ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ УРОВНЕМЕР

Заявляемое устройство относится к приборам контроля за уровнем жидкости в закрытых емкостях и может быть использовано, например, в ракетной технике, для измерения уровня жидкости различных сред.
Известно устройство для измерения уровня жидкости, представляющее собой цилиндрическую трубу, выполненную из немагнитного материала, содержащее поплавок с управляющим магнитом (пат. РФ №33437, опубл. 20.10.2003). Недостатком данного устройства является невозможность измерения сред разных плотностей, поскольку поплавок с управляющим магнитом снабжен утяжеляющими кольцами, что требует унификации грузов под каждую жидкость.
Известен волоконно-оптический измеритель уровня жидких сред, содержащий одномодовый широкополосный источник оптического излучения, волоконный световод, поглотитель оптического излучения (пат. РФ №2383871, опубл. 10.03.2010). Измерение уровня жидкости осуществляется в результате взаимодействия внешней измеряемой жидкой среды с волоконным световодом. Оптическое излучение из волоконного световода, находящегося в контакте с измеряемой жидкой средой, поступает на поглотитель оптического излучения, который поглощает оптическое излучение из стержневого волновода и пропускает оптическое излучение из трубчатого волновода волоконного световода на вход спектрометра с выходным цифровым сигналом. Спектрометр производит анализ спектра оптического излучения из трубчатого волновода волоконного световода и передает результаты на вход устройства обработки цифровых сигналов. Недостатком известного устройства является низкая точность измерения вследствие технологической сложности получения с заданной точностью световода с изменяющимся вдоль оптической оси показателем преломления материала.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, уровнемер для системы управления расходованием топлива жидкостных ракетоносителей с использованием волоконно-оптических линий (http://sntbul.bmstu.ru/doc/851970.html). В основе уровнемера лежит распределенный датчик, состоящий из одномодового стандартного телекоммуникационного волокна, оптического рефлектометра, воздействующего элемента - профилированного поплавка, трубки - сообщающегося сосуда с баком компонентов топлива (контролируемого резервуара). Принцип действия устройства основан на взаимодействии оптического волокна с внешней средой, через оказываемое давление на определенный участок этого волокна. Рефлектометр измеряет уровень отраженного сигнала вдоль всей волоконной линии, что дает возможность определить изменение сигнала линейно в каждый момент времени. Недостатком прототипа является низкая точность измерений, обусловленная тем, что при использовании поплавка без магнита отсутствует дополнительный источник воздействия на оптоволокно, в результате чего возникает вероятность несрабатывания всей системы.
Технический результат заявляемой полезной модели состоит в повышении точности измерений уровня жидкости различных сред в закрытом резервуаре.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в волоконно-оптическом уровнемере, содержащем цилиндрическую трубку, сообщающуюся с контролируемым резервуаром, расположенный в цилиндрической трубке распределенный датчик, состоящий из одномодового стандартного телекоммуникационного волокна, оптического рефлектометра и воздействующего элемента - поплавка, внутри которого установлены три ролика, согласно заявляемой полезной модели, корпус поплавка выполнен из магнитного материала.
Принцип действия заявляемого устройства основан на взаимодействии поплавка, корпус которого выполнен из магнитного материала, с оптоволокном, вследствие чего оптический рефлектометр определяет местоположение постоянного магнита (поплавка), что вкупе с механическим воздействием роликов, установленных внутри поплавка, на оптоволокно, увеличивает точность измерений.
Волоконно-оптический уровнемер (фиг.) состоит из основного (контролируемого) резервуара 1, рефлектометра 2, оптоволокна 3, поплавка 4, цилиндрической трубки 5 и гермопроходника 6.
Цилиндрическая трубка 5 уровнемера представляет собой сосуд, сообщающийся с основным (контролируемым) резервуаром 1 и позволяет коррелировать погрешности уровня измеряемой жидкости, вызванные изменением траектории полета ракетоносителей функционалом рабочей циклограммы. В трубке 5 натянуто оптоволокно 3, соединенное одним концом с рефлектометром 2, вынесенным за пределы бака (в приборный отсек) и защищенным от жидкости в баке гермопроходником 6. Вдоль оптоволокна 3, вслед за уходящей из трубки 5 уровнемера жидкостью, перемещается поплавок 4, выполненный из магнитного материала, внутри которого расположены ролики, которые искривляют оптоволокно. Данные искривления (микро-изгибы) фиксирует рефлектометр 2. Также, помимо физического воздействия на оптоволокно, рефлектометр 2 регистрирует воздействие магнитного поля, оказываемого корпусом поплавка 4 на оптоволокно. Природа данного взаимодействия обоснована так называемым «магнитооптическим эффектом», сущность которого заключается в том, что круговое двулучепреломление, появляющееся в присутствии магнитного поля, поворачивает плоскость поляризации линейно поляризованного излучения на определенный угол. Так как поплавок 4 перемещается вместе с жидкостью, то искривление оптоволокна осуществляется строго по ходу перемещения жидкости, вдоль натянутой оптоволокна, в результате чего мы получаем линейную картину отображения уровня зеркала жидкости в баке ракетоносителей.
Таким образом, взаимодействие постоянного магнита (поплавка, корпус которого выполнен из магнитного материала), с оптоволокном вкупе с механическим воздействием роликов на оптоволокно увеличивает точность измерений, и, следовательно, повышает надежность и работоспособность всей системы.