для змерения уровня жидких сред.

Известен датчик уровня, содержащий вертикально расположенный в контролируемо жидкости световод из оптически прозрачного материала, у которого коэффициент преломления больше, чем у контролируемой жидкости, .источник, излучения, фотоприемник, устройство вводя и вывода злучения и индикации, Принцип действия атчика основан на нарушений полного внутреннего отражения излучения в световоде. .. .-.. ; ;- , .;- - . .. ..

Известно устройство для измерения ровня жидкости, содержащее источник излучения, поляризатор, оптический волновод, разделительную призму, два анализатора, два фотоприемника, два усилителя, арифметический блок и измерительный прибор. Изменение формы и степени поляризацииизлучения при контакте световода с жидкостью позволяет по интенсивностям двух ортогонально-поляризованных составляющих на выходе световода определять уровень с учетом влияния показателя преломления жидкости..

/. Наиболее близким по технической сущности является измерительный преобразователь уровня жидкости, содержащий источник направленного излучения, световод, на поверхности которого имеется пленка, полученная в результате полировки, фотоприемник и блок индикации. Благодаря пленке на поверхности световода интенсивность излучения на выходном торце световода увеличивается с увеличением уровня жидкости. -;-..

Недостатками данного устройства являются низкая чувствительность, связанная с тем, что в результате полировки образуется пленка с непрогнозируемый параметрами, и низкая точность, связанная с тем, что на результаты измерений влияет показатель преломления жидкости, который может меняться в зависимости от внешних воздействий {например, температуры).

Цель изобретения - повышение чувствительности и точности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что б устройство, содержащее источник излучения, блок ввода излучения, световод с пленкой на его поверхности, блок ввода излучения, фотоприемник и блок индикации, введены диспергирующая призма, второй фотоприемник, блок обработки, причем источник излучения является немонохроматическим, а пленка на поверхности световода выполнена интегральной с толщиной b и

и

показателем преломления rjz , выбираемыми из условия:

tg{kb()1/2

{1з

V

fr

15

20

25

30

35

40

45

где k 2 л/А - волновое число; по.каза- тель преломления материала световода; , fh. ,./&- постоянные распространения нулевой моды световода, пленки и моды при ртсечке соответственно.

Существенным отличием данного изобретения является использование предельного режима распространения излучения в интегральной пленке, для контроля уровня жидких сред и устранения влияния показателя преломления контролируемой жидкости за счет различного светопропускания световода на различных длинах волн. Отличительными признаками данного устройства является использование диспергирующей призмы, второго фотоприемника, блока обработки м наличие на поверхности световода интегральной пленки с заранее выбранными параметрами, . : .

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит источник немонохроматического излучения 1, оптически связанный с входом блока ввода излучения 1, оптически связанный с входом блока ввода излучения 2, выход которого оптически связан с верхним торцом световода 3, поме- . щенного в резервуар с контролируемой жидкостью 4, нижний торец световода 3 оптически связан с входом блока вывода излучения 5, выход которого оптически связан с

.входом диспергирующей призмы б, первый выход которой оптически связан с первым фотоприемником 7, второй выход диспергирующей призмы связан с входом .второго фотоприемника 8, выходы которых связаны с входами блока обработки 9, выход которого связан с входом блока индикации 10.

Устройство работает следующим образом.

Немонохроматическое излучение от источника 1 в блоке ввода излучения 2 формируется в параллельный пучёк и вводится в световод 3 под углом, для которого с учетом преломления на входном торце условие пол- ного внутреннего отражения на границе световод - воздух будет сохраняться и в жидкости. Показатель преломления интегральной пленки выбирается большим, чем показатель преломления световода. В этом случае интегральная пленка является несимметричным волноводом, в котором существует условие отсечки для основной моды. Параметры интегральной пленки на поверхности световода 3 выбираются такими, что только для некоторых, более в ысо- ких, длин волн в ней может возбуждаться мода излучения при контакте световода с жидкостью. Для таких волн существенно увеличивается часть мощности, распространяющаяся в интегральной пленке и снаружи световода, и мощность излучения на данных длинах существенно зависит от свойств пленки и окружающей среды. Для излучения с меньшими длинами волн условий для возбуждения моды интегральной пленки в этом случае нет и, следовательно, их мощность в меньшей степени зависит от свойств интегральной пленки и контролируемой среды. При увеличении уровня жидкости мощность излучения на выходном торце световода 3 изменяется в зависимости от светопропуекания световода, пленки и жидкости: увеличивается, если материал световода менее прозрачен, чем пленки и жидкости, и уменьшается в противоположном случае. Причем чувствительность различна для различных длин волн. Через блок вывода

излучения световой поток направляется на диспергирующую призму 6. где расщепляется в спектр. Фотоприемники 7 и 8 расположены таким образом, чтобы регистрировать интенсивность на длинах

волн А} и Ач , где AI - длина волны, на которой возбуждается мода пленки, а А - длина волны, при которой.возбуждение невозможно. Электрические сигналы с фотоприемников 7 и 8 подаются в блок

обработки 9, где они усиливаются и определяется уровень с учетом влияния показателя преломления жидкости. Электрический сигнал, характеризующий уровень жидкости, подается в блок индикации 10.

Предлагаемое устройство позволяет повысить чувствительность и точность измерений за счет устранения влияния параметров жидкости на результаты измерений.

Использование: изобретение позволяет повысить чувствительность и точность при измерении уровня жидких сред вразличных - 2 . , технологических процессах. Сущность изобретения: устройство содержит источник немонохроматического излучения 1, блок ввода излучения 2 световод 3 с нанесенной на его поверхность пленкой с параметрами, обеспечивающими распространение излучения в ней для части спектра источника, блок вывода излучения 5, диспергирующую призму 6, два фотоприемника 7 и 8, блок обработки 9. позволяющий по мощности излучения на различных длинах волн определить уровень жидкости с учетом влияния ее показателя преломления. 1 ил. / ... .

Ф-о рмула изобретен и я Световодный датчик уровня, содержащий источник излучения, выход которого оптически связан через блок ввода излучения с вертикально установленным световодом с пленкой на его поверхности, выходной торец которого через блок вывода излучения оптически связан с входом фотоприемника, выход которого связан с входом блока индикации, от л и ч а ю щий с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения, в него введены диспергирующая приза, второй фотоприемник и блок обработки, источник излучения выполнен немонохроматическим, вход диспергирующей призмы оптически связан с выходом блока вывода излучения, первый выход диспергирующей призмы оптически

связан с входом первого фотоприемника, второй выход диспергирующей призмы оптически связан с входом второго фотопри- емнмка, выходы фотопрмемников связаны с входами блока обработки, его выход - с входом блока индикации, а пленка световода выполнена интегральной с толщиной Ь и показателем преломления ip., определяемыми из условия

- -2.1/2Т, fo2-&21

Vi

tgflcb& -yi/)1 2-fr2,

где k 2л/А - волновое число;

показатель преломления световода;

,-fh. ,{hr постоянные распространения нулевой моды световода пленки и моды при отсечке соответственно.