Волоконно-оптический датчик жидких сред

,ьА АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано дляизмерения уровней жидких сред. Цельюизобретения является увеличение светоси лы датчика и снижение расхода световодов при изготовлении датчика. Излучение источника 1 вводится в световод 2 и направляется к чувствительному элементу 3, Пучок лучей, выходящих с торца передающего световода, отражается эллиптической поверхностью чувствительного элемента 3, формирует в области фокуса эллйпсоида изображение торца световода 2 и далее попадает на торец приемного световода 4. Форма поверхности чувствительного элемента 3 выбрана так, что поверхности тор цов световодов расположены в области фокусов двух эллипсоидов вращения и оптически сопряжены. Поэтому все лучи выходного пучка передающего световода 2попадают на сердцевину световода 4 и по. ступают на фотоприемник 5, 3 ил.ствительного элемента. Чувствительный 40элемент 3 выполнен из прозрачного матери 45 50 55,/гг 4 Изобретение относится к измерительной технике, предназначается для измерения уровня жидких сред, в том числе криогенных и взрывоопасных, путем использования в составе дискретных уровнемеров и может найти применение в химической и пищевой промышленности, в теплоэнергетике, в криогенной технике.Цель изобретения - увеличение светосилы датчика и снижение расхода световодов при изготовлении датчика.На фиг. 1 приведена схема предлагаемого датчика; на фиг. 2 - ход лучей в чувствительном элементе, на фиг. 3 - схема устройства, осуществляющего способ сварки волоконно-оптических датчиков,Волоконно-оптический датчик жидких сред содержит (фиг. 1) источник 1 излучения, например, полупроводниковый излучающий диод, оптически связанный с передающим световодом 2. Один источник может быть связан с несколькими передающими световодами при помощи волоконнооптического ответвителя, Передающий световод 2 оптически связан с приемным световодом 4 при помощи чувствительного элемента 3, Концы передающего 2 и приемного 4 световодов, непосредственно примыкающие к чувствительному элементу 3, расположены параллельно один другому на расстоянии 1б, где с - диаметр световода,Сверху значение 1 принципиально не ограничено, но увеличение 1 ведет к увеличению габаритов чувствительного элемента. Оптимальное значение = 30. В этом случае при малых габаритах(б 0,1 мм) достаточно хорошо выполняются приближения геометрической оптики, принятые при расчете чувала. Зто может быть материал, из которого выполнены световоды 2 и 4. Поверхность чувствительного элемента 3, обращенная в сторону контролируемой среды, удалена не более чем на 2 о/О оси а от поверхности двух эллипсоидов вращения, имеющих общий фокус Гг, расположенный на оси датчика (фиг. 2) и удаленный от плоскости торцов световодов 2 и 4 на расстояние Ь; (стрелка датчика) 0,3 : Ь - 31, а второй фокус каждого эллипсоида совпадает с центром торца соответствующего световода 2 и 4, причем большая ось а и эксцентриситет я определяются из соотношений:а = Ь + 1/2, (1) 5 10 15 20 25 30 35 Соотношения (1) и (2) выводятся из условия согласования апертур передающего 2 и приемного 4 световодов. В этом случае,как видно из фиг. 2, осевой луч движется по прямоугольной траектории. Тогда в соответствии с известными свойствами эллипса можно записать:,а = ГА+Гг = Ь + 1/2,Г Гг Е= - ) аОтсюда и следует соотношение (2), Нижняя граница для интервала Ь: Паин = 0,31 определяется условием, при котором для стандартного световода поверхность эллипсоида уже не пересекает все лучи всетоводов. Верхний предел смаке = 31 выбран исходя из требований, чтобы крайние лучи выходного пучка передающего световода 2 падали только на левую поверхность чувствительного элемента 3, Оптимальное значение Ьопт составляет Ьопт = 0,9. Свободный конец приемного световода 4 - с фотоприемником.Датчик работает следующим образом.Излучение источника 1 вводится в световод 2 и направляется к чувствительному элементу 3. Пучок лучей, выходящих с торца передающего световода, отражается левой эллиптической поверхностью чувствительного элемента 3 и формирует в области фокуса Гг изображение торца световода 2. Распространяясь далее, пучок лучей отражается правой поверхностью чувствительного элемента 3 и попадает на торец приемного световода 4.Форма поверхности чувствительного элемента 3 выбрана так, что поверхности торцов световодов, расположенные в области фокусов Г 1 и Гг, оптически сопряжены, Поэтому практически все лучи выходного пучка передающего световода 2 попадают в сердцевину световода 4 и поступают на фотоприемник 5.Уровень принятого оптического сигнала зависит от условий отражения на передней поверхности чувствительного элемента. При погружении чувствительного элемента в жидкость условия отражения изменяются, большая часть излучения выходит в среду, уровень принятого фотоприемником опти- ческого сигнала падает, что и свидетельствует об изменении уровня жидкой среды относительно элемента 3 датчика,Формула изобретен ия Волоконно-оптический датчик жидких сред, содержащий два световода, торцы ко1613871 1 Зб,0,31 Ь 31,где а - длина большой оси эллипсоидов;д - внешний диаметр световода,ФСоставитель А. МараховскаяРедактор С.Лисина Техред М.Моргентал Корректо авцова аз 3886 Тираж 543 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж-З 5, Раушская наб 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужго,Гагарина, 101 торых на одном из концов лежат в одной плоскости и оптически связаны чувствительным элементом, выполненным из прозрачного материала, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью увеличения светосилы датчика, поверхность чувствительного элемен та, ограниченная апертурами световодов, выполнена в виде двух пересекающихся симметрично расположенных относительно оси датчика эллипсоидов вращения, первые фокусы которых совпадают с центрами тор цов световодов, а вторые совпадают с точкой, лежащей на оси симметрии датчика,расположенной на расстоянии и от торцо- вой плоскости световодов, при этом расстояние , расстояние между осями световодови эксцентриситет е эллипсоидов задаются соотношениямиа= и+ 1/2,