Индикатор уровня жидкости Советский патент 1980 года по МПК G01F23/22 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для индикации уровня жидкости, например топлива, в авиационной, автомобильной, хими 1еской и других областях промышленности.

Известно устройство для измерения уровня жидкости в емкости, содержащее источник светового излучения, соединенный с излучающим волоконным световодом, и приемный волоконный световод, связанный с рёгистриругощим устройством, причем излучающий и приемный концы световодов оптически соединены с помощью преломляющей призмы i}.

Однако в этом устройстве свет на сравнительно длинном участке распространяется вне волоконного световода в виде расходящёго пучка, что, далее сравнительно небольшой апертуре излучающего волоконного cBeTOBtofla, приводит к больщим потерям в интенсивности принимаемого вторым волоконным световодом света. Кроме того, необходима

точная юстировка относительно один другого трех элементов конструкции: излучающего и приемного концов двух световодов и преломляющей призмы, что усложняет устройство и снижает его надежность. Повыщает сложность изготовления устройства а необходимость полировки призмы. Призма и поддерживающие элементы конструкции имеют большой вес по сравнению с весом

10 волоконного световода, что ограничивает примейение устройства, например, в авиационной промьш1ленности.

Наиболее близким по технической сущ15ности к предлагаемому являетсй индикаTqp уровня жидкости, содержащий световод, вьшолненный из оптического волокна с изгибом, ИСТОЧНИК светового излучения и регистрируквцёе устройство,

2Я расположенные соответственно у-входного и выходного концов световода, рабочий участок световода вьшолнен из сштйческого волокна без оболочки Недостатком такого устройства является низкая точность измерений, обуслов ленная тем, что участок световода без оболочки должен иметь значитель чую Щ)ртяженность, необходимую для выхода ВЭ световода большей части излучения пр погружении его в жидкость. Кроме того надежность измерений такого ивдикатора невелика, так как регистрация производи тся по одному оптическому кадалу. Кроме того, необходимость удаления оболочки с рабочего участка световода усложняет изготовление устройства. Цель изобретения - повышение измерения. В предлагаемом индикаторе, содержащем световод, выполненный из оптического волокна с изгибом, источник светового излучения и регистрирующее устройство, расположенные соответственно ВХОДНОГО и Выходного концов световода, сяртическое волокно имеет сердцевину и оболочку, is изгиб вьшолнен по радиусу величина которого определяется wa соотнсяпення. где п - показатель преломления материала оболочки волокна; HO - показатель преломленийматериала сердцевинь волокна; ч.- радиус оболочки волокна; J) - радиус сердцевины волокна. Для повышения надежности измерения индикатор содержит второй световод, входной конец которого расположен напротив изгиба первого световода, а выходной конец соединен с регистрирующим устройством.,. Индикатор обладает высокой точность измерений благодаря тому, что рабочий участок световода, выполненный с изгибом указанного радиуса, имеет малую длину при этом выбранный радиус изгиба способствует наиболее полному выводу излучения из световода при-погружении его рабочего участка в жидкость. Наличие оболочки на всем протяжении во лок:на упрощает изготовление индикатора и повышает его механическую прочность Введение второго световода дополкмтельно повьииает надежность измерения так как индикация уровня жидкости при этом ведётся путем регистрации двух сигналов, На фиг. 1 схематически показано пре лагаемое устройство, общий вид; на

735926 фиг. 2 - участок свеаювода, имеющий изгиб. Устройство содержит волоконный световод 1 с участком, имеющим изгиб 2 радиуса R, источник светового излучения 3 и регистрирующее устройство 4, расположенные в одном оптическом канале соответственно с входным 5 и выходным 6 участками световода. Устройство смонтировано в емкости 7 так, чтобы участ9к световода с изгибом 2 был расположен в жидкости 8. Устройство содержит второй волоконный световод 9, входной конец 1О которого расположен в емкости 7. напротив изгиба 2 первого световода 1, а выходной конец 11 соединен с регитрирующим устройством 4. Выходные концы 6 и 11 обоих световодов 1 и 9 соединены с логической схемой сравнения регистрирующего устройства 4. На фиг. 2 показан участок световода 1, имеющий изгиб 2 причем световод выполнен в виде оптического волокна с сердцевиной 12 радиуса р и оболочкой 13 с радиусом v . Устройство работает следующим образОм. Световое излучение от источника 3 поступает во входной конец 5 световода 1 из оптического волокна и распространяется преимущественно по сердг евине 12 за счет явления полного внутреннего отражения на границе сердцевина 12 - Оболочка 13. На участке изгиба 2, радиус которого R. удовлетворяет указанному выше соотношению, световое излучение выходит из сердцевины 12 и распространяется цо оболочке 13, не покидая ее (см. фиг. 2 а). Действительно (см. фиг. 2а), наименьший радиус R.,.изгиба 2, при котором излучение ИН.. еще не выходит из сердцевины 12 световода 1, определяется из треугольника ., i «-«-/ : :, --R-; . 1) Где ц - угол падения светового излучения равен углу полного внутреннего отражения, т.е. М , (2) где « - показатель преломления мате-/риала оболочки 13, Пд - показатель преломления материала сердцевины 12. Из равенства (2) и (1) следует -п. о 1 При величине радиуса изгиба

световое излучение выходит из сердцевины 12 в оболочку 13. Для того чтобы оно распространялось в оболочке 13 в условиях, когда участок изгиба 2 световода 1 не погружен в жидкость 8 (т.е. окружающей средой является воздух), необходимо, чтобы радиус изгиба удовлетвс зял неравенству

jr,i(5)

R

(показатель преломления воздуха принят равным l).

Таким образом, при величине радиуса изгиба 2, удовлетворяющей соотношениям (4) и С 5), световое излучение на участке изгиба распространяется в оболочке 13, если этот участок не погружен в жидкость 8, и пройдя участок из11иба 2, снова частично попадает ё сердцевину 12 и поступает в регистрирующее устройство 4. При погружении участка изгиба 2 в жидкость 8 с коэффициентом преломления, большим , условия полного внутреннегЧэ отражения света в оболочке нарушаются и световое излучение выходит в жидкость 8. При этом интенсивность излучений, поступающего из световода 1 в регистрирующее устройство 4, резко уменьшается. Тем самым осуществляется индикация уровня жидкое ти в емкости.

Устройство содержит второй световод 9. Световое излучение, поюннувшее оболочку 13 при погружении участка изгиба 2 световода 1 в жидкость 8, частичн попадает во входной конец 1О световода 9 и поступает в регистрирующее устройство 4. В этом случае сигнал на выходе регистрирующего устройства 4 .появляется тогда, когда излучение на

вход этого устройства поступает из световода 9, а интенсивность излучения на выходе световода 1 незначительна.

Формула изобретения

1. Индикатс уровня жидкости, содержащий световод, вьшолненный из оптического волокна с.изгибом, источник светового излучения и регистрирующее устройство, расположенные соответственно у входного и выходного концов светс ода, отличающийся /тем, что, с целью повьпиения точности измерения, оптическое волокно имеет сердцевину и оболочку, а изгиб выполне по радиусу, величЕща которого определяется из соотнснпения

о-.

где Y. - показатель преломления материала оболочки волокна; tijj- показатель преломления серд певины волсжна; Y - радиус оболочки волокне р - радиус сердцевины волокна. 2. ИвДикат ч по п. 1, о т л и -. ii а ющий с я тем, что, с целью повьппения надежности измерений, он содержит световод, входной койец расположен напротив иэtTi6a первого световода, а выходной кон соединен, с регистрирующим устройством

|Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Франции № 2219403, кл. GI О1 F 23/22, опублик. 1974.

2.Патент Ведик обритании

N9 1463810, кл. Q 1 Н, опублик. О9.О2.1977 (прототип).