CN101680646B - 一种光学开关 - Google Patents

Abstract

一种具有壳体(1)、光源(3)和光探测器(5)的光学开关。光源(3)和光探测器(5)远离壳体。光源(5)用第一光导(2)连接到壳体，而光探测器(5)用第二光导(2)连接到壳体。第一光导光缆和第二光导光缆具有位于通过壳体并光学对准但被间隙分开的远端。开关包括中断光束的装置。

Description

一种光学开关

发明领域

本发明涉及主要用在危险环境的开关，例如用在罐的液面探测的开关或启动危险环境里的仪器的开关。 

发明背景 

许多工作环境存在***的危险或存在电击的风险。一个危险环境是泵站或包含要抽吸的危险的和/或易燃的或易挥发的气体或液体以及化学制品的罐。普遍在这类应用中使用浮动开关来探测泵的启动的水平面(见图2)，但是浮动开关一般使电流经过装在浮漂体里的电线和开关，例如位于浮漂体里的水银开关。电线从浮动开关到达位于罐或窖外部并位于危险区域外面的的控制面板(或其他设备)。一些专业控制面板是防爆的并能够位于危险区域里。随着罐里液体的升高，浮漂体倾斜，而球或导电液体，例如水银，移动并接触电开关或一些种类的触点，引起开关启动。于是电流从控制面板经过电线到达开关，形成电路。这些都存在火花的危险，且如果沿电路发生绝缘层损坏，可导致***。 

一些包含易燃液体或气体的罐使用超声波水平面探测，向液体表面发送声脉冲串，然后返回。波束的传输时间用来确定液面(一些替换的装置使用雷达或微波辐射作为能量包代替声波，并在水平面探测中使用其他感测技术，比如磁致伸缩、能浸入水中的压力换能器、扩散器、电容等)。在罐或窖里不使用电流，并且发射器和接收器位于危险环境的外部，通常安装在外部罐的表面上，而感测设备位于罐里。这种技术一般不用于远程向设备发信号，例如在离散水平接合/分离泵(例如定量泵)的信号，因为这些水平面探测器将探测所有的液面，要求另外的逻辑电路来选择泵操作的预先确定的高度或水平面，因此增加了例如这样的***的复杂性和花费。

在一些危险环境中，使用防爆容器来容纳存在可能的打火花危险的仪器或装置，例如控制器、泵、电机等。虽然位于危险环境里的泵或其他的装置容纳在防爆壳体里，但是这些装置必须由电信号(比如，为装置供电)启动或撤销。启动远离危险环境完成，以降低***的可能性。因此，当操作员在工作现场时，除非启动装置在防爆壳体里，否则操作员不能手动启动/撤销危险区域里的装置。期望使用位于危险环境里的开关手动启动/撤销用电的装置，并使开关不出现形成电弧的危险，并且不一定位于防爆壳体里。 

发明概述 

本发明是用在危险环境里的光学启动开关，(也预期在不危险的环境使用)且在一种实施方式中，开关启动部件容纳在漂浮的壳体里并用来发出需要操作泵或其他装置的信号。如讨论的，开关是具有能够用来控制电子设备的状态(开/关、接通/断开、打开/闭合或其他状态指示)的装置。本开关发明使用来自位于危险环境外面(“危险环境的外面”包括防爆容器或壳体里的位置)的发射器的光束，经过载光电缆、光纤、光管或光导(所有都认为是“光导”)到达位于危险区域的开关装置。基于开关的位置或“状态”(光路中断，或光路完成)，光能够行进到位于危险区域外面探测开关的状态的、用电的光探测器或接收器，以及电路能够基于所述状态起作用来启动或撤销用电的设备，例如泵或电机。能够利用几种装置来断开或中断光路。所述开关连接的控制器能够配置为，基于探测到光或没探测到光而启动泵或装置。 

本发明提供一种光学开关，包括具有内部的壳体、用电光源和用电光探测器，所述光源和所述光探测器远离所述壳体，所述光源用第一光导连接到所述壳体，所述光探测器用第二光导连接到所述壳体，所述第一光导和所述第二光导具有定位到所述壳体里的远端，而在所述内部里，所述远端被一间隙分开，所述光学开关还具有更改光束的被接收的特性的更改装 置，所述更改装置适合关于所述第一光导和第二光导的所述远端中的至少一个远端在位置A和位置B之间活动。 

本发明还提供一种光学浮漂体开关，包括具有内部的壳体、第一光导和第二光导，所述第一光导和所述第二光导具有定位到所述壳体里的远端，且在所述内部里，所述远端被一间隙分开，所述光学开关还具有更改光束的被接收的特性的更改装置，所述更改装置适合关于所述第一个光导和第二光导的所述远端中的至少一个远端在位置A和位置B之间活动，所述远端在所述位置A或B中的至少一个位置光学对准，以及所述开关是可漂浮的。 

本发明还提供一种光学开关，包括壳体、用电光源和用电光探测器，所述光源和所述光探测器远离所述壳体，所述光源用第一光导连接到所述壳体，所述光探测器用第二光导连接到所述壳体，所述第一光导和所述第二光导具有位于所述壳体里的远端，且所述远端被间隙分开，且所述光学开关包括更改光束的传输特性的装置，所述更改光束的传输特性的装置适合关于所述光学对准的远端中的至少一个远端在位置A和位置B之间运动。 

本发明还提供一种光学开关，包括具有内部的壳体、用电光源和用电光探测器，所述光源和所述光探测器远离所述壳体，所述光源用第一光导连接到所述壳体，所述光探测器用第二光导连接到所述壳体，所述第一光导和所述第二光导具有位于所述壳体里的远端，且所述远端之一可在与所述第二光导的所述远端光学对准的第一位置和与所述第二光导的所述远端未光学对准的第二位置之间活动。 

本发明还提供一种探测在危险易爆的环境里的液面的方法，所述方法包括以下步骤：在一危险易爆的环境里部署如上所述的光学开关，从远离所述危险易爆的环境的所述光源发光供所述第一光导传输，以及用在远离所述危险易爆的环境的位置的所述光接收器检查所述第二光导有或没有光。 

发明目标 

本发明的目标是得到在开关的位置使用无源电流或电阻的开关。 

附图简述 

图1描述了光学启动的浮漂体。 

图1A是图1的浮漂体的细节。 

图2描述了传统的浮漂体。 

图3描述了具有阻尼开关的光学启动的浮漂体。 

图4是图3的浮漂体的剖面图。 

图4A是图4的浮漂体的分离器组件的细节。 

图5描述了机械或手动操作的开关。 

图6描述了浮漂体开关的另一实施方式。 

图7描述了有延迟环的浮漂体开关的另一实施方式。 

图8描述了用于浮漂体实现的开关的系缆。 

图9描述了位于危险环境里的灯和限位光学开关。 

图10是结合开关的典型电路图，并用于为装置供电。 

图11描述了有两根平行同侧光纤的细颈瓶(ampoule)的俯视图，两根光纤在位置A处由反射条位置光学对准，两根光纤在位置B处由反射条的位置不光学对准(或光学中断)。 

图12是显示用来延缓开关通过预先选定的运动范围的操作的磁体的动画。 

图13A描述了当泵室填充时，宽角度浮漂体的操作。 

图13B描述了当泵室被降压时，宽角度浮漂体的操作。 

图14描述了使用桨状物***分离器组件的开关的浮漂体实施方式。 

发明详述 

图1显示在浮漂体里的本发明的实施方式。本发明包括壳体1、两个光导2(此后描述为光缆)、光源3和中断或更改对准的装置，这里通过 在远端之间***物体。显示的壳体具有内部区。两个光缆2定位到壳体1里。每个光缆在浮漂壳体1处或在浮漂壳体1里终止。光缆的终(或远)端位于壳体里彼此靠近，但是被间隙10(见图1细节A)分开。间隙10一般位于壳体1里的分离器组件6里。分离器组件确定光缆终端的关系并维持间隙，虽然这个关系能够通过单独使用壳体来确定。间隙大小可变化，0.01-0.5英寸适合大部分应用，但是可以更大。一些光探测器能够感测穿过直到4英寸的间隙出现的光辐射。两根光缆的末端应“光学对准”，就是说，从一个终端发出的光将传播通过间隙(如果使用反射材料，例如反射镜来适当反射发出的光束，可能沿着曲折的路径)且传输的光的一部分将进入第二根光缆的终端。进入的这部分必须足够让光探测器能够探测光辐射的存在。例如，两根光缆与位于光纤末端的45°反射表面平行，所以两根光纤虽然平行，但是“光学对准”。两个光缆末端能够偏置一定距离，且如果捕获充足的光并传输通过连接到光探测器的光缆，仍然光学对准，以启动光接收器。部分地，偏置的程度将依赖于光探测器的敏感性和源的强度。合适的源和探测器能够在www.fiberopticproducts.com找到：例如源E97(红光660纳米，闪光)和探测器D92。使用这些源和探测器，在大约1英寸的间隙上有1英寸的偏置仍然能够探测光源。 

如图1的细节A所示，分离器组件6一般包括内室6A，一根光缆2的终端位于邻近内室的壁、在内室的壁里或在内室的壁上，而另一根光缆2的终端位于内室6A的相对的壁上，两端光学对准。分离器组件一般是可从浮漂体的内部移除的组件，而光缆位于该组件上。申请人相信建立具有连接的光缆并***到浮漂体里的分离器组件比只使用光缆***或连接到浮漂体的内壁里的中空的内部更有效，虽然这样的设计是可行的并在本发明的范围内。分离器组件不是必需的，但是优选。例如，图4显示包括玻璃或清洁的塑料细颈瓶5的分离器组件6。细颈瓶包含滑动条、球体或圆柱体(或其他形状)10A，并具有通过使用卡箍或卡圈11耦合在细颈瓶外部的相对侧上的两个光导。分离器组件6位于浮漂体的内部里，通常分离器组件将例如用环氧树脂或摩擦配合固定地位于浮漂体内部。如图4所示，卡圈12用来把细颈瓶固定在浮漂体的内部的位置上，且在一些情形，卡圈12根据需要，作用为更改浮力和浮漂体的重心的附加重量。重 量能够是铅或其他致密材料，例如包在耐腐蚀(优选环保)材料里的金属颗粒。卡箍11和套环12可组合起来(未显示)。卡箍11的细节在图4细节A中显示。在非漂浮的实施方式中，分离器组件不是优选的。 

替换的分离器组件在图14显示。分离器是平桨片60，由柔性塑料构成。夹子61在桨片上形成，以握住细颈瓶和光缆。桨片60被***壳体1A的底部1/2并固定到适当位置里。通过把桨片的底部封装到壳体部分1A来固定桨片，留下桨片的顶部部分自由弯曲。然后壳体1B的顶部连接到底部1A，例如通过RF焊接。如显示的，没有形成与浮漂体壳体1B的顶部相称的桨片60的顶部，以允许桨片的顶部(细颈瓶所处位置)响应于冲击力而弯曲。例如，操作员已经知道通过系绳摇摆浮漂体和把浮漂体猛扔到壁上来“清洁”浮漂体。 

在图1所示的实施方式中，壳体1是可漂浮的，且光缆把壳体1“系”到固定点，允许浮漂体随介质在标高的范围升和降。两个光缆2包含在稍后描述的单一光缆结构。其中一根光纤光缆连接到光源3，而另一个光缆连接到光探测器5。光源3可以是任何合适的源，例如激光、白炽灯、太阳光、发光二极管和一般被称为任何电磁辐射的光，但是对于光纤，优选地，光源将由可见光、红外光、太阳光和紫外光组成；更优选地，从大约300纳米到大约30,000纳米频率的光。优选光源3和光接收器或探测器5将位于危险区域外部的控制面板或其他装置(它们不一定位于一起)里，且只有光缆将行进到危险区域里到达壳体1。 

如图1的细节A所示，分离器组件6的内室6A产生光缆2终端之间需要的间隙。位于内室6A里的是中断光学对准10的装置，例如可滚动或可滑动的球或条或圆柱体，或位于内室里部分填充室的不透明流体。如果壳体漂浮，在某些水平面漂浮的壳体将倾斜(因为其被束缚到内部或外部固定重量的光缆的作用系住，或壳体用光缆或系绳连接到另一固定装置)并随着其倾斜，中断光学对准的装置将由于地心引力在内室里运动。如果运动程度充分，中断光学对准的装置将阻断(或打开)光纤光缆2的两个终端之间的光路。因此，如果壳体1是固定装置(也就是，壳体不在介质上漂浮而是固定在期望的高度)，中断光学对准的装置可以是位于 壳体的内室6A里的漂浮臂或漂浮障碍物。随着水面升高到壳体的水平面，漂浮臂或漂浮障碍物将上升(更像漂浮限位开关)以阻断光束(或打开光束)。在这种情况，开关将具有固定壳体标高的装置，例如夹钳，以将壳体连接到危险环境里的结构，例如定量泵或连接到储存危险材料的容器。例如，在图6显示了一种实施方式，其中壳体是圆柱形壳100，中心中空的内部101的两端都对外部环境开放。壳体可固定在危险环境里的位置。不透明的浮漂体102陷入内部。中空内部101的两端具有盖住开口的网式过滤器，将浮漂体保留在中空内部里。两个光缆104A和104B位于内部101的相对的侧面上。随着室内流体上升，浮漂体102上升并将阻断两个光缆104A和104B之间的光路。如以上提到的，光缆不一定必须位于相对的侧面上，但是必须是光学对准或可光学对准。 

由于可漂浮的壳体里有开关，光纤将随浮漂体的升和降而弯曲。经过一段时间，光纤的弯曲可导致光纤的断裂或断开，潜在地破坏了开关的功能。为了帮助缓解这个问题，优选相当结实的系缆设计。图8显示的是一种合适的设计250。双光缆150(这里显示为直径1mm、用聚氯乙烯(PVC)涂层100包覆)位于外皮构件300的内部，这里0.020英寸厚的PVC模压的防水护套用于增强强度。多于两根光纤可位于光缆里。光纤光缆或光导配置在模压外皮300的内部的填充物材料160里。如图8所示，填充物材料是极细的像头发一样的聚乙烯纤维，全部都包含在纸包200里。如构建的，系缆250的内部被大体填满，在内部为光纤留下非常小的活动自由。在所示的设计中，优选两根光纤都被包覆以防止光缆里的开关短路(特别是对于使用侧面发热光缆(不优选)，对于末端发热光缆，没必要这样)。对于长的系绳长度，优选包括强加固的光缆，例如钢、Kevlar、碳纤维等在系缆结构里或连接到系缆结构的光缆。图8显示容纳两根光纤的光缆。光缆可包含多于两根光纤。 

在包含光学开关的浮漂体实施方式中，由于浮漂体实施方式中的固有不稳定性，浮漂体可到达开关将在光路打开或“阻断的”位置或光路闭合或“完成”位置之间“摆动”的位置。例如，浮漂体的位置由于流体环境的表面波而抖动。这个浮漂体的抖动可引起位于浮漂体内部中断光学对 准的滑动或滚动装置(或开关启动器)来回运动，引起开关状态在打开和闭合之间迅速运动(注意，开关“打开”可解释为光路被阻断或光路完成，依赖于连接到开关电路的装置如何配置来响应开关的状态)。为了减少开关的“摆动”，通过包括抑制开关启动器的装置或中断光学对准的装置来使用阻尼开关。光学开关可通过多种装置来抑制。例如，在图4细节A所示的实施方式中，细颈瓶充满或部分充满阻尼液110，例如矿物油或其他透明或透光流体。细颈瓶里的流体满足两个目的，润滑(帮助防止滚动或滑动的中断装置刮伤细颈瓶的壁以及可能更改细颈瓶壁的光学特性)并充当阻尼力，在滑动条或球上产生拉力，减少滑动条或球的突然运动。当使用阻尼液时，优选流体与光导分开(例如通过使液体包含在细颈瓶里)，以避免阻尼液污染光导远端。细颈瓶里的流体的量可从几滴到完全充满变化。 

可选地，滑动条、球、圆柱体或其他结构可与表面粗糙的结构侧面(或细颈瓶的内壁表面粗糙或有添加的脊)一起使用，以产生导致阻止滑动条的突然运动的附加摩擦力的附加表面积。例如，图7显示位于分离器组件室6里的环或环带。滚动球用作滑动构件。壳体室里的环确保在壳体没有足够大的运动以允许球滚过环产生的脊的情况下，位于室里的球将不会从位置A(打开)运动到位置B(阻断)。球的终止位置不会由于浮漂***置的较小波动而改变。同样的，可使用沙漏形的器皿，沙漏的颈部能够通过滑动球、特别设计的分段圆柱体、其他活动结构或其他光阻断装置(比如，不透明的液体)。在这种情况，使用室的形状来控制开关的摆动。 

解决开关摆动的另一方法是允许光闪烁、闪光或周期地跳动，而开关状态的改变通过有或没有合适数量的脉冲来探测。例如，如果光路开始被阻断，且状态改变，在探测到多个连续光脉冲(探测到连续闪光，比如说5次，在预先确定的时间间隔上探测有或没有预先确定数量的闪光帮助减少开关摆动)后将注意到改变；如果光路没有阻断，那么在预先确定的时间间隔上探测没有确定数量的光脉冲或闪光之后，探测到状态的改变。一般不优选这样，因为它增加了联结到开关的电路的复杂性，但是在光源的寿命是问题的地方是有用的。 

解决开关摆动的另一方法是不使用恒定“开”的光源。替换为，源能够保持关直到开关“查询”它的状态。例如，联结到开关的电子器件，例如控制器(比如PLC或微控制器)，每秒询问开关状态，并在指定的时间每秒打开光源一次，并“观察”返回的状态，例如光被阻断或光出现在返回光纤。可选地，光保持亮，并在光探测器查询开关的状态。再次，不优选这样，因为其增加了联结到开关的电路的复杂性。为了减少开关摆动，对选定的时间周期，开关状态的改变应一致。 

减少开关摆动的另一方法是结合圆柱体或滑动条使用合适地位于分离器组件里的磁体或使用主要由磁性相互作用材料组成的结构。图12显示了描述滑动磁性相互作用圆柱体或芯子(这里18-8冷形成的3/16”D×1/2”L型不锈钢圆柱体(有时表示具有大约18％铬和8％镍的300系列不锈钢))在细颈瓶里的运动的动画，“马蹄形”磁***于浮漂体的内部，马蹄铁的两端靠近细颈瓶的侧面或末端。显示马蹄形磁体是为了解释的目的且不优选。随着浮漂体从位置A运动通过位置D，“向上”旋转，芯子“粘住”靠近磁体的细颈瓶，比如说靠近磁体的N极。在位置E之前或在位置E，地心引力克服磁力，且芯子向下滑动，因此打开通过细颈瓶的光路。随着浮漂体从位置E向下旋转(未显示)，芯子将再次粘住靠近马蹄形磁体的S极的细颈瓶，并在位置A之前或位置A当浮漂体返回位置时将释放。如这里使用的，微弱的磁性相互作用意味着，对于特定磁体和芯子或活动结构(或反之亦然，磁体运动的地方)，施加在芯子或装置与磁体之间的磁力足够克服作用在芯子上的地心引力，因此允许在某个点释放芯子，如芯子接近垂直的位置，如图12所示。 

芯子的实际释放点能够通过更改磁体的强度、芯子的重量或芯子的材料的磁化能力来改变。在使用中，磁体的位置可变化。例如，在图12细节A，两个磁体M1和M2能够位于细颈瓶或室的每端或靠近细颈瓶或室的每端(室的内部或外部)(通过使用两种不同强度的磁体，芯子在向上旋转的释放点不同于向下旋转的释放点)。其他构造是可能的，例如使用位于环绕室的中间的单圆圈式磁体或位于室的中间附近的磁条，或使用磁体作为芯子并把弱磁性材料定位在细颈瓶或室的每端。 

使用磁体和磁性相互作用的芯子允许开关在选定范围上保持在它的最后构造(比如，完成光路或中断的光路)。这样允许浮漂体操作为“宽角度”浮漂体开关。图13显示了典型的宽角度泵开关的操作。在图13A，泵室充满流体，且泵保持“关”，直到浮漂体到达位置B。在位置B，泵开启。如图13B所示，泵保持“开”，抽出流体直到到达位置A，此时泵关闭。 

如描述的开关使用光学对准的光导和通过***物体来中断光学对准的装置。可选地，光导通过从反射活动构件例如反射条反射的光路而光学对准。滑动物体的充分运动破坏反射路径，并因此导致光导的远端不对准。在这种构造，开关启动器(滑动条、圆柱体、球等)是根据合适的运动中断光学对准的装置。例如，光纤可以是平行的，但是偏置，位于细颈瓶的外部，如图11所示。滑动反射条位于细颈瓶里(细颈瓶可具有用于反射条滑进的轨道，或合适成型(比如，直角棱镜)，以维持反射条在细颈瓶里的方位，然而，如果接收器灵敏，那么在圆柱体细颈瓶里使用反射圆柱体或球，因为一些散射光将被灵敏探测器探测到，例如D92探测器)。当反射条***远端之间时(位置A)，反射表面产生光学对准。当不***条时，光学对准被破坏(位置B)。 

代替在光纤远端之间运动物体而更改光学对准，光纤的一端(或两端)可在远端光学对准的第一位置和非光学对准的第二位置之间活动，例如通过运动一端(比如，使那端安装在滑动条上)来充分运动使得中断光学对准，或使两端运动，以对准远端或中断光学对准，例如通过一致运动两根光纤直到固定的物体介入两根光纤的末端之间。不优选这些排列，因为光纤的运动在光纤上施加应力，而且重复的运动可导致光纤断裂。 

漂浮壳体1能够用许多方式构建。一种这样的方式是在两部分模型中使用泡沫，将分离器组件包裹在内(或通过把两半浮漂体焊接在一起)。壳体也能由被胶水或热量熔接在一起的两半构成，分离器组件位于壳体里。任何漂浮的物体可钻出或雕刻出，且分离器组件(如果使用)能够***里面，然后使用许多方法密封，包括注塑成型方法。 

接收器或探测器5能够位于危险区域外部的控制面板或其他装置里， 并不要求与光源位于一起。许多对光能灵敏的商用装置，例如包含光电监测器或光敏晶体管的装置适合作为光探测器或接收器。在接收器探测有光或没有光通过开关指示了漂浮壳体在环境中的位置。开关的工作状态能够用作信号装置来执行特定任务，例如开始或停止泵。 

本发明不限于浮漂体的实施方式。例如，开关部件(壳体、光导、中断光学对准的装置和光源以及光探测器)能够用作任何类型的开关。例如，图5显示了装置开关。开关具有壳体200(这里是有两个垂直边缘的板)，第一光导201和第二光导202安装到壳体200里并被间隙分开，但是光学对准。其中一个光导连接到光源，而另一个连接到光探测器。滑块210滑动安装到板。滑块在光导202和201之间的位置(比如，位置A，阻断传输，以及位置B，允许传输)之间运动。图5描述“滑动”开关类型，但是任何类型的开关设备能够使用光学部件，包括拨动式开关、按钮式开关、回转式开关、摇臂式开关、键启动的开关、限位开关、接近度开关或其他类型的手动或机械操作的开关，通过手动或机械启动(比如开关启动器的中继操作)即浮漂体开关抵抗重力操作，开关的操作掩蔽或阻断光路或以其他方式中断两个光导之间的光学对准(或如稍后描述的，更改源光的传输特性)。 

与一般目的的开关一样，光学开关可结合更改光束的接收特性的装置，允许开关具有多种“状态”而不是简单的开或关。这样的开关能用来用可选设置(例如选择电极的速度)来控制装置或如果允许的变量是模拟变量，开关能够操作为“减光开关”或连续变量开关。例如，滑动条可以是阶梯密度滤光片或阶梯传输滤光片，例如可从Edmund光学(www.edmundoptics.com)得到的如型号147-524、147-525、147-526或147-527。这些型号滤光片有十一个不同的传输特性区(例如不同的密度，因此更改传输的光的幅值特性)。在这个实施方式中，滑动条不全部阻断条上所有位置的光路，但是一般允许通过该滑动条的部分传输。因此，滑动条关于浮漂体内部或分离器组件里的光缆末端的相对位置能够基于经过滑动条后被光接收器接收的光的量确定。因此，传输通过滑动条的光的量能够用来允许装置作用为多位置开关，以控制具有可控位置的装置。 

代替更改光传输通过滑动条的程度，其他参数能够用来更改接收的源光的特性，例如偏振或频率。例如，如果条滑动具有四个不同颜色区，传输通过滑动条的光将基于滑动条关于光源的位置在颜色或频率上变化。于是滑动条的相对位置(如接收不同颜色或频率的光探测)能够用来执行不同的功能(比如，开始泵1，开始泵2等)。也能使用传输特性的连续或模拟梯度代替阶梯条作为“减光器”类型的开关来控制变速电机。另一类型的减光器或连续变量类型的开关有两个偏振滤光片，一个固定一个可旋转，光纤的远端通过偏振透镜对准。通过旋转其中一个偏振滤光片(例如通过机械或手动启动开关启动器)，传输的光的幅值能够以连续的方式改变。以上全部被认为是更改光束接收的特性的方式。实际上“中断光学对准的装置”也是“更改光束接收的特性的装置”，因为更改是通过远端的未对准操作或通过在远端之间***不透光物体而不传输光束或不接收光束。 

进一步，光学开关可调节“三点开关”或多极、多掷型开关。特殊的应用需要另外的光纤或光源/接收器。例如，对于三点开关，每个开关具有三个光纤远端(这里表示源、公共端和活环(traveler))。“活环”光纤在两个开关之间操作。每个三路开关包含反射镜或其他反射表面，提供在开关里在“源线”与每个开关里的活环或公共端之间的光学对准，并中断非选定路径的光学对准。也就是，三路开关里的光束具有两条通过开关的可能路线，且通过开关的路线选择路径(通过开关启动器的运动)。再次，代替运动反射表面，光纤可通过操作开关来运动。 

一般地，对于描述的开关实施方式，壳体(或至少包含光导的远端和其间的间隙(例如分离器组件)的那部分)将直接防光，并优选壳体自身连同开关启动器或致动器(滑块、按钮、触发器等)直接防光，对于手动操作，扩大到壳体。为了保持光学开关部件隔离可能提供错误读数的外部光源(例如环境光)，光导的远端位于壳体内部。如果环境光不是问题(比如，光源不是通用频率，或使用光猝发，或使用高度定向光纤等)，壳体没必要防光，且仅仅用来限定光导的远端之间的间隙，例如图5所示。 

描述的开关可位于危险环境里，例如邻近(或连接到)包含装置(例 如，在防爆壳体的内部里的电机或泵)的防爆壳体。开关利用的光源和光探测器能够位于远程开关面板或其他远程装置，而且若需要可独立定位。可选地，源和探测器能够位于防爆壳体的内部，且来自开关(在危险环境里)的光导通过防爆连接器(防爆容器的内部被认为远离危险环境)按规定路线发送到防爆壳体的内部。见图9，显示光学灯拨动开关1000操作位于危险环境里的电灯组件1002，并有线1004连接，通过防爆导管或使用防爆线，连接到位于危险环境外面的面板1003(灯可有线连接到危险环境里的防爆面板)。电灯组件1002是防爆壳体，但是光学开关1000不是。光学开关的光导1005的近端位于面板1003里并连接到光源或光探测器。在面板1003探测开关的状态，例如通过使用电路(一种合适的电路在图10显示)，该电路将基于探测的开关状态为电灯组件供电或断电。用这种方式，位于危险环境里的操作员在电子装置自身或电子装置自身附近停用或启动电子装置，代替在远程开关面板或使用昂贵的开关的防爆壳体启动。图9还显示光学限位开关1010。这个光学开关能够使用光导1005(未显示)连接到面板1003。这个限位开关被阀的杆臂1100或启动或停用光学限位开关1010的其他装置启动。 

图10的电路显示用相应的光纤连接到光学开关的浮漂体实施方式的光源(E97)和光探测器(D92)。电路设计为当返回光纤为暗时，也就是当探测器探测返回光纤上的光失败时，使继电器断开电源。如果探测到光，使继电器通电，闭合开关90，用来将电连接到位于危险区里的电灯组件。 

用这种方式，光学开关的用电部件与危险环境电隔离，且出现在危险环境里的唯一能量是光束。在危险环境中，这样的光学开关提出对传统开关的安全和经济的替代，传统开关在危险环境中使用电触点，其在危险环境里出现潜在电火花和点火的源。 

Claims (36)

1.一种光学浮漂体开关，包括具有内部的壳体、第一光导和第二光导，所述壳体在所需的流体中是可漂浮的，所述第一光导和所述第二光导中的每一个具有近端和远端，所述第一光导的远端和所述第二光导的远端定位到所述壳体里，且在所述内部里，所述第一光导的远端和所述第二光导的远端被一间隙分开，所述第一光导的近端能连接到远离所述壳体的光源，所述第二光导的近端能连接到远离所述壳体的光探测器，所述光学浮漂体开关还具有更改光束的被接收的特性的更改装置，所述更改装置适合于随着所述壳体倾斜而关于所述第一光导的远端和所述第二光导的远端中的至少一个远端在第一位置A和第二位置B之间是可运动的，所述第一光导的远端和所述第二光导的远端在所述第一位置A或第二位置B中的至少一个位置光学对准，并且当运动程度充分时，所述更改装置能够阻断或打开两个远端之间的光路，以及其中所述第一光导和所述第二光导耦合到所述壳体并随着所述壳体的升降运动而弯曲。 

2.如权利要求1所述的光学浮漂体开关，其中，所述第一光导的远端和所述第二光导的远端位于分离器组件里，所述分离器组件位于所述壳体里，所述分离器组件具有中空的内部部分，所述分离器组件还具有抑制所述更改装置的装置。 

3.如权利要求1所述的光学浮漂体开关，其中，所述更改装置更改光束的幅值、频率或偏振。 

4.如权利要求2所述的光学浮漂体开关，其中，抑制所述更改装置的所述装置是位于所述分离器组件的所述内部部分中的流体。 

5.如权利要求4所述的光学浮漂体开关，其中，所述分离器组件包括细颈瓶。 

6.如权利要求2所述的光学浮漂体开关，其中，所述更改装置是位于所述分离器组件的所述内部部分中的不透明流体。 

7.如权利要求2所述的光学浮漂体开关，其中，所述更改装置是更 改所述第一光导的远端和所述第二光导的远端的光学对准的装置。 

8.如权利要求1所述的光学浮漂体开关，还具有磁体装置，该磁体装置与材料微弱地相互作用，以延迟所述更改装置关于所述第一光导的远端和所述第二光导的远端中的至少一个远端的相对运动。 

9.如权利要求1所述的光学浮漂体开关，其中所述第一光导和所述第二光导是平行的。 

10.如权利要求1所述的光学浮漂体开关，还包括桨片，所述桨片具有顶部部分和底部部分，所述桨片的所述顶部部分自由弯曲，所述第一光导和所述第二光导用形成在所述桨片上的夹子握住。 

11.一种光学浮漂体开关，包括壳体、用电光源和用电光探测器，所述光源和所述光探测器远离所述壳体，所述光源用第一光导连接到所述壳体，所述光探测器用第二光导连接到所述壳体，所述第一光导和所述第二光导具有位于所述壳体里的远端，且所述第一光导的远端和所述第二光导的远端是靠近的但是被间隙分开，且所述光学浮漂体开关包括更改光束的传输特性的更改装置，所述更改装置适合关于所述第一光导的远端和所述第二光导的远端中的至少一个远端在第一位置A和第二位置B之间可运动，所述第一光导的远端和所述第二光导的远端在所述第一位置A和所述第二位置B中的至少一个处是光学对准的，所述壳体是可漂浮的，且所述第一光导和所述第二光导随着所述壳体的升降运动而弯曲。 

12.如权利要求11所述的光学浮漂体开关，其中，所述第一光导的远端和所述第二光导的远端位于分离器组件里，所述分离器组件位于所述壳体里，所述分离器组件具有中空的内部部分，所述分离器组件还具有抑制所述更改装置的装置。 

13.如权利要求11所述的光学浮漂体开关，其中，所述更改装置更改光束的幅值、频率或偏振。 

14.如权利要求12所述的光学浮漂体开关，其中，抑制所述更改装置的所述装置是位于所述分离器组件的所述内部部分中的流体。 

15.如权利要求14所述的光学浮漂体开关，其中，所述分离器组件 包括细颈瓶。 

16.如权利要求12所述的光学浮漂体开关，其中，所述更改装置是位于所述分离器组件的所述内部部分中的不透明流体。 

17.如权利要求12所述的光学浮漂体开关，其中，所述更改装置是更改所述第一光导的远端和所述第二光导的远端的光学对准的装置。 

18.如权利要求11所述的光学浮漂体开关，还包括泵和填充有流体的泵室，可漂浮的所述壳***于所述泵室中的所述流体中，所述光学漂浮体开关操作为宽角度漂浮体开关，其中当所述泵室中的所述流体升高使得所述光学漂浮体开关由关位置到达开位置时，所述泵开启，并且当从所述泵室抽出流体使得所述光学漂浮体开关由所述开位置到达所述关位置时，所述泵关闭。 

19.如权利要求11所述的光学浮漂体开关，其中所述第一光导和所述第二光导是平行的。 

20.如权利要求11所述的光学浮漂体开关，还包括桨片，所述桨片具有顶部部分和底部部分，所述桨片的所述顶部部分自由弯曲，所述第一光导和所述第二光导用形成在所述桨片上的夹子握住。 

21.一种光学浮漂体开关，包括具有内部的壳体、第一光导和第二光导、用电光源和用电光探测器，所述壳体在所需的流体中是可漂浮的，所述第一光导和所述第二光导中的每一个具有近端和远端，所述光源和所述光探测器远离所述壳体，所述光源连接到所述第一光导的近端，所述光探测器连接到所述第二光导的近端，所述第一光导的远端和所述第二光导的远端定位在所述壳体里，且所述第一光导的远端和所述第二光导的远端之一随着所述壳体倾斜在与所述第二光导的远端光学对准的第一位置和与所述第二光导的远端未光学对准的第二位置之间可运动，以及其中所述第一光导和所述第二光导耦合到所述壳体并随着所述壳体的升降运动而弯曲，所述壳体在所需的流体中是可漂浮的。 

22.如权利要求21所述的光学浮漂体开关，所述壳体还具有耦合到所述壳体的柔性缆，所述第一光导和所述第二光导布置在所述缆中。 

23.一种探测在危险易爆的环境里的液面的方法，所述方法包括以下步骤： 

在一危险易爆的环境里部署权利要求1或11所述的光学浮漂体开关， 

从远离所述危险易爆的环境的所述光源发光供所述第一光导传输，以及 

用在远离所述危险易爆的环境的位置的所述光探测器检查所述第二光导有或没有光。 

24.如权利要求23所述的方法，其中，所述危险环境是在泵站或处理罐里。 

25.如权利要求23所述的方法，其中，所述光源以周期间隔按脉冲发出光，以及进行用所述光探测器检查所述第二光导的所述步骤来探测在预先确定的时间间隔中有或没有预先确定数量的光脉冲出现。 

26.如权利要求23所述的方法，从所述光源发光的所述步骤在控制器请求时进行。 

27.如权利要求23所述的方法，用所述光探测器检查所述第二光导的所述步骤在控制器请求时进行。 

28.一种光学开关，包括壳体、用电光源和用电光探测器，所述光源和所述光探测器远离所述壳体，所述光源用第一光导连接到所述壳体，所述光探测器用第二光导连接到所述壳体，所述第一光导和所述第二光导具有位于所述壳体里的远端，且所述第一光导的远端和所述第二光导的远端是靠近的但是被间隙分开，且所述光学浮漂体开关包括更改光束的传输特性的更改装置，所述更改装置适合关于所述第一光导的远端和所述第二光导的远端中的至少一个远端在第一位置A和第二位置B之间可运动，所述第一光导的远端和所述第二光导的远端在所述第一位置A和所述第二位置B中的至少一个处是光学对准的，所述壳体是可运动的，且所述第一光导和所述第二光导随着所述壳体的升降运动而弯曲。 

29.如权利要求28所述的光学开关，其中，所述第一光导的远端和所述第二光导的远端位于分离器组件里，所述分离器组件位于所述壳体 里，所述分离器组件具有中空的内部部分。 

30.如权利要求29所述的光学开关，其中，所述分离器组件还包括抑制所述更改装置的装置。 

31.如权利要求28所述的光学开关，其中，所述更改装置更改光束的幅值、频率或偏振。 

32.如权利要求30所述的光学开关，其中，抑制所述更改装置的所述装置是位于所述分离器组件的所述内部部分中的流体。 

33.如权利要求30所述的光学开关，其中，所述分离器组件包括细颈瓶。 

34.如权利要求28所述的光学开关，其中，所述更改装置是更改所述第一光导的远端和所述第二光导的远端的光学对准的装置。 

35.如权利要求28所述的光学开关，其中所述第一光导和所述第二光导是平行的。 

36.如权利要求28所述的光学开关，还包括桨片，所述桨片具有顶部部分和底部部分，所述桨片的所述顶部部分自由弯曲，所述第一光导和所述第二光导用形成在所述桨片上的夹子握住。 

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