Оптический уровнемер

)5 6 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНВЕДОМСТВО СССР(57) Изобретение относится к технике контроля технологических параметров и может ут . быть использовано при измерении уровняжидких сред в различных отраслях промышленности, Сущность изобретения: устройство содержит источник излучения 1, блок :ввода излучения 2, многомодовый многослойный световод 3, блок вывода излучений 5, фотоприемник 6, 1 ил..Изобретение относится к измеритель- многослойногосветовода.ППнечетныхслонойтехнике.и может быть использованодля ев больше ПП четных слоев (при отсчете отизмерения уровня жидких сред.слоя, контактирующего с контролируемойИзвестеноптико-электронный дискрет- жидкостью), толщина четных слоев меньшеный оптический уровнемер, содержащий Б длины волны распространяющегося иэлучеисточник света, фотоприемник и световод, ния, Существенным отличием данного изо-,установленныйнапутиотраженногоотжид- бретения является то, что осуществляетсякости луча; Йедостатками устройства явля- непрерывное пополнение потерь оптичеются индикации одного или несколыих ского излучения вдоль всей световоднойуровнейжидкости, что ограничивает его об- "0 пластины за счет туннелирования .оптиче-лзсть йрименейия, а также зависимостьре- ской энергии через четные слои многослой-.зультатов измерения от незначительных ного световода(МС). Отличительнымфлуктуаций поверхности. " признаком заявляемого решения от протоИзвестен также указательуровня жид- типа является использование многослойкости в резервуаре, содержащий источник 1 Б ного световода в качестве чувствительногосвета, фотоприемник и прозрачный стер- элемента уровнемера, Реализация непрежень, погруженный в жидкость. Недостат- рывного пополнения потерь оптическойком устройства является индикация одного мощности при нарушении условия ПВО иили нескольких уровней жидкости, что огра- возможность измерения уровня жидкости вничивает область применения, поскольку 20 широкомдиапазоне при ППжидкостибольневозможно измерение уровня жидкости в ше, чем у световодного чувствительного элешироком диапазонес малым шагом диск- мента ни в одном из существующихретности, -:, . устройств измерения уровня жидкости неНаиболее близким к предлагаемому ус- имеет места. На основе проделанного анатройствуконтроля уровня является устрой лиза можно сделать вывод о существенноство, содержащее источник оптического сти отличий заявляемого устройства,излучения, фотоприемник, .световодную . На чертеже представлена структурнаяпластину из оптически прозрачного матери- схема предлагаемого устройства.ала, свет распространяется по световоду Устройство содержит источник.излучеблагодаря полным внутренним отражениям 30 ния(ИИ) 1, вйход которого оптически связан(ПВО). Излучение:выходит из пластины всо входом блока ввода излучения (БВВИ) 2,.точках контакта с жидкостью, .показатель выход которого оптически связан со входомпреломления которой ниже показателя пре- многослойного световода (УС) З,.находящеломления световода, Если световод окру- гося в сосуде с контролируемой жидкостьюжен.воздухом, то весь сает от источника ЗБ 4, выход МС оптически связан со входомдостигает фотоприемника. Однако данное блока вывода излучения (БВИ) 5, выход ко-.устройство имеет малый диаг 1 зон измере- торого оптически связан со входом фотония поскольку при нарушении условия ПВО приемника(ФП) 6.. коэффициент отражения излучения сущест- Устройство работает следующим обравенно. меньше 1, т.е. при каждом отражении. 40 эом,световодной пластине значительно умень- Электромагнитиая волна .оптическогошается, в результате чего оптическая энер- диапазона от ИИ через БВВ (например, обьгия в ней практически полностью затухает ектив) вводится в МС, МС представляет сопосле нескольких отражений. Кроме того, бой многослойную пластину из оптическиобласть применения прототипа ограничена, 45 прозрачного материала, причем за счет разпоскольку измерение уровня жидкости с по- личия показателей преломления (П 1) П 2;казателем преломления (ПП) превышаю- ПзПг см. фиг,2) световодными свойствамищим ПП световодной пластины практически обладают нечетные (отсчет введется от слояневозможно, что оговорено в описании про- граничащего с внешней средой П 0 см.) слои.тотипа. 50 Толщина четных слоев меньше длины волныЦель изобретения - расширение диапа- распространяющегося излучения для обесзона измерения уровня жидкости и расши- печения туннелирования излучения черезрение диапазона контролируемых четные слои. При отсутствии жидкости вжидкостей (области применения), сосуде 4 излучение распространяясь поУказанная цель достигается тем, что в 55 нечетным слоям МС благодаря ПВО достиустройство, содержащее источник оптиче- гает БВИ (в качестве которого может быть,ского излучения, световодйую пластину, фо- использован фокусирующий объектив)топриемник дополнительно введены блок посредством которого излучение направ.ввода излучения, блок вывода излучения. а ляется на ФП, который вырабатывает соотсветоводная пластина выполнена в виде ветствующий сигнал пропорциональный1796913 где Ь.=- Н2 л ространяющегослоя (фиг,2);омления второго волны расп А- длиназлучения; Н - толщи Пз - покаечетного слоя П 2 - ПП пе Значенияыражений: гз 2= е 1 фз 2 и на четного затель пре фиг.2); рвого четн Ъ 2 и а 1 о слоя (фиг,2).определяются из ГДЕ ГЗ 2 -- П 1 зи д 1 Г 21 пО четного слоя,ские коэффициентыраздела слоев ИИ 1 и отражения волны, параздела четного и нечетный слой граничит оем мощность излуче-. е, чем в том, в котором волна). где Й - ко дающей н четного сл с другим н ния в кото находится эффи циент а границу оев(причем ечетным сл ром меньш падающая Значермуле 45интенсивности прошедшего через МС излучения. Излучение в МС вводится подуглами, для которых выполняется условие ПВО при отсутствии жидкости. и нарушение условия ПВО в первом нечетном слое МС, грайича щим с внешней средой при наличии жидкости, Нарушение условия ПВО в первом нечетном слоем имеет место на том участке его границы, которая контактирует с конт-ролируемой жидкостью. Излучение вводит ся равномерно во все направляющие слои (нечетные слои). Поскольку нарушается ус. ловие ПВО в первом нечетном слое мощность оптического излучения в нем начинает. уменьшаться пропорционально 15 коэффициенту прохождения Т, который определяется в соответствии. с формулами Френеля, Однако в этом случае нарушится равенство мощностей излучения в первом и втором нечетных слоях МС и, следователь но, возникает процесс перераспределения оптической мощности между нечетными слоями, Этот процесс будет иметь место, поскольку толщина четных слоев МС меньше длины волны распространяющегося в 25 МС излучения, .коэффициент прохождения . излучения из одного нечетного слоя в другой определяется, как К может быть определено где Й - угол падения оптическогония во втором нечетном слое,01 - угол падение излучения в первомнечетном слое,П 1 - ПП первого неГЗ 2 Г 21 - фРЕНЕЛЕВотражения на границе1 Н соответственно.Оптическое излучение иэ второго нечетного слоя будет проникать в первый нечетный слой пополняя потери в немВследствие этого нарушается равенствомощностей излучения во втором и третьем. нечетном слое. Это вызовет перераспределение оптической энергии между третьим,вторым и первым нечетным слоями, направленные на компейсацию потерь вызванныхнарушение условия ПВО в первом нечетномслое, Аналогичным образом в процесс перераспределения оптической энергии будутвовлечены все нечетные (направляющие)слои МС, Процесс перераспределения оптической мощности между нечетными слоямиописывается системой дифференциальныхуравнений первого порядка:1796913 15Ф о р м у л а и з о 6 р е т е н и я: световода, в котором показатели преломлеОптическийуровнемер;содержащийис- ния нечетных слоев больше показателей точник оптического излучения, фотоприем преломления. четных слоев, а толщина чет.ник и световодную пластину из оптически . ных слоев меньше длины. волны источника прозрачного материала, о т л и ч а ю щ и й - 20 оптического излучения, через блок ввода изб я тем; что, сцелью расширения диапазона лучения оптически связанного е многослой: йзмерейия и области применения, в него ным световодом, который через блок введены блок ввода излучения, световодная вывода излучения оптически связан с фотоплаотина выполнена в вйде многослойногО: приемником. Составитель Т.СергееваРедактор Т.Шагова Техред М.Моргентал Корректор С.Юско Заказ 644 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 где. - номер слоя, отсчет ведется от слоя, граничащего с контролируемой средой (1=18),Ко+1 - коэффициент прохождения иэ. +1 ого, нечетного слоя в З-тый,х- расстояние вдоль МС, на которомнарушено условие ЙВО,Р(х) - оптическая мощность локализо: ванная в 1;том слое,Т - коэффициент прохождения из первого нечетного слоя в контролируемую жидкость при нарушении условия ПВО.:Диапазон измерения уровня жидкости у 5 прототипа и у заявляемого решения определяется количеством отражений; которое претерпевает излучение в световоде до уровня затухания еще позволяющего детектировать сигнал.10