RU2741275C1 - Fiber-optic level gauge (liquid level sensor) - Google Patents

Fiber-optic level gauge (liquid level sensor) Download PDF

Info

Publication number
RU2741275C1
RU2741275C1 RU2020124532A RU2020124532A RU2741275C1 RU 2741275 C1 RU2741275 C1 RU 2741275C1 RU 2020124532 A RU2020124532 A RU 2020124532A RU 2020124532 A RU2020124532 A RU 2020124532A RU 2741275 C1 RU2741275 C1 RU 2741275C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
light guide
float
level gauge
container
ferromagnetic
Prior art date
Application number
RU2020124532A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Владимирович Репин
Original Assignee
Александр Владимирович Репин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Владимирович Репин filed Critical Александр Владимирович Репин
Priority to RU2020124532A priority Critical patent/RU2741275C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2741275C1 publication Critical patent/RU2741275C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284Electromagnetic waves
    • G01F23/292Light, e.g. infrared or ultraviolet
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/30Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/30Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats
    • G01F23/56Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats using elements rigidly fixed to, and rectilinearly moving with, the floats as transmission elements
    • G01F23/62Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats using elements rigidly fixed to, and rectilinearly moving with, the floats as transmission elements using magnetically actuated indicating means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/30Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats
    • G01F23/64Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats of the free float type without mechanical transmission elements
    • G01F23/72Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats of the free float type without mechanical transmission elements using magnetically actuated indicating means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Level Indicators Using A Float (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to remote monitoring of liquid level, mainly oil products and other HIL, incl. in non-stationary objects. Fluid level gage comprising float, float travel limiters and at least one light guide, wherein the light guide located outside the container with liquid is separated from the float by a sealed non-magnetic partition wall, on opposite sides of which there are ferromagnetic elements, wherein at least one of them is a permanent magnet and at least one is connected to the float, the end of the light guide is optically conjugated with the element having a reflecting surface, with possibility of their mutual movement, wherein the ferromagnetic element outside the container is mechanically conjugated with one of the elements of the pair "light guide - reflecting element". Ferromagnetic elements located on opposite sides of the partition are made in the form of permanent magnets with longitudinally located poles. Besides, a spring element is placed outside the container and connected to at least one element of the pair "light guide - reflecting element".
EFFECT: creation of reliable fire-safe and noise-immune sensor for wide range of measured liquids, including viscous and opaque ones.
9 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение для измерения уровня жидких топлив и сжиженных газов, в т.ч. в нестационарных объектах.The invention relates to the field of instrumentation and can be used for measuring the level of liquid fuels and liquefied gases, incl. in non-stationary objects.

Известны датчики уровня жидкости для бака транспортного средства, содержащие поплавок, установленный в нем магнит, нижний и верхний ограничители хода поплавка, вертикальную направляющую трубу, внутри которой расположены герконы, и электросоединитель.Known fluid level sensors for a vehicle tank containing a float, a magnet installed therein, lower and upper float travel stops, a vertical guide tube, inside which the reed switches are located, and an electrical connector.

Примером может служить датчик уровня жидкости для бака транспортного средства (патент РФ № 2284481).An example is a liquid level sensor for a vehicle tank (RF patent No. 2284481).

Однако такое устройство является пожароопасным вследствие наличия электрических цепей, по сути, в баке транспортного средства, и не всегда надежным, т.к. в сигнальных проводах могут возникать наводки - как от собственных силовых сетей, так и от стороннего электромагнитного излучения. К недостаткам также можно отнести также дребезг контактов геркона, хрупкость стеклянного баллона и высокую чувствительность к внешним магнитным полям.However, such a device is fire hazardous due to the presence of electrical circuits, in fact, in the tank of the vehicle, and is not always reliable, because in the signal wires, pickups can occur - both from their own power networks, and from external electromagnetic radiation. The disadvantages also include bouncing of reed switch contacts, fragility of a glass cylinder and high sensitivity to external magnetic fields.

Известны волоконно-оптические датчики уровня жидкости, лишенные этих недостатков. Примером может служить волоконно-оптический сигнализатор уровня жидкости (патент РФ № 2297602), в котором используется эффект отражения на границе раздела сред - стекла и воздуха. Часть оптического сигнала от излучателя, подводимого в измеряемую емкость оптическим волокном, отражается на границе раздела и возвращается по оптическому волокну к фотоприемнику. При подъеме уровня жидкости до сенсорной части датчика границей раздела сред становятся стекло и жидкость, коэффициенты преломления которых близки. Уровень возвратного сигнала резко падает и перепад фиксируется.Known fiber-optic liquid level sensors, devoid of these disadvantages. An example is a fiber-optic liquid level indicator (RF patent No. 2297602), which uses the effect of reflection at the interface between glass and air. Part of the optical signal from the emitter supplied to the measured capacitance by the optical fiber is reflected at the interface and returns through the optical fiber to the photodetector. When the liquid level rises to the sensor part of the sensor, glass and liquid become the interface between the media, the refractive indices of which are close. The level of the return signal drops sharply and the difference is fixed.

Однако такие датчики неработоспособны в непрозрачных средах и в вязких средах, например, в мазуте, в переохлажденном дизельном топливе, когда на сенсорной части подобных датчиков застывают пленки или формируются капли загустевшей жидкости.However, such sensors are inoperable in opaque media and in viscous media, for example, in fuel oil, in supercooled diesel fuel, when films freeze on the sensor part of such sensors or droplets of a thickened liquid are formed.

Цель изобретения - создание надежного пожаробезопасного и помехозащищенного датчика для широкого диапазона измеряемых жидкостей, в том числе вязких и непрозрачных.The purpose of the invention is to create a reliable fireproof and noise-immune sensor for a wide range of measured liquids, including viscous and opaque.

Это достигается тем, что в предлагаемом датчике световод, расположенный вне емкости с жидкостью, отделен от поплавка герметичной немагнитной перегородкой, по разные стороны которой расположены ферромагнитные элементы, причем хотя бы один из них является постоянным магнитом и хотя бы один соединен с поплавком, торец световода оптически сопряжен с элементом, имеющим отражающую поверхность, с возможностью их взаимного перемещения, при этом ферромагнитный элемент вне емкости механически сопряжен с одним из элементов пары «световод - отражающий элемент». This is achieved by the fact that, in the proposed sensor, the optical fiber located outside the container with the liquid is separated from the float by a sealed non-magnetic partition, on opposite sides of which there are ferromagnetic elements, and at least one of them is a permanent magnet and at least one is connected to the float, the end of the optical fiber optically coupled with an element having a reflective surface, with the possibility of their mutual displacement, while the ferromagnetic element outside the container is mechanically coupled with one of the elements of the "light guide - reflective element" pair.

Варианты исполнения:Execution options:

Ферромагнитные элементы, расположенные по разные стороны перегородки, выполнены в виде постоянных магнитов со встречно расположенными полюсами.Ferromagnetic elements located on opposite sides of the partition are made in the form of permanent magnets with opposite poles.

Ферромагнитные элементы, расположенные по разные стороны перегородки, выполнены в виде постоянных магнитов с продольно расположенными полюсами.Ferromagnetic elements located on opposite sides of the partition are made in the form of permanent magnets with longitudinal poles.

Вне емкости расположен пружинный элемент, связанный хотя бы с одним из элементов пары «световод - отражающий элемент»Outside the container, there is a spring element connected to at least one of the elements of the pair "light guide - reflective element"

Напротив отражающей поверхности расположен один приемопередающий световод, противоположный торец которого состыкован с оптическим разветвителем, или два световода - передающий и приемный.Opposite the reflecting surface there is one transmitting-receiving light guide, the opposite end of which is docked with an optical splitter, or two light guides - transmitting and receiving.

Световоды, одиночные или парные, сопряженные с элементами, имеющими отражающую поверхность, с возможностью их взаимного перемещения, распределены по высоте емкости по числу точек отсчета.Light guides, single or paired, coupled with elements having a reflective surface, with the possibility of their mutual displacement, are distributed along the height of the container according to the number of reference points.

Оправа подвижного световода выполнена из ферромагнитного материала, или отражающая поверхность расположена на подвижном ферромагнитном элементе.The frame of the movable light guide is made of a ferromagnetic material, or the reflecting surface is located on the movable ferromagnetic element.

На Фиг. 1 показано размещение деталей одного из вариантов конструкции уровнемера, предельного датчика уровня.FIG. 1 shows the placement of parts of one of the design options for the level gauge, the limit level sensor.

На Фиг. 2 приведена оптическая схема предельного датчика уровня с использованием одного световода и разветвителя.FIG. 2 shows an optical diagram of a limit level sensor using one optical fiber and a splitter.

На Фиг. 3 приведена оптическая схема предельного датчика уровня с использованием двух световодов.FIG. 3 shows an optical diagram of a limit level sensor using two optical fibers.

Фиг. 1. Датчик содержит поплавок 1, установленный с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси. В торце поплавка закреплен магнит 2. За герметичной немагнитной перегородкой 3 расположен волоконно-оптический узел, включающий стандартную оптическую розетку 4 с включенным в нее коннектором 5, содержащим световод 6. Деталь 7 с отражающим торцом, оптически сопряженным со световодом 6, и противоположным торцом, на котором закреплен магнит 8, имеет возможность перемещения вдоль оптической оси световода между пружиной 9 и гайкой 10.FIG. 1. The sensor contains a float 1 mounted for rotation around a horizontal axis. A magnet 2 is fixed at the end of the float. Behind the sealed non-magnetic partition 3, there is a fiber-optic unit that includes a standard optical socket 4 with a connector 5 included in it, containing a light guide 6. Detail 7 with a reflective end, optically coupled to the light guide 6, and the opposite end, on which the magnet 8 is fixed, has the ability to move along the optical axis of the fiber between the spring 9 and the nut 10.

Предельный датчик уровня работает следующим образом: при подъеме уровня жидкости поплавок 1 всплывает, и магнит 2, взаимодействуя с магнитом 8, смещает его вдоль оптической оси вместе с деталью 7, сжимающей пружину 9, в сторону торца световода 6. Оптический сигнал из торца световода 6, отраженный от торца детали 7 обратно в световод 6, при уменьшении расстояния между световодом 6 и отражающей поверхностью увеличивается, достигая максимума в крайнем верхнем положении поплавка 1. При снижении уровня жидкости пружина 9 снова отжимает деталь 7 до упора в ограничивающую движение гайку 10.The limit level sensor works as follows: when the liquid level rises, the float 1 floats up, and the magnet 2, interacting with the magnet 8, displaces it along the optical axis together with the part 7, which compresses the spring 9, towards the end of the light guide 6. Optical signal from the end of the light guide 6 reflected from the end of the part 7 back into the light guide 6, when the distance between the light guide 6 and the reflecting surface decreases, it increases, reaching a maximum in the uppermost position of the float 1. When the liquid level decreases, the spring 9 again pushes the part 7 against the stop nut 10 against the movement restricting nut

Фиг. 2. Оптическая схема на базе разветвителя и приемопередающего световода: излучатель 11 (например, светодиод или лазерный диод), передающий световод 12, направленный оптический разветвитель 13, приемопередающий световод 6, отражающая поверхность 7, приемный световод 14, фотоприемник 15.FIG. 2. An optical scheme based on a splitter and a transceiving light guide: an emitter 11 (for example, an LED or a laser diode), a transmitting light guide 12, a directional optical splitter 13, a transceiving light guide 6, a reflecting surface 7, a receiving light guide 14, a photodetector 15.

Фиг. 3. Оптическая схема на базе двух световодов: излучатель 11 (например, светодиод или лазерный диод), передающий световод 12, отражающая поверхность 7, приемный световод 14, фотоприемник 15.FIG. 3. An optical scheme based on two optical fibers: an emitter 11 (for example, an LED or a laser diode), a transmitting optical fiber 12, a reflecting surface 7, a receiving optical fiber 14, a photodetector 15.

Установка двух (например, параллельных) световодов в такой схеме снижает уровень отраженного сигнала вследствие рассогласования их оптических осей, но позволяет отказаться от разветвителя в оптической схеме.Installation of two (for example, parallel) optical fibers in such a scheme reduces the level of the reflected signal due to the mismatch of their optical axes, but makes it possible to abandon the splitter in the optical scheme.

Рассмотренные аналоги работают только в режиме "да-нет", фиксируя либо контакт оптической поверхности с жидкостью, либо момент срабатывания геркона. В отличие от них, мощность оптического сигнала в предложенной схеме по мере приближения к отражателю всплывающего поплавка с магнитом изменяется, что является сверхэффектом, позволяющим путем простого умножения предложенной схемы превратить предельный датчик в уровнемер с постоянным съемом сигнала по мере изменения уровня жидкости.The considered analogs work only in the "yes-no" mode, fixing either the contact of the optical surface with the liquid, or the moment the reed switch is triggered. In contrast to them, the power of the optical signal in the proposed scheme changes as the floating float with a magnet approaches the reflector, which is a super-effect that allows, by simply multiplying the proposed scheme, to turn the limit sensor into a level gauge with a constant signal pickup as the liquid level changes.

Предлагаемая конструкция позволяет повысить пожаробезопасность и надежность датчика уровня жидкости путем замены электрического сигнала на оптический как в самой емкости с топливом, так и на всем пути до приемопередающего блока.The proposed design makes it possible to increase the fire safety and reliability of the liquid level sensor by replacing the electrical signal with an optical one both in the tank with fuel itself and all the way to the transceiver unit.

Claims (9)

1. Уровнемер жидкости, содержащий поплавок, ограничители хода поплавка и не менее чем один световод, отличающийся тем, что световод, расположенный вне емкости с жидкостью, отделен от поплавка герметичной немагнитной перегородкой, по разные стороны которой расположены ферромагнитные элементы, причем хотя бы один из них является постоянным магнитом и хотя бы один соединен с поплавком, торец световода оптически сопряжен с элементом, имеющим отражающую поверхность, с возможностью их взаимного перемещения, при этом ферромагнитный элемент вне емкости механически сопряжен с одним из элементов пары «световод - отражающий элемент».1. Liquid level gauge containing a float, float travel stops and at least one light guide, characterized in that the light guide located outside the container with the liquid is separated from the float by a sealed non-magnetic partition, on opposite sides of which there are ferromagnetic elements, and at least one of of them is a permanent magnet and at least one is connected to a float, the end of the fiber is optically coupled with an element having a reflective surface, with the possibility of their mutual displacement, while the ferromagnetic element outside the container is mechanically coupled with one of the elements of the pair "fiber - reflecting element". 2. Уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что ферромагнитные элементы, расположенные по разные стороны перегородки, выполнены в виде постоянных магнитов со встречно расположенными полюсами.2. A level gauge according to claim 1, characterized in that the ferromagnetic elements located on opposite sides of the partition are made in the form of permanent magnets with opposite poles. 3. Уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что ферромагнитные элементы, расположенные по разные стороны перегородки, выполнены в виде постоянных магнитов с продольно расположенными полюсами.3. A level gauge according to claim 1, characterized in that the ferromagnetic elements located on opposite sides of the partition are made in the form of permanent magnets with longitudinally arranged poles. 4. Уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что вне емкости расположен пружинный элемент, связанный хотя бы с одним из элементов пары «световод - отражающий элемент».4. A level gauge according to claim 1, characterized in that a spring element is located outside the container, connected to at least one of the elements of the "light guide - reflective element" pair. 5. Уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что напротив отражающей поверхности расположен один приемопередающий световод, противоположный торец которого состыкован с оптическим разветвителем. 5. A level gauge according to claim 1, characterized in that one transceiver light guide is located opposite the reflecting surface, the opposite end of which is docked with an optical splitter. 6. Уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что напротив отражающей поверхности расположены два световода - приемный и передающий.6. A level gauge according to claim 1, characterized in that two light guides are located opposite the reflecting surface - a receiving and a transmitting one. 7. Уровнемер по пп. 1, 5, 6, отличающийся тем, что световоды распределены по высоте емкости по числу точек отсчета.7. Level gauge according to PP. 1, 5, 6, characterized in that the light guides are distributed along the height of the container according to the number of reference points. 8. Уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что оправа подвижного световода выполнена из ферромагнитного материала.8. A level gauge according to claim 1, characterized in that the frame of the movable light guide is made of a ferromagnetic material. 9. Уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что отражающая поверхность расположена на подвижном ферромагнитном элементе.9. A level gauge according to claim 1, characterized in that the reflecting surface is located on a movable ferromagnetic element.
RU2020124532A 2020-07-14 2020-07-14 Fiber-optic level gauge (liquid level sensor) RU2741275C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124532A RU2741275C1 (en) 2020-07-14 2020-07-14 Fiber-optic level gauge (liquid level sensor)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124532A RU2741275C1 (en) 2020-07-14 2020-07-14 Fiber-optic level gauge (liquid level sensor)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2741275C1 true RU2741275C1 (en) 2021-01-22

Family

ID=74213381

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020124532A RU2741275C1 (en) 2020-07-14 2020-07-14 Fiber-optic level gauge (liquid level sensor)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2741275C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2086926C1 (en) * 1995-04-18 1997-08-10 Муниципальное предприятие "Водоканал" Liquid level gauge
RU2359237C1 (en) * 2007-09-28 2009-06-20 Открытое акционерное общество Конструкторско-производственное предприятие "Авиамотор" Lightguide float-type non-contact level gauge with digital output of results
CN102221392B (en) * 2011-03-31 2012-07-04 武汉理工大学 Liquid level measurement method based on magnetic coupling and optical fiber pair array
CN202614335U (en) * 2012-05-22 2012-12-19 武汉理工大学 Cylindrical upright and cylindrical float structure of optical fiber array liquid level sensor
RU2683139C1 (en) * 2018-04-02 2019-03-26 Государственное казенное образовательное учреждение высшего образования "Российская таможенная академия" Float liquid level gauge

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2086926C1 (en) * 1995-04-18 1997-08-10 Муниципальное предприятие "Водоканал" Liquid level gauge
RU2359237C1 (en) * 2007-09-28 2009-06-20 Открытое акционерное общество Конструкторско-производственное предприятие "Авиамотор" Lightguide float-type non-contact level gauge with digital output of results
CN102221392B (en) * 2011-03-31 2012-07-04 武汉理工大学 Liquid level measurement method based on magnetic coupling and optical fiber pair array
CN202614335U (en) * 2012-05-22 2012-12-19 武汉理工大学 Cylindrical upright and cylindrical float structure of optical fiber array liquid level sensor
RU2683139C1 (en) * 2018-04-02 2019-03-26 Государственное казенное образовательное учреждение высшего образования "Российская таможенная академия" Float liquid level gauge

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102597721B (en) Fiber optic liquid level detector
US4440022A (en) Liquid-level detection
US20190003873A1 (en) Optical System and Method for Measuring Fluid Level
US6172377B1 (en) Fluorescent optical liquid level sensor
KR20100030636A (en) An optical switch
CA1332205C (en) Fibre optic sensors for the continuous measurement of liquid level and other parameters
RU2741275C1 (en) Fiber-optic level gauge (liquid level sensor)
RU2740340C1 (en) Fiber-optic level gauge (liquid level sensor)
RU2742225C1 (en) Fiber-optic level gauge (liquid level sensor)
RU2744316C1 (en) Fiber-optic level detector (liquid level gauge)
US6795598B1 (en) Liquid-level sensor having multiple solid optical conductors with surface discontinuities
JP2006194609A (en) Liquid level indicator
JP2009014660A (en) Two-liquid leakage sensor and prism for the same
GB2036326A (en) Liquid level sensor
CN101839748A (en) Reflecting type digital code type all-optical fiber liquid level sensing device
CN2901346Y (en) Magnetic light tavelling switch
JPH08285709A (en) Optical fiber displacement sensor
CN2585196Y (en) Fibre-optical liquid level gauge
WO2018129600A1 (en) Precision probe for detecting level variations or the presence of liquids using infrared or visible light
JP2658293B2 (en) Optical liquid level sensor
CN211346994U (en) Liquid level continuous measuring instrument based on optical total reflection principle
RU2764388C1 (en) Fiber-optic liquid level and type detector
RU2747708C1 (en) Fiber-optic liquid level and type indicator
He et al. A liquid level sensor based on fiber optic array and magnetic coupling
RU1775616C (en) Level meter