RU2327959C2 - Fiber optic indicator of fluid level - Google Patents
Fiber optic indicator of fluid level Download PDFInfo
- Publication number
- RU2327959C2 RU2327959C2 RU2006127430/28A RU2006127430A RU2327959C2 RU 2327959 C2 RU2327959 C2 RU 2327959C2 RU 2006127430/28 A RU2006127430/28 A RU 2006127430/28A RU 2006127430 A RU2006127430 A RU 2006127430A RU 2327959 C2 RU2327959 C2 RU 2327959C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- transmitting
- receiving
- receiver
- fibers
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
- Switches Operated By Changes In Physical Conditions (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения с высокой степенью точности границы раздела двух сред с различными показателями преломления.The invention relates to measuring equipment and is intended to determine with a high degree of accuracy the interface between two media with different refractive indices.
Известен волокнисто-оптический датчик жидких сред [1], содержащий два световода, торцы которых на одном из концов лежат в одной плоскости и оптически связаны чувствительным элементом, выполненным из прозрачного материала, поверхность которого, ограниченная апертурами световодов, выполнена в виде двух пересекающихся симметрично расположенных относительно оси датчика эллипсоидов вращения, первые фокусы которых совпадают с центрами торцов световодов, а вторые совпадают с точкой, лежащей на оси симметрии датчика, расположенной на определенном расстоянии от торцевой плоскости световодов. В этом датчике излучение источника вводится в передающий световод и направляется к чувствительному элементу. Пучок лучей, выходящих с торца передающего световода, отражается левой эллиптической поверхностью чувствительного элемента и формирует в области фокуса изображение торца передающего световода. Распространяясь далее, пучок лучей отражается правой поверхностью чувствительного элемента и попадает на торец приемного световода. Форма поверхности чувствительного элемента представляет собой два пересекающихся симметрично расположенных относительно оси датчика эллипсоидов вращения. Поэтому практически все лучи выходного пучка передающего световода попадают на торец приемного световода и поступают на фотоприемник.Known fiber-optic sensor of liquid media [1], containing two fibers, the ends of which at one end lie in the same plane and are optically connected by a sensitive element made of a transparent material, the surface of which is limited by the apertures of the fibers, made in the form of two intersecting symmetrically located relative to the axis of the sensor of ellipsoids of revolution, the first foci of which coincide with the centers of the ends of the optical fibers, and the second coincide with a point lying on the axis of symmetry of the sensor, located on a certain nnom distance from the end plane of the optical fibers. In this sensor, the radiation of the source is introduced into the transmitting optical fiber and sent to the sensing element. The beam of rays emerging from the end of the transmitting fiber is reflected by the left elliptical surface of the sensing element and forms an image of the end of the transmitting fiber in the focus area. Propagating further, the beam of rays is reflected by the right surface of the sensing element and hits the end of the receiving fiber. The surface shape of the sensor is two intersecting ellipsoids of revolution symmetrically located relative to the axis of the sensor. Therefore, almost all the rays of the output beam of the transmitting fiber fall on the end of the receiving fiber and enter the photodetector.
Уровень принятого оптического сигнала зависит от условий отражения на передней поверхности чувствительного элемента. При погружении чувствительного элемента в жидкость условия отражения меняются, большая часть излучения выходит в среду, уровень принятого фотоприемником оптического сигнала падает, что и свидетельствует об изменении уровня жидкой среды относительно чувствительного элемента датчика.The level of the received optical signal depends on the reflection conditions on the front surface of the sensor. When a sensitive element is immersed in a liquid, the reflection conditions change, most of the radiation goes into the medium, the level of the optical signal received by the photodetector falls, which indicates a change in the level of the liquid medium relative to the sensor element.
К недостаткам этого сигнализатора относится сложность изготовления чувствительного элемента и еще большая сложность юстировки и последующей фиксации чувствительного элемента относительно общей плоскости торцов двух приемопередающих световодов.The disadvantages of this signaling device include the complexity of manufacturing the sensitive element and the even greater complexity of the alignment and subsequent fixation of the sensitive element relative to the common plane of the ends of the two transceiving optical fibers.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является волоконно-оптический сигнализатор уровня жидкости, описанный в [2].Closest to the proposed invention is a fiber optic liquid level switch described in [2].
Сигнализатор содержит источник и приемник излучения, передающий и приемный световоды, корпус, в котором жестко закреплены общий торец передающего и приемного световодов и световозвращающий элемент. Отличительной особенностью сигнализатора является световозвращающий элемент, в качестве которого используется оптически прозрачный стержень круглого сечения, контактирующий с жидкостью, торец которого представляет собой шаровой сегмент, являющийся одновременно чувствительным элементом всего сигнализатора в целом. Цилиндрическая часть стержня закреплена в корпусе совместно с общим торцом передающего и приемного световодов с помощью соединительного компонента, а шаровой сегмент выступает за пределы корпуса. Радиус шарового сегмента однозначно связан с углом ввода светового потока в стержень и углами, под которыми он переотражается от границы раздела стержень - внешняя среда. В этом сигнализаторе световой поток от источника излучения по передающему световоду под соответствующим апертурным углом вводится в стержень и передается по стержню путем переотражения от границ двух сред до шаровой поверхности и далее, отразившись от нее, возвращается по стержню и приемному световоду к приемнику излучения. Световой поток распространяется по стержню таким образом, что в зоне контакта его с воздухом или клеящим составом выполняется условие полного внутреннего отражения, а при контакте с жидкостью это условие нарушается. Это вызывает выход части светового потока из световода. Экспериментально показано, что выходная мощность сигнала уменьшается в 2-3 раза при погружении чувствительного элемента в жидкость.The signaling device comprises a radiation source and receiver, transmitting and receiving optical fibers, a housing in which the common end face of the transmitting and receiving optical fibers and a retroreflective element are rigidly fixed. A distinctive feature of the signaling device is a retroreflective element, which uses an optically transparent rod of circular cross section in contact with the liquid, the end of which is a spherical segment, which is simultaneously a sensitive element of the entire signaling device as a whole. The cylindrical part of the rod is fixed in the housing together with the common end of the transmitting and receiving optical fibers using a connecting component, and the spherical segment extends beyond the housing. The radius of the spherical segment is uniquely associated with the angle of entry of the light flux into the rod and the angles at which it is reflected from the interface between the rod and the external environment. In this signaling device, the light flux from the radiation source through the transmitting fiber at an appropriate aperture angle is introduced into the rod and transmitted along the rod by re-reflection from the boundaries of two media to the spherical surface, and then, reflected from it, returns through the rod and the receiving fiber to the radiation receiver. The luminous flux propagates along the rod in such a way that in the zone of contact with air or adhesive, the condition for total internal reflection is fulfilled, and when it comes into contact with the liquid, this condition is violated. This causes a part of the light flux to exit from the light guide. It has been experimentally shown that the output power of a signal decreases by a factor of 2–3 when a sensitive element is immersed in a liquid.
К недостаткам данного сигнализатора следует отнести все еще остающийся достаточно сложным процесс изготовления чувствительного элемента, связанный с необходимостью изготовления шарового сегмента с однозначно определенным радиусом, зависящим от нескольких параметров.The disadvantages of this signaling device include the process of manufacturing the sensitive element, which is still rather complicated, related to the need to manufacture a spherical segment with a uniquely defined radius, depending on several parameters.
Все перечисленные недостатки указанных сигнализаторов уровня жидкости возникают из-за того, что функционирование их чувствительных элементов основано на нарушении принципа полного внутреннего отражения.All these shortcomings of the indicated liquid level signaling devices arise due to the fact that the functioning of their sensitive elements is based on the violation of the principle of total internal reflection.
Изготовление сигнализаторов уровня жидкости можно упростить, если в основу их конструкции положить чувствительный элемент, работающий на другом принципе - принципе измерения изменения величин светового потока, вызванного отражением Френеля от границы раздела двух сред с разными показателями преломления.The manufacture of liquid level signaling devices can be simplified if the basis of their design is a sensitive element operating on a different principle - the principle of measuring the change in luminous flux caused by Fresnel reflection from the interface between two media with different refractive indices.
Задачей изобретения является создание простого в изготовлении и надежного (за счет простоты конструкции) в эксплуатации волоконно-оптического сигнализатора уровня жидкости, принцип действия которого основан на измерении изменения величины светового потока, вызванного отражением Френеля от границы раздела двух сред с разными показателями преломления.The objective of the invention is to create a simple to manufacture and reliable (due to the simplicity of the design) in operation fiber-optic liquid level switch, the principle of which is based on measuring the change in luminous flux caused by Fresnel reflection from the interface between two media with different refractive indices.
Технический результат достигается тем, что в волоконно-оптическом сигнализаторе уровня жидкости, содержащем источник и приемник излучения, размещенные в оптоэлектронном модуле, передающий и приемный световоды, оптические соединители и световозвращающий элемент, последний выполнен из световода, входной торец которого оптически связан с общим торцом приемного и передающего световодов, а выходной торец, контактирующий с контролируемой средой (жидкостью), является чувствительным элементом сигнализатора.The technical result is achieved by the fact that in a fiber-optic liquid level switch containing a radiation source and receiver located in an optoelectronic module, transmitting and receiving fibers, optical connectors and a retroreflective element, the latter is made of a fiber whose input end is optically connected to the common end of the receiving and transmitting optical fibers, and the output end in contact with the controlled medium (liquid) is a sensitive element of the signaling device.
Простота в изготовлении и надежность в эксплуатации обеспечены простотой и надежностью световозвращающего элемента, который представляет собой световод, длина которого определяется конкретной решаемой задачей.Simplicity in manufacturing and reliability in operation are ensured by the simplicity and reliability of the retroreflective element, which is a light guide, the length of which is determined by the particular problem being solved.
Волоконно-оптический сигнализатор уровня жидкости (см. чертеж) содержит источник 1 и приемник 2 излучения, размещенные в оптоэлектронном модуле 3, снабженном оптическим разъемом 4, передающий световод 5, приемный световод 6, торцы которых находятся в одной плоскости и закреплены в разъеме 4, световозвращающий световод 7 с оптическим соединителем 8, размещенным на входном торце, и выходным торцом 9, являющимся чувствительным элементом сигнализатора.Fiber-optic liquid level switch (see drawing) contains a radiation source 1 and 2, located in an optoelectronic module 3, equipped with an optical connector 4, a transmitting optical fiber 5, a receiving optical fiber 6, the ends of which are in the same plane and fixed in the connector 4, retroreflective fiber 7 with an optical connector 8 located on the input end, and the output end 9, which is a sensitive element of the signaling device.
Волоконно-оптический сигнализатор уровня жидкости работает следующим образом. Излучение от источника 1 через передающий световод 5 попадает в световозвращающий световод 7 (световоды 5 и 7 оптически связаны между собой элементами 8 и 4), распространяется по нему до выходного торца и излучается в окружающее пространство. Однако излучение величиной в четыре (приблизительно) процента, распространяющееся по световоду 7, согласно Френелю, отражается от выходного его торца 9, представляющего собой границу раздела двух сред (материал сердечника световода/окружающая среда, в данном случае воздух), и по тому же световоду 7, оптически связанному элементами 8 и 4 со световодом 6, и световоду 6 направляется на приемник излучения 2. Описанный процесс происходит, когда выходной торец 9 находится в воздухе, т.е. вне контролируемой среды. Как только выходной торец 9 световозвращающего световода 7 попадает в контролируемую среду (например, жидкость), Френельское отражение исчезает (в той или иной степени) и отраженное излучение отсутствует. В зависимости от того или другого случая оптоэлектронный модуль выдает сигнал наличия или отсутствия жидкости.Fiber optic liquid level switch operates as follows. The radiation from the source 1 through the transmitting optical fiber 5 enters the retroreflective optical fiber 7 (optical fibers 5 and 7 are optically connected by elements 8 and 4), propagates through it to the output end and is radiated into the surrounding space. However, four (approximately) percent radiation propagating through the optical fiber 7, according to Fresnel, is reflected from its output end 9, which is the interface between the two media (fiber core material / environment, in this case air), and the same fiber 7 optically coupled by elements 8 and 4 to the light guide 6, and the light guide 6 is directed to the radiation receiver 2. The described process occurs when the output end 9 is in air, i.e. out of a controlled environment. As soon as the output end 9 of the retroreflective fiber 7 enters a controlled medium (for example, a liquid), the Fresnel reflection disappears (to one degree or another) and there is no reflected radiation. Depending on this or that case, the optoelectronic module gives a signal of the presence or absence of liquid.
Описанное исполнение сигнализатора, когда приемный и передающий световоды имеют общий торец и посредством оптического разъема (втулки или розетки) оптически связаны со световозвращающим световодом, оконцованного оптическим разъемным соединителем (наконечником), вовсе не являются единственным возможным вариантом конструкции сигнализатора. Другим практически реализованным является сигнализатор, измерительный световодный тракт которого выполнен на основе Y образного ответвителя.The described design of the signaling device, when the receiving and transmitting optical fibers have a common end and are optically connected to the retroreflective optical fiber terminated by an optical detachable connector (tip) by means of an optical connector (sleeve or socket), are not the only possible design variant of the signaling device. Another practically implemented is a signaling device, the measuring light guide of which is made on the basis of a Y-shaped coupler.
Приведем количественные параметры первого варианта сигнализатора, выполненного на основе полимер-полимерных волокон, диаметром ⌀ 400 мкм, из которых сформирован 7-волоконный преобразователь с внешней модуляцией, полимер-полимерного световода, диаметром ⌀ 1000 мкм и длиной 1,5 м, излучателя АЛ-107, фотоприемника ФД-256, разъемных оптических соединителей и розетки FC.Here are the quantitative parameters of the first version of the signaling device, made on the basis of polymer-polymer fibers with a diameter of ⌀ 400 μm, from which a 7-fiber converter with external modulation, a polymer-polymer fiber with a diameter of ⌀ 1000 μm and a length of 1.5 m, an AL-emitter 107, photodetector FD-256, detachable optical connectors and FC sockets.
При отсутствии контакта с жидкостью (водой), т.е. при нахождении световозвращающего световода (полимер-полимер, длиной 1,5 ми диаметром ⌀ 1000 мкм) в воздухе на фотоприемник поступало излучение мощностью 79-81 нВт. При контакте с водой мощность излучения составляла величину 13-15 нВт.In the absence of contact with liquid (water), i.e. When a retroreflective fiber (polymer-polymer, 1.5 mi long with a diameter of ⌀ 1000 μm) was located in air, radiation with a power of 79-81 nW was received at the photodetector. Upon contact with water, the radiation power was 13-15 nW.
Волоконно-оптический сигнализатор показал высокую измерительную эффективность, надежность в эксплуатации при простоте конструкции. Готовится его серийный выпуск.The fiber-optic signaling device has shown high measuring efficiency, reliability in operation with a simple design. His serial production is being prepared.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. SU № 1613871 A1 G01F 23/28, 1987 г.1. SU No. 1613871 A1 G01F 23/28, 1987
2. Т.И.Мурашкина Волоконно-оптический сигнализатор уровня жидкости, Радиотехника, № 10, 1995 г.2. T.I. Murashkina Fiber Optic Liquid Level Switch, Radio Engineering, No. 10, 1995
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006127430/28A RU2327959C2 (en) | 2006-07-31 | 2006-07-31 | Fiber optic indicator of fluid level |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006127430/28A RU2327959C2 (en) | 2006-07-31 | 2006-07-31 | Fiber optic indicator of fluid level |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006127430A RU2006127430A (en) | 2008-02-10 |
RU2327959C2 true RU2327959C2 (en) | 2008-06-27 |
Family
ID=39265723
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006127430/28A RU2327959C2 (en) | 2006-07-31 | 2006-07-31 | Fiber optic indicator of fluid level |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2327959C2 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2573661C2 (en) * | 2014-03-24 | 2016-01-27 | Михаил Стефанович Коренев | Method to measure liquid level and device with irregular bispiral-conical light guide structure for its realisation (versions) |
RU2743339C1 (en) * | 2020-07-14 | 2021-02-17 | Александр Владимирович Репин | Method for control of liquid level and type and fiber-optic signal indicator of liquid level and type for implementing this method |
RU2744159C1 (en) * | 2020-07-14 | 2021-03-03 | Александр Владимирович Репин | Fiber-optical signaler of level and type of liquid |
RU2764388C1 (en) * | 2020-07-14 | 2022-01-17 | Александр Владимирович Репин | Fiber-optic liquid level and type detector |
RU2764387C1 (en) * | 2020-07-14 | 2022-01-17 | Александр Владимирович Репин | Fiber-optic liquid level and type detector |
-
2006
- 2006-07-31 RU RU2006127430/28A patent/RU2327959C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
МУРАШКИНА Т.И. Волоконно-оптический сигнализатор уровня жидкости. Радиотехника, №10, 1995. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2573661C2 (en) * | 2014-03-24 | 2016-01-27 | Михаил Стефанович Коренев | Method to measure liquid level and device with irregular bispiral-conical light guide structure for its realisation (versions) |
RU2743339C1 (en) * | 2020-07-14 | 2021-02-17 | Александр Владимирович Репин | Method for control of liquid level and type and fiber-optic signal indicator of liquid level and type for implementing this method |
RU2744159C1 (en) * | 2020-07-14 | 2021-03-03 | Александр Владимирович Репин | Fiber-optical signaler of level and type of liquid |
RU2764388C1 (en) * | 2020-07-14 | 2022-01-17 | Александр Владимирович Репин | Fiber-optic liquid level and type detector |
RU2764387C1 (en) * | 2020-07-14 | 2022-01-17 | Александр Владимирович Репин | Fiber-optic liquid level and type detector |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006127430A (en) | 2008-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4815807A (en) | Collimator lens for optical fiber | |
US6975388B2 (en) | Optical-fiber refractometer | |
RU2327959C2 (en) | Fiber optic indicator of fluid level | |
CA2143525A1 (en) | Optical point level sensor with lens | |
JP5451649B2 (en) | Modal metric fiber sensor | |
KR20140119605A (en) | Optical module and optical transmitting and receiving module | |
US20100142563A1 (en) | Fiber laser device | |
KR20050044486A (en) | Focusing fiber optic | |
EP3290907B1 (en) | Device for measuring solution concentration | |
RU2429453C2 (en) | Fibre optic signaliser of fluid level and type | |
CN110763305B (en) | Photoelectric liquid level measuring method | |
JP4563600B2 (en) | Light scattering measurement probe | |
JP5904578B2 (en) | Optical liquid leak detection apparatus and method | |
RU2757976C1 (en) | Fibre-optic liquid level indicator | |
SU1244489A1 (en) | Level indicator | |
RU2506568C2 (en) | Device to measure index of refraction | |
RU2744159C1 (en) | Fiber-optical signaler of level and type of liquid | |
RU2460988C1 (en) | Method of measuring particle size distribution in wide range of concentrations and apparatus for realising said method (versions) | |
RU78947U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING LINEAR MOVEMENTS OF OBJECTS WITH A FLAT MIRROR-REFLECTING SURFACE | |
CN101806731B (en) | Differential solution concentration measuring method and device based on CCD (Charge Coupled Device) and trapezoidal vitreous body | |
US20230049757A1 (en) | Multimode Coupling for Fiber Waveguide | |
RU2764387C1 (en) | Fiber-optic liquid level and type detector | |
SU1150488A1 (en) | Optical fibre level indicator | |
CN104482984B (en) | Liquid level sensor based on POF optical fiber macrobends | |
CN115575353B (en) | Optical fiber refractive index sensor based on whispering gallery mode and measuring method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080801 |