×
12.08.2019
219.017.be26

ВЗРЫВОБЕЗОПАСНЫЙ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ УРОВНЕМЕР

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Взрывобезопасный волоконно-оптический уровнемер содержит источник оптического излучения, акустооптический модулятор, соединенный с высокочастотным генератором, фотоприемник, размещенные в блоке обработки измерительной информации, связанные оптическим волокном с волоконно-оптическим сенсором, установленным на контролируемом объекте. Выход акустооптического модулятора соединен с входным портом первого циркулятора, выходной порт циркулятора соединен с фотоприемником. Двунаправленный порт первого циркулятора соединен оптическим волокном с двунаправленным портом второго циркулятора, размещенным в сенсоре, выходной порт которого соединен с первым полюсом первого волоконно-оптического Y-разветвителя, выполненным из одномодового оптического волокна. Второй полюс первого Y-разветвителя соединен с входным портом третьего циркулятора, а третий полюс первого Y-разветвителя соединен со вторым полюсом второго Y-разветвителя. Первый полюс второго Y-разветвителя соединен с входным портом второго циркулятора, а третий полюс второго Y-разветвителя соединен с выходом третьего циркулятора, двунаправленный порт которого размещен в фокусе объектива коллиматора, а выход фотоприемника через усилитель соединен с частотным детектором, при этом частота высокочастотного электронного генератора изменяется по пилообразному закону. Технический результат заключается в повышении точности измерения уровня жидкости, упрощении конструкции и повышении надежности уровнемера. 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения уровня жидкостей в резервуарах любого типа в нефтяной и химической промышленности.

Аналогом данного технического решения является ОПТИЧЕСКИЙ УРОВНЕМЕР ЖИДКИХ СРЕД, содержащий источник светового излучения, соединенный с излучающим волоконно-оптическим световодом, и приемный волоконно-оптическим световод, связанный с измерительной системой, а входной торец приемного световода расположен на границе раздела жидкой и газообразной сред (патент RU 1840401 на изобретение, заявка: 2279420/28, от 21.05.1980, МПК G01F 23/22, G01F 23/30, опубликован: 20.11.2006 Бюл. №32.

Недостатком данного уровнемера является то обстоятельство, что входной торец приемного световода должен располагаться на границе раздела жидкой и газообразной сред, что может ограничить сферу применения. Еще одним недостатком рассматриваемого уровнемера является не большой диапазон измерения, определяемый размерами торца приемного световода.

Другим аналогом данного технического решения является УРОВНЕМЕР ЖИДКОСТИ (патент RU 2306531 на изобретение, заявка: 2006117719/28 от 24.05.2006, МПК G01F 23/22, G01F 23/30, опубликован: 20.09.2007 Бюл. №26).

Уровнемер жидкости содержит вертикальную трубу 1, охватывающую коаксиально установленный в ней цилиндрический корпус 2 с кольцевым зазором (от двух до пяти сантиметров). Кольцевой зазор герметично закрыт от контакта с измеряемой жидкостью горизонтальной перегородкой 3, покрытой зеркальным (отражающим) слоем с внутренней стороны и размещенной над каналами, сообщающими внутреннюю полость цилиндрического корпуса с измеряемой жидкостью в резервуаре. В верхней части уровнемера размещена ступенчатая полая насадка, в ступени меньшего диаметра которой закреплена с возможностью ограниченного вертикального перемещения труба. Ступенчатая насадка имеет опорное основание, которое герметично закрепляют на световом люке вертикального резервуара при помощи болтового соединения. Ступени насадки разделены герметично установленной стеклянной перегородкой, которая защищает внутреннюю полость большего диаметра от влияния отложений и паров измеряемой жидкости на работу контрольно-измерительных приборов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является волоконно-оптический уровнемер, содержащий источники и приемники оптического излучения, размещенные в блоке обработки измерительной информации, связанные оптическими волокнами, с волоконно-оптическим сенсором установленном на контролируемом объекте. [ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ УРОВНЕМЕР И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (патент RU 2564683 на изобретение, заявка: 2014111955/28, от 27.03.2014, МПК G01F 23/22, опубликован: 10.10.2015 Бюл. №28). (прототип)].

Волоконно-оптический уровнемер содержит источники излучения, например, полупроводниковые светодиоды, подводящие (ПОВ) и отводящие (ООВ) оптические волокна, оптические стержни, корпуса, состоящие из трех частей: полых трубок, втулок со сквозным внутренним отверстием, наконечников с цилиндрическим сквозным отверстием, трубу, заглушку, приемники излучения, например, фотодиоды.

Наконечник выполнен в виде цилиндра и усеченного конуса, причем цилиндр является основанием для усеченного конуса, малое основание которого обращено в сторону шаровидного сегмента стержня.

Недостатком данного уровнемера является то обстоятельство, что он является сигнализатором с числом измерительных каналов равным N=Н/Δi, где Δi - порог срабатывания, Н- диапазон измеряемого уровня.

Так, например, при Н=20 м и Δi=5 мм, число измерительных каналов N будет равно 4000.

Другим недостатком рассматриваемого уровнемера является непосредственный контакт шарового сегмента с жидкостью, уровень которой необходимо измерить, что может ограничить сферу применения.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и повышение его надежности.

Указанный технический результат достигается тем, что: в известном волоконно-оптическом уровнемере содержащем источник и приемник оптического излучения, размещенных в блоке обработки измерительной информации, связанные оптическим волокном, с волоконно-оптическим сенсором установленном на контролируемом объекте, новым является то, что источник оптического излучения соединен с оптическим входом акустооптического модулятора, выход которого связан с входным портом первого циркулятора, выходной порт циркулятора соединен с фотоприемником, двунаправленный порт первого циркулятора соединен оптическим волокном с двунаправленным портом второго циркулятора размещенном в сенсоре, выходной порт которого соединен с первым полюсом первого волоконно-оптического Y-разветвителя, выполненным из одномодового оптического волокна, второй полюс первого Y-разветвителя соединен с входным портом третьего циркулятора, а третий полюс первого Y-разветвителя соединен с вторым полюсом второго Y-разветвителя, при этом первый полюс второго Y-разветвителя соединен с входным портом второго циркулятора, а третий полюс второго Y-разветвителя соединен с выходом третьего циркулятора, двунаправленный порт которого расположен в фокусе объектива коллиматора, выход фотоприемника через усилитель соединен с частотным детектором, при этом управляющий вход акустооптического модулятора соединен с высокочастотным электронным генератором, частота которого изменяется по пилообразному закону

ƒ=ƒmin+bt, -T≤t≤T,

где - b=(ƒmaxmin)/T, Т≤с/2L, с - скорость света, L - минимальное расстояние от сенсора до поверхности измеряемого уровня жидкости.

Таким образом, предлагаемое изобретение представляет собой техническое решение задачи, являющееся новым, промышленно применимым и обладающим изобретательским уровнем, т.е. предлагаемое изобретение отвечает критериям патентоспособности.

На фиг. 1 приведена функциональная схема волоконно-оптического уровнемера:

1 - одномодовый лазер, 2 - акустооптический модулятор, 3 - высокочастотный управляемый генератор, 4 - первый циркулятор, 5 - фотоприемник, 6 - частотный детектор, установленные в блоке обработки измерительной информации - 7. В сенсоре - 8, размещены: второй циркулятор - 9, 10 - первый Y-разветвитель, 11 - второй Y-разветвитель, 12 - третий циркулятор, 13 - объектив коллиматора. Сенсор - 8 установлен на емкости - 14, в которой измеряется уровень жидкости. Блок обработки измерительной информации - 7 связан с сенсором - 8 волоконно-оптическим кабелем - 15.

На фиг. 2 представлен график изменения частоты акустооптического модулятора.

Волоконно-оптический уровнемер работает следующим образом.

Излучение с частотой ν одномодового лазера 1, направляется в акустооптический модулятор 2. Высокочастотный вход акустооптического модулятора 2 соединен с высокочастотным генератором 3, частота которого ƒ меняется по пилообразному закону (фиг. 2)

где ; -Т≤t≤Т.

В момент времени t1 на выходе акустооптического модулятора 2 частота излучения будет ν+ƒ1.

Излучение частотой ν+ƒ1, с выхода акустооптического модулятора, направляется на входной порт первого циркулятора 4, и далее через двунаправленный порт циркулятора 4, при помощи длинного волоконно-оптического кабеля 15, соединяющего блок обработки измерительной информации 7, с сенсором 8, попадает на двунаправленный порт второго циркулятора 9, размещенном в сенсоре 8. Сенсор 8 устанавливается непосредственно на емкости 14, где необходимо измерять уровень.

Далее излучение проходит через выходной порт второго циркулятора 9, первый полюс первого волоконно-оптического Y-разветвителя 10, входной порт третьего циркулятора 12, двунаправленный порт третьего циркулятора 12 и объектив коллиматора 13, в фокусе которого расположен торцевая поверхность двунаправленного порта третьего циркулятора 12. Излучение, достигнув поверхности жидкости и отразившись от нее, собирается объективом коллиматора 13 на торцевой поверхности двунаправленного порта третьего циркулятора 12 и через его выходной порт попадает на второй полюс второго волоконно-оптического Y-разветвителя 11. Излучение с частотой ν+ƒ2 пришедшее с третьего полюса первого волоконно-оптического Y-разветвителя 10 в момент времени t2, и излучение с частотой ν+ƒ1 пришедшее с второго полюса второго волоконно-оптического Y-разветвителя 11 суммируются, в результате на его первом полюсе наблюдается биение интенсивности суммарного светового потока с частотой ƒ21. Суммарный световой поток с разностной частотой Δƒ=ƒ21 через входной порт второго циркулятора 9, попадает на его двунаправленный выход и далее по волоконно-оптическому кабелю 15 направляется на входной порт первого циркулятора 4 и фотоприемник 5. Разностная частота Δƒ, которая пропорциональна времени прохождения излучения от объектива коллиматора до линии раздела воздух-жидкость Δt=t2-t1, измеряется частотным детектором 6.

Время необходимое для прохождения излучения расстояния L от коллиматора до поверхности жидкости и обратно будет:

где с - скорость света.

В момент времени t2=t1+Δt частота излучения на первом входном полюсе второго волоконно-оптического Y-разветвителя, будет:

ν+ƒ2=ν+ƒmin+bt2,

а на втором входном полюсе второго волоконно-оптического Y-разветвителя излучение будет с частотой ν+ƒ1. При этом разность частот

Δƒ=ƒ21=Δtb или

Подставляя (3) в (2), получим

Так, например, принимая максимальное значение измеряемого уровня равным L=30 м., период изменения частоты акустооптического модулятора Т=2L/c=60/3⋅108=20⋅10-8 сек. При ƒmin=20⋅106 Гц, ƒmax=200⋅106 Гц, значение b будет b=180⋅106/20⋅10-8=9⋅1014 сек-2.

с/2b=3⋅108/2⋅9⋅1014=0,166⋅10-6 м⋅сек.

С учетом соотношения (4), номинальная статическая характеристика измерителя уровня будет

L=0,166⋅10-6Δƒ

То есть разности частот 1 Гц. будет соответствовать L=0,166 мкм.

Технический результат предлагаемого изобретения следующий. В предлагаемой конструкции волоконно-оптического уровнемера реализовано непрерывное измерение уровня жидкости, что позволяет контролировать уровень жидкости в широких пределах и с высокой точностью. Так при погрешности измерения частоты частотным детектором Δƒ=1 гц., погрешность измерения уровня составляет ΔL=0,166 мкм.

Сенсор, в предлагаемой новой конструкции волоконно-оптического уровнемера не содержит активных элементов, требующих электрического питания, что позволяет его использовать на самых взрывоопасных и пожароопасных объектах.

Источники информации:

1 Патент на изобретение RU 1840401 «ОПТИЧЕСКИЙ УРОВНЕМЕР ЖИДКИХ СРЕД», МПК G01F 23/22, приоритет от 21.05.1980;

2 Патент на изобретение RU 2306531 «УРОВНЕМЕР ЖИДКОСТИ», МПК G01F 23/22, приоритет от 20.09.2007;

3 Патент на изобретение RU 2564683 «ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ УРОВНЕМЕР И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ», МПК G01F 23/22, приоритет от 27.03.2014.


ВЗРЫВОБЕЗОПАСНЫЙ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ УРОВНЕМЕР
ВЗРЫВОБЕЗОПАСНЫЙ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ УРОВНЕМЕР
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 31-33 из 33.
20.05.2023
№223.018.6714

Лазерный прибор разведки

Изобретение относится к приборам разведки и предназначено для получения и анализа изображений на различных дальностях. Лазерный прибор разведки содержит лазерный сканер, объектив, ПЗС-матрицу, процессор, датчики угла, при этом в корпусе лазерного сканера на одной оси, установленной в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002755587
Дата охранного документа: 17.09.2021
20.05.2023
№223.018.67b9

Устройство проверки чистоты канала ствола пушки

Изобретение относится к машиностроению, а именно к бронетанковому вооружению. Устройство проверки чистоты канала ствола пушки содержит: вращающийся транспортер (ВТ), механизм подъема кассет, механизм удаления поддона, досылатель, электромеханический стопор пушки, запоминающее устройство,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002794605
Дата охранного документа: 24.04.2023
24.05.2023
№223.018.6f78

Многоствольный миномет

Многоствольный миномет содержит корпус со стволами, установленный в опорную плиту, механизмы вертикальной и горизонтальной наводки, треногу, ходовую часть. В корпус жестко установлены пять стволов, а также в дульной части подвижно на шарнирах закреплен приемный корпус с защелкой и возможным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002796065
Дата охранного документа: 16.05.2023
Показаны записи 61-70 из 91.
21.04.2019
№219.017.3619

Многоствольная артиллерийская система

Изобретение относится к стрелково-пушечному вооружению. Многоствольная артиллерийская система содержит четыре и более ствола с общей казенной частью, где расположены подвижные детали - ползун с подающими стержнями и поршнем с запирающим механизмом, опирающийся на пружины возвратного механизма и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002685493
Дата охранного документа: 18.04.2019
02.05.2019
№219.017.48a6

Комбинированный боеприпас объемного взрыва

Изобретение относится к боеприпасам объемного взрыва. Комбинированный боеприпас объемного взрыва содержит корпус, горючее, диспергирующее устройство, инициирующий заряд, в котором корпус в передней части закрыт пластмассовым конусом с установленным в нем пьезоэлектрическим генератором, в осевой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686763
Дата охранного документа: 30.04.2019
15.06.2019
№219.017.8366

Способ придания начальной скорости пулям и снарядам

Изобретение относится к огнестрельному оружию. Способ придания начальной скорости пулям и снарядам в канале ствола заключается в импульсном воздействии сжигаемой легковоспламеняющейся жидкости в устройстве, которое содержит ствол, ствольную коробку с крышкой, газоотводный узел, возвратную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002691541
Дата охранного документа: 14.06.2019
26.06.2019
№219.017.9262

Боевая часть управляемого противотанкового снаряда

Изобретение относится к военной технике и, в частности, к конструкции кумулятивных боеприпасов, предназначенных для пробития брони. Технический результат - увеличение пробивной силы кумулятивной струи и, соответственно, толщины пробиваемой брони, а также повышение поражающего действия...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002692308
Дата охранного документа: 24.06.2019
04.07.2019
№219.017.a4de

Пистолет с электроспуском

Изобретение относится к стрелковому оружию. Пистолет состоит из ствола, рамки затвора, возвратной пружины, затвора, пистолетной рукоятки, спускового крючка, магазина для безгильзовых патронов унитарного заряжания. Инициирование патронов происходит электроискровым способом. Для создания импульса...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002693359
Дата охранного документа: 02.07.2019
19.07.2019
№219.017.b6a3

Азотогенерирующий состав для пожаротушения и способ его получения

Изобретение относится к азотогенерирующему составу объемного пожаротушения и способу его получения. Азотогенерирующий состав, содержащий азид щелочного металла, оксид тяжелого металла, модификатор горения в виде оксида алюминия, модифицированного нитратом кобальта (II), с промотирующими...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002694773
Дата охранного документа: 16.07.2019
02.10.2019
№219.017.ccca

Танковая система автоматического заряжания

Изобретение относится к артиллерийскому вооружению. Танковая система автоматического заряжания для подачи снаряда в ствол орудия содержит люльку, противооткатные устройства, казенник. Внизу казенника на полозках расположен подпружиненный лоток со стопором и нагрузочной площадкой, выдвигающийся...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002701070
Дата охранного документа: 24.09.2019
10.10.2019
№219.017.d407

Стол для технического обслуживания аккумуляторных батарей

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к столам для технического обслуживания. Стол для технического обслуживания аккумуляторных батарей содержит корпус с осью, столешницу, фиксатор, ножки стола с колесиками. Ось установлена в радиально-упорный подшипник, закрепленный в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002702461
Дата охранного документа: 08.10.2019
21.11.2019
№219.017.e43a

Динамический датчик плотности жидкости

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для контроля плотности жидкости в различных сосудах. Динамический датчик плотности жидкости содержит мостовую схему с включенным в ее плечо измерительным резистором, выполненным по длине контролируемого столба жидкости, с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002706457
Дата охранного документа: 19.11.2019
01.12.2019
№219.017.e993

Подкалиберный кассетный ракетный выстрел

Предлагаемое изобретение относится к области ракетно-артиллерийской техники и может быть использовано в конструкции подкалиберных выстрелов для повышения их боевой эффективности. Подкалиберный кассетный ракетный выстрел содержит гильзу с установленными в ней снарядами и пороховым зарядом, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002707625
Дата охранного документа: 28.11.2019
+ добавить свой РИД