Поплавковый волоконно-оптический уровнемер для контроля истечения или натекания жидкости

 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для контроля аварийного состояния в отсеках надводных и подводных плавсредств. Поплавковый волоконно-оптический уровнемер содержит вертикально ориентированную цилиндрическую трубу, которая сообщается с контролируемым резервуаром, расположенные в вертикальной трубе поплавок, два световода и регистратор. Световоды выполнены в виде волоконных катушек, оптически согласованных со светодиодом и фотодиодом в интерферометр. Фотодиод подключен выходом через усилитель к регистратору. Первая волоконная катушка располагается на дне трубы, а вторая - на нижнем торце поплавка. Регистратор выполнен в виде частотомера. Технический результат состоит в обеспечении на выходе уровнемера частотно-импульсного сигнала, дающего информацию о количестве и скорости истечения или натекания жидкости в контролируемый резервуар. 2 ил.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для контроля аварийного состояния в отсеках надводных и подводных плавсредств.

Известно устройство [1] аналогичного назначения, содержащее прозрачную отводную трубку с расположенным в ней поплавком, светодиод и несколько фотодиодов, расположенных вдоль отводной прозрачной трубки. Луч света, отражаясь от поплавка, попадает на тот или иной фотодиод, отмечая уровень жидкости в резервуаре.

Недостатком аналога является дискретный характер контролируемых значений уровня.

Известен поплавковый волоконно-оптический уровнемер для контроля истечения или натекания жидкости [2], принятый за прототип и содержащий вертикально ориентированную цилиндрическую трубу, сообщающуюся с контролируемым резервуаром, и расположенные в вертикальной трубе поплавок и два световода, оптически согласованные со светодиодом и фотодиодом, подключенным выходом через усилитель к регистратору.

Свет от светодиода отражается от зеркального элемента, расположенного на верхнем торце поплавка, и попадает на фотодиод, фототок с которого усиливается и попадает на регистратор. Таким образом контролируется утечка или натекание жидкости в резервуар.

Недостатком прототипа является отсутствие частотно-импульсного сигнала на выходе уровнемера, что снижает чувствительность прибора.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является устранение данного недостатка прототипа, т.е. обеспечение на выходе уровнемера частотно-импульсного сигнала, дающего информацию о количестве и скорости истечения или натекания жидкости в контролируемый резервуар.

Данный технический результат достигают за счет того, что в известном волоконно-оптическом уровнемере для контроля истечения или натекания жидкости, содержащем вертикально ориентированную цилиндрическую трубу, сообщающуюся с контролируемым резервуаром, и расположенные в вертикальной трубе поплавок и два световода, оптически согласованные со светодиодом и фотодиодом, подключенным выходом через усилитель к регистратору, световоды выполнены в виде волоконных катушек, оптически связанных в интерферометр, при этом первая волоконная катушка располагается на дне трубы, а вторая - на нижнем торце поплавка, причем регистратор выполнен в виде частотомера.

Изобретение поясняется чертежом, на фиг.1 которого представлена механическая схема уровнемера, а на фиг.2 - оптико-электронная схема контрольно-регистрирующей части уровнемера.

Уровнемер содержит (фиг. 1) вертикально ориентированную цилиндрическую трубу 1, сообщающуюся с контролируемым резервуаром (на чертеже не показан) посредством отводной трубки 2.

В вертикальной трубе 1 расположен поплавок 3, на нижнем торце которого закреплена первая волоконная катушка 4. На дне трубы 1 расположена вторая волоконная катушка 5. Волоконные катушки 4, 5 оптически согласованы в интерферометр, например, Цендера-Маха (фиг.2) со светодиодом 6 и фотодиодом 7. Выход последнего через усилитель 8 подключен к частотомеру 9 (он же измеритель количества импульсов).

Уровнемер работает следующим образом.

При отсутствии натекания или истечения жидкости из резервуара (на чертеже не показан) уровень жидкости в трубе 1 не изменяется и сигнал на выходе частотомера 9 будет равен нулю. Как только в резервуар будет натекать (истекать) жидкость, уровень жидкости в трубе 1 будет изменяться, что приведет к изменению значения гидростатического давления на волоконной катушке 5, расположенной на дне трубы 1. В то же время значение гидростатического давления на катушке 4 останется постоянным при любом уровне жидкости.

Это приведет к появлению на выходе фотодиода 7 интерференционных импульсов, количество которых несет информацию о количестве истекающей или натекающей жидкости, а частота - о скорости стечения (натекания) жидкости, т. е. о расходе жидкости.

Количество и частота импульсов измеряются после усиления фототока в усилителе 8 частотомером 9. Количество витков в катушках 4, 5 выбирают таким, чтобы количество импульсов и их частота были достаточно высокими.

Поскольку сигнал носит частотно-импульсный характер, то на показания уровнемера не влияют помехи амплитудного характера: стабильность излучения светодиода 6, чувствительность фотодиода 7 и т.п.

С другой стороны, помехи фазовой природы, например температура жидкости, также не будут влиять на показания прибора, поскольку обе катушки 4, 5 находятся в одной и той же жидкости.

Показания частотомера 9 можно отградуировать в единицах количества жидкости и расхода, чем достигается поставленный в заявке технический результат.

Источники информации 1. Патент Японии 59-38522, кл. G 01 F 23/10, 1984.

2. Патент США 4397183, кл. 73-293 (G 01 F 23/08), 1983 - прототип.

Формула изобретения

Поплавковый волоконно-оптический уровнемер для контроля истечения или натекания жидкости, содержащий вертикально ориентированную цилиндрическую трубу, сообщающуюся с контролируемым резервуаром, и расположенные в вертикальной трубе поплавок и два световода, оптически согласованные со светодиодом и фотодиодом, подключенным выходом через усилитель к регистратору, отличающийся тем, что световоды выполнены в виде волоконных катушек, оптически связанных в интерферометр, при этом первая волоконная катушка располагается на дне трубы, а вторая - на нижнем торце поплавка, причем регистратор выполнен в виде частотомера.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2