测量在罐中的液体的液位的光学探针制造技术

本发明专利技术涉及一种适于测量罐中液体液位的光学探针，包括：‑适于接收准直光束(13a)的投射的透明的和折射的光波导(3)，所述光波导(3)被构造成根据位于气体介质(7)中的光波导的任何部分(3a)中的全反射状态向内反射准直光束，并根据浸没在液体介质(9)中的光波导的任何部分(3b)中的折射状态来折射该准直光束，所述光波导(3)能够在气体介质(7)和液体介质(9)之间的接口(15)处从全反射状态切换到折射状态，以及‑镜(5)，所述镜(5)围绕所述光波导(3)布置，并适于在气体介质(7)与液体介质(9)之间的接口(15)处反转由光波导(3)折射的准直光束的路径，所述光学路径由表示罐(11)中液体液位的准直光束所覆盖。

An optical probe for measuring the liquid level in a tank

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】测量在罐中的液体的液位的光学探针
本专利技术涉及罐内液位测量的领域，更具体说是涉及飞行器罐内燃油液位的测量。
技术介绍
目前，在航空领域，电容效应电子探针用于测量罐中煤油的液位。电容探针是垂直地安装在罐中的多种长度的管状装置。每个电容探针都是一种电动的空心管，其电容值根据管内煤油的液位而变化。电容探针需要电源电缆或线束以及用于将测量报告给相关计算机的返回电缆。根据非常严格的安全标准，这些电缆被布线并连接到多种探针。从技术的角度来看，这些安全标准非常有效，但非常受限制并且相当复杂。此外，电气线束频繁地遭受感应电噪声现象。此外，电容探针的系统包括需要管理大量标记P/N(零件号)的大量设备。存在用于测量罐中液体液位的其他类型技术。例如，文献JP2005127914公开了一种基于测量无护套光纤中传输的光强度降低的检测装置。然而，根据参考表进行的测量非常近似。另外，该测量取决于光源，所述光源必须具有随时间恒定的光强度，这很难保证。事实上，光源的强度可能波动，并且特别地，随时间连续地降低。另一缺点在于在例如煤油这样的液体环境中没有外护套的光纤的脆弱性。因此，本专利技术的目的是提供一种无源光学探针，其克服上述缺点，能够在避免电容探针的非常严格安全标准的同时以及精确且鲁棒的同时完全地安全。
技术实现思路
本专利技术涉及一种适用于测量罐中液体液位的光学探针，包括：-一种适用于接收准直光束的投射的折射光波导，所述光波导被构造成根据在位于气体介质中的波导的任何部分中的全反射状态向内反射所述准直光束，并根据在浸没在液体介质中的光波导的任何部分中的折射状态折射所述准直光束，一旦所述光波导被浸没，所述光波导能够在气体介质和液体介质之间的接口从全反射状态切换到折射状态，以及-镜，所述镜被布置在所述光波导周围并且适用于反射由所述波导折射的准直光束从而在气体介质和液体介质之间的接口反转其路径，由所述准直光束行进的光路表示罐中液体的液位。光学探针完整地无源，并且完全地移除了对电源缆线布线的任何问题。此外，在提供非常精确的测量值同时这非常坚固。此外，光学探针使设备的部件数量最小化，从而限制标记P/N的数量。根据本专利技术的一个具体特征，所述光学探针包括遥测工具，所述遥测工具能够以非常短的光脉冲形式将光束投射到所述光波导中并且能够反过来接收反转光束，所述反转光束使其能够测量流逝的时间以及因此光束所行进的光路长度，并且由此推断出罐中液体的液位。所述遥测工具非常精确，并且仅需要一根光纤以将其连接到光波导，由于光纤用于传输光束以及用于使反转光束返回到遥测工具。有利地，所述光波导是一种由透明和折射材料制成的固体光学圆柱体，所述光学圆柱体包括适用于以预定入射角接收准直光束的投射的接收区域，所述入射角被构造，使得在全反射状态下，所述准直光束可行进一条包括一系列直线段的路径，所述直线段的端部是光束以所述预定入射角在光学圆柱体壁上的冲击点，所述镜被附接到圆柱并面对被称为“窗”的冲击点布置。固体光学圆柱体非常坚固，并且通过使准直光能够行进一条具有非常小螺距的准螺旋路径，可以进行非常精确的测量。此外，接收区域使得可以锁定预定入射角，其被最佳地选择，能够随时间进行有效和永恒地准确切换。有利地，所述光波导是直光学圆柱体。或者，所述光波导是具有棱柱曲面的光学正圆柱体。根据本专利技术的一优选实施例，所述光学圆柱体由一组圆柱形的模块元件构成，所述元件被构造成彼此稳固地堆叠在一起。这使得光学探针可适应任何类型的罐，并且可以将参考数限制到仅一个。有利地，每个模块元件包括一个镜以及适用于在多种构造中确保卡扣紧固的凸形和凹形卡扣紧固设备。有利地，根据所述光学圆柱体、所述气体介质和所述液体介质的折射率确定所述入射角的值。根据本专利技术的一个具体实施例，光学圆柱体具有大致为1.5的折射率，气体介质为具有大致为1的折射率的空气，液体介质为具有大致为1.44的折射率的煤油，并且入射角的值为大致为60°。有利地，所述光波导适用于接收多个准直光束投射。这有利地提高了测量的精度。附图说明在参考附图阅读本专利技术的优选实施例后，本专利技术的其他特征和优点将变得显而易见，其中：图1高度示意性地示出了根据本专利技术实施例适用于测量罐中液体液位的光学探针；图2示意性地示出了根据本专利技术的优选实施例，适用于测量罐中液体液位的光学探针；图3A-3C示意性地示出了根据图2的实施例，由遥测工具投射的光之后的光路；以及图4示意性地示出了根据本专利技术的优选实施例，用于构造模块光学探针的圆柱元件。具体实施方式本专利技术的原理是使光脉冲的飞行时间与由所述光脉冲行进的光学路径的长度相关联，然后与罐中液体的高度相关联。根据本专利技术，图1示意性地示出了根据本专利技术实施例，适用于测量罐中液体液位的光学探针。光学探针1包括一光波导3和反射面5。光波导3是透明的，并且由折射的聚碳酸酯、PMMA、玻璃型材料等制成，具有例如大致1.5的折射率n1。应该指出的是，在传播光束的介质中可以采用的主要光学特性是折射率。因此，为了确定光学探针1的尺寸和结构，考虑了具有不同指标的三种环境。除光波导3的折射率n1外，还考虑了气体介质7(空气或加载有通过液体蒸汽浓缩到更大或更小程度的不同气体的空气)的折射率n2，以及液体介质9的折射率n3。因此，当光波导3被布置在容纳液体9的罐11中时，光波导3的一部分3a可接触液体9以上的气体介质7，而另一部分3b沉浸在液体9中。光波导3被构造成接收准直光束13a的投射，并根据在位于气体介质7中的波导3的任何部分3a中的全反射状态向内反射准直光束13a，并根据在浸没在液体介质9中的光波导3的任何部分3b中的折射状态折射准直光束13a。通常，一准直光束改变横过例如折射率n1的光波导3的折射介质与折射率n2的气体介质7之间的接口的定向或方向。方向的这种改变用斯内尔定律表示，该定律给出了入射光束的入射角α1、折射光束的折射角α2以及接口任一侧两种介质的两个折射率n1和n2之间的关系，如下：n1sinα1＝n2sinα2。该定律直到临界入射角α1＝αL时有效，该临界入射角导致一种相对于接口平面法线等于90°的折射掠射角。在该临界入射角αl之外，不再观察到折射，但观察到光波导3的介质中的全内反射。在这种情况下，对于入射角αi>αL，反射角也等于入射角αi，并且这在光波导3内处于全内反射状态。因此，光波导3被构造成接收具有大于极限角αL的入射角αi的准直光束13的投射。因此，与气体介质7接触的光波导3的部分3b保持全反射状态。如果光波导3浸泡在折射率n3的液体介质9中，可以使全反射条件突然切换到常规的折射状态。因此，光波导3的运行模式能够在气体介质7和液体介质9之间的接口15处从全反射状态切换到折射状态。一旦光波导3外侧的介质为液体介质9，则具有入射角αi的准直光束13a偏转，并按照斯内尔定律以折射角αr离开光波导3(光束13b)：n1sinαi＝n3sinαr。此外，反射面5(被称为镜)布置在光学光导3周围。这些镜5适用于在气体介质7和液体介质9之间的接口15处反转由光波导3折射的准直光束13b的路径。事实上，根据光的反转路径的光学定律，在液体介质9中折射的准直光束13b通过镜象效应被重新定向，从而沿反转方向行进入射光路。因此，由光束13a-13b行进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适于测量罐中液体液位的光学探针，包括：‑透明的和折射的光波导(3)，所述光波导(3)适于以预定的入射角接收准直光束(13a)的投射，所述光波导(3)被构造成根据位于气体介质(7)中的光波导的任何部分(3a)中的全反射状态向内反射所述准直光束，并根据浸没在液体介质(9)中的光波导的任何部分(3b)中的折射状态折射所述准直光束，所述光波导(3)能够在气体介质(7)与液体介质(9)之间的接口(15)处从全反射状态切换到折射状态，‑镜(5)，所述镜(5)围绕所述光波导(3)布置，并适于在所述气体介质(7)与所述液体介质(9)之间的接口(15)处反转由所述光波导(3)折射的准直光束的路径，以及‑遥测工具(17)，所述遥测工具(17)适于以光脉冲的形式将光束投射到所述光波导(3)中，并适于转而接收该准直和反转的光束，使得可测量由所述光束行进的光学路径的长度，并由此推断出所述罐(11)中液体(9)的液位。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.10 FR 17511261.一种适于测量罐中液体液位的光学探针，包括：-透明的和折射的光波导(3)，所述光波导(3)适于以预定的入射角接收准直光束(13a)的投射，所述光波导(3)被构造成根据位于气体介质(7)中的光波导的任何部分(3a)中的全反射状态向内反射所述准直光束，并根据浸没在液体介质(9)中的光波导的任何部分(3b)中的折射状态折射所述准直光束，所述光波导(3)能够在气体介质(7)与液体介质(9)之间的接口(15)处从全反射状态切换到折射状态，-镜(5)，所述镜(5)围绕所述光波导(3)布置，并适于在所述气体介质(7)与所述液体介质(9)之间的接口(15)处反转由所述光波导(3)折射的准直光束的路径，以及-遥测工具(17)，所述遥测工具(17)适于以光脉冲的形式将光束投射到所述光波导(3)中，并适于转而接收该准直和反转的光束，使得可测量由所述光束行进的光学路径的长度，并由此推断出所述罐(11)中液体(9)的液位。2.根据权利要求1所述的光学探针，其特征在于，所述光波导(3)是由折射材料制成的固体光学圆柱体(31)，所述光学圆柱体(31)包括适于以一预定的入射角接收准直光束的投射的接收区域(21)，所述入射角设置为使得在全反射状态，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞巴斯蒂安·勒·加尔，大卫·托马斯，弗雷德里克·科林，
申请(专利权)人：赛峰电气与电源公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR