Оптико-электронный дискретный уровнемер

(19) (И) О 01 Р 23 2 ЕТЕН тины паралти и пер, проходяиотраженсти пучков, олщину й, ыражением е нижн еи ная,гоа межд .дена щ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОЬРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИЕ ИЗО К АвГОРСКОМУ СДГГЕЛЬ(72) Э.Д. Нанков и:Е.А. Шишлов (71) Ленинградский ордена Трудового Красного Знамени институт точной. механики и оптики.53) 681.128.65 088.8(56) 1. Патент Франции В 1321540, кл, О 01 Р, 1963.2. Авторское свидетельство СССР Р 667816, кл. О .01 Р 23/28, 1975. .прототип) .54) Ь 7) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ДИСКРЕТНЫЙ УРОВНИЯР, содержащий колли- матор, Фотоприемную головку с объективом и электронную схему обработки, о т л и ч а ю щ и й с я тем., что, с целью повьаания.точности и упрощения устройства, на пути отраженного от жидкости пучка установлен световод в виде плоскопараллельной пластины с плоской Фаской так, что,отражающие плоскости пла лельны поверхности жидко .пендикулярны к плоскости ,щей через оси падающего .ного от.:поверхности жидк при этом пластина имеет которая определяется в 1 а( Ж - угол падения пучка на по-.. верхность жидкостиу - угол преломления этого пучка нижней плоскостью пластины .ЬН- шаг дискретизации измеряемых уровней, ска обращена к объективуиперпенкулярна к пучку, отраженному отплоскости пластины, Фотолрием ловка установлена неподвижно, у световодом н объективом ввеф елевая диафрагма.Изобретение относится к гидрологическому приборостроению, а именно,к оптико-электронным уровнемерам, ипредназначено для бесконтактногоопределения уровня жидкости в задемпфированных колодцах, уровней различных агрессивных жидкостей и др.Известно устройство, содержащееколлиматор, фотоприемную. головку иэлектроНную схему обработки 1 Д .Недостатком данного устройства 10является малый диапазон измеряемыхуровней.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому:положительному эФФекту яв.",.яется 5уровнемер, который содерхит нейодвижный коллиматор, включающий дваисточника света, разделительнуюпрямоугольную призму и объектив,Фотоприемную головку, включающуюо".ъектив и помещенный в его Фокальной плоскости фотоприемник, ходовойвинт, на кбтором на каретке установлена фотоприемная головка, блокпитания, электронное фазочувствительное устройство, включающее усилительнапряжения, фазовый дискриминатор иусилитель мощности, реверсивный двигатель, осуществляющий вращение ходовоговинта, и датчик положения каретки сфотоприемной головкой 2, 30Недостатком известного уровнемераявляется то, что он содержит электромеханические элементы, обеспечивающие отслеживание фотоприемной головкипучка с равносигнальной зоной, а 35также регистрацию измеряемого уровня,которые являются источником ошибок иосновной причиной, обуславлиэающейтехнологическую сложность, трудоемкость и высокую стоимость уровнемера.40Целью изобретения является повышение точности и упрощение устройства.Поставленная цель достигается тем,что в оптико-электронном дискретномуровнемере, содержащем коллиматор,Фотоприемную головку с-объективом иэлектронную схему обработки, на путиотраженного от жидкости пучка установлен световод в виде плоскопараллельной пластины с плоской фаскойтаким образом, что отражающие плоскости пластины параллельны поверхности жидкости и перепендикулярнык плоокости, проходящей через осипадающего и отраженного от поверхности жидкости пучков, при этом пластина имеет толщину й, которая определяется выражением 60где Ж - угол падения пучка лучейна поверхность жидкости;- угол преломления этого пуч- .ка нижней плоскостью пластины 65 йН " шаг дискретизации измеряе-мых уровней,фаска обращена к объективу и перпендикулярна к пучку, отраженному от нижнейплоскости пластины, фотоприемная головка установлена неподвижно, а междусветоводом и объективом введена щелевая диафрагма.На чертеже приведена принципиаль"ная схема оптико-электронного уровнемера.Уровнемер содержит установленныйнеподвижно коллиматор 1, включающийдва излучателя 2 и 3, например светодиоды, разделительную прямоугольнуюпризму 4, объектив 5, неподвижно установленную фотоприемную головку б,включающую объектив 7 и фотоприемник 8, помещенный в фокальной плоскости объектива 7, щелевую диафрагму 9 иплоскопараллельную пластину 10 сплоской Фаской 11, установленные перед объективом 7, и электронную схему обработки сигнала, снимаемого сФотоприемника 8. Электронная схемаобработки может быть выполнена, например, в виде подключенного к выходуФотоприемника усилителя напряжения,фазового дискриминатора, реверсивногосчетчика импульсов, подключенного квыходу Фазового дискриминатора черезключ, ждущий мультивнбратор, триг"гер и дополнительные ключи, управляемые сигналом с Фазового дискриминатора.Уровнемер работает следующим образом,Коллиматор 1 направляет к поверх.ности жидкости под углом с параллельный пучок с равносигнальной зоной,который зеркально отражается от поверхности жидкости к плоскопараллельнойпластине 10, с нижней поверхностьюкоторой он встречается под углом Жи, преломившись на границе стекловоздух, проникает в толщу пластиныи, испытав последовательные многократные отражения от ее поверхностей всоответствии с законом полного внутреннего отражения, выходит из пластины по направлению, нормальному к фаске 11, и через щелевую диафрагму 9и объектив 7 поступает на фотоприемник 8. Равносигнальная зона в пучкеобусловлена сдвигом Фазы свеченияизлучателей 2 и 3 на 180 В исходном положении, которому соответствует поверхность жидкости на уровне 1, ось светового пучка пос-, ле отрахения от жидкости совпадает с направлением А, а на выходе иэ плоскопараллельной пластины 10 с осью фотоприемной головки; в этом случае с фазового дискриминатора снимается нулевое напряхение, при котором счетчиком импульсов регистрируется импульс, вырабатываемый. ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Лосква, Ж, Рауюская наб., д. 4/5аеещвв тй Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4ждущим мультивибратором и соответствующий уровню 1,При понижении уровня ось отраженного от жидкости пучка смещается параллально направлению А, приближаяськ направлению В, что обуславливает 5пОсле выхода иэ плоскопараллельнойпластины 10 параллельное смещениепучка с оси Фотоприемной головки ипоявление на выходе фазового дискриминатора напряжения определенной,.соо 0тветствующей знаку смещения уровня полярности, разрывающего сигнальнуюцепь, При дальнейшем понижении уровня наступает момент, когда в зрачокобъектива 7 поступают лучистые потоки 5являющиеся частями светового пучка,отраженными от соседних участков 1и С нижней поверхности пластины 10,сдвинутые по фазе на 180 в и равныепо величине, и вызывающие на выходефазового дискриминатора нулевое напря 0жение; однако импульс, вырабатываемыйв этом случае мультивибратором, задерживается триггером.В момент, когда поверхность жид -кости достигает уровня 11, отраженный 25от жидкости пучок идет по направлениюВ и на выходе из пластины 10 совпадает с осью фотоприемной головки,при этом, как и при отражении пучка отжидкости на уровне 1 , с фазового 30дискриминатора снимается нулевоенапряжение, которое обеспечивает срабатывание всей логической цепочки и регистрацию счетчиком импульса, соо" тветствующего уровню 11При 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 из плаетины 10 пучка совпадает с осью Фо-. топриемной головки лиЬ в случае отражения зондирующего пучка от поверхности жидкости, находящейся на уровнях, равноотстоящих друг от друга на шаг дискретизации дЦ , который связан с толщиной С пластины 10 зависимостью где ( - угол преломления пучка, отраженного от поверхности жидкости нижней плоскостью пластины.Таким образом, предслагаемый оптико- электронный 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.