Содержание к диссертации
Введение
1 Обоснование выбора способа измерения уровня искро-взрыво-пожароопасных жидкостных сред на инженерно-технических объектах в различных отраслях промышленности 16
1.1 Анализ известных способов и средств измерения уровня жидкостных сред 16
1.2 Базовые конструктивно-технологические решения волоконно-оптических сигнализаторов уровня жидкостных сред 34
1.3 Базовые конструктивно-технологические решения волоконно- оптических многоточечных уровнемеров жидкостных сред 37
1.4 Базовые конструктивно-технологические решения волоконно- оптических датчиков гидростатического давления 42
Основные выводы и результаты 50
2 Математическое моделирование процессов, происходящих в оптическом тракте волоконно-оптической системы измерения уровня жидкостных сред 51
2.1 Распределение светового потока в оптическом тракте волоконно- оптической системы измерения уровня жидкостных сред 51
2.2 Управление световым потоком в волоконно-оптическом преобразователе уровня с модулирующим элементом в виде границы раздела двух сред с разными коэффициентами преломления 64
2.3 Управление световым потоком в волоконно-оптическом преобразователе гидростатического давления с модулирующим элементом в виде аттенюатора основные выводы и результаты 93
3 Разработка модернизированных конструктивно-технологических решений волоконно-оптических систем и новых способов измерения искро-взрыво-пожароопасных жидкостных сред 95
3.1 Методики расчета энергетических и оптимальных конструктивных параметров оптической системы измерительных преобразователей разрабатываемых волоконно-оптических систем измерения уровня жидкостных сред 95
3.1.1 Расчет конструктивно-технологических параметров волоконно-оптических сигнализаторов 9 5
3.1.2 Расчет конструктивно-технологических параметров волоконно-оптических датчиков гидростатического давления 104
3.1.3 Энергетический расчет искро-взрыво-безопасности разрабатываемых волоконно-оптических систем измерения уровня жидкостных сред 110
3.2 Особенности построения и принцип действия модернизированного многоточечного волоконно-оптического уровнемера жидкостных сред 120
3.3 Новые способы измерения уровня искро-взрыво-пожароопасных жидкостных сред 126
3.4 Особенности построения и принцип действия волоконно- оптических систем измерения уровня жидкостных сред, реализующих новые способы измерения уровня жидкостных сред 130
Основные выводы и результаты 136
4 Технологические основы проектирования и экспериментальные исследования волоконно-оптической системы измерения уровня жидкостных сред 137
4.1 Особенности технологической реализации экспериментальных образцов многоточечного волоконно-оптического уровнемера 137
4.2 Технологические способы и процедуры юстировки и настройки волоконно-оптической системы измерения уровня жидкостных сред 144
4.3 Методика и результаты экспериментальных исследований волоконно-оптической системы измерения уровня жидкостных сред 156
4.3.1 Методика и результаты экспериментальных исследований сигнализаторов, входящих в состав волоконно-оптической системы измерения уровня жидкостных сред. 156
4.3.2 Методика и результаты экспериментальных исследований исследования волоконно-оптических датчиков гидростатического давления, входящих в состав волоконно-оптической
системы измерения уровня жидкостных сред. 169
Основные выводы и результаты 180
Перечень принятых сокращений 183
Библиографический список .
- Базовые конструктивно-технологические решения волоконно-оптических сигнализаторов уровня жидкостных сред
- Управление световым потоком в волоконно-оптическом преобразователе уровня с модулирующим элементом в виде границы раздела двух сред с разными коэффициентами преломления
- Расчет конструктивно-технологических параметров волоконно-оптических сигнализаторов
- Технологические способы и процедуры юстировки и настройки волоконно-оптической системы измерения уровня жидкостных сред
Базовые конструктивно-технологические решения волоконно-оптических сигнализаторов уровня жидкостных сред
В настоящее время современные и перспективные разработки авиационной, вертолетной, ракетно-космической, нефтегазодобывающей и других отраслей техники нуждаются в определенной номенклатуре датчиков для информационно-измерительных систем (ИИС), к которым предъявляют повышенные требования, в первую очередь, работоспособность в жестких условиях эксплуатации и обеспечение безопасности. Особенно это актуально при измерении уровня взрывоопасных жидкостей. Введение в конструкции изделия дополнительных систем и контуров защиты от случайного проскакивания искры приводит к увеличению массы авиационной, ракетной и другой техники. Одним из основных требований, предъявляемых к ИИС измерения уровня жидкостных сред является требование обеспечения высокой точности регистрации уровня жидкостных сред [58].
В современных ИИС применяется несколько способов измерения уровня жидкостных сред, которые условно можно разделить на следующие группы: емкостные, резонансные, ультразвуковые, манометрические, термометрические, поплавковые, вибрационные и оптические. В настоящее время в РК и АТ, в нефте- и газовой, химических промышленностях и в других отраслях зачастую применяются радиолокационный, ультразвуковой, поплавково-индуктивный и емкостный уровнемеры жидкостных сред. Сравним различные типы датчиков для ИИС.
Радиолокационные уровнемеры фирм «Saab» типа Saab Tank Radar L/2, Швеция, «Enfar» типа 872, Голландия, Завод «Красное знамя», г. Рязань работают по принципу частотно-модулированной синтезированной импульсной рефлектометрии [28]. Диапазон измерения 0…40 м. Погрешность измерения (по рекламным источникам) ± 1 мм (фактически ± 5 мм). Чувствительность ± 0,1 мм. Рабочая частота 9,5…10,5 ГГц. Излучаемая мощность 0,1 мВт. Диапазон рабочей температуры (минус 40…+ 85) оС (возможен более широкий диапазон).
К недостаткам этого типа уровнемеров можно отнести: - неработоспособность при выпадении на антенне конденсата влаги; - увеличение погрешности при градиенте температуры в газовой подушке над поверхностью жидкости при хаотичном изменении физических свойств газовой подушки из-за подсоса воздуха при сливе, а также при изменении условий реверберации радиоволн внутри резервуара; - необходимость привлечения образцовых средств измерения для периодической поверки уровнемера.
Перечисленные недостатки радиолокационных уровнемеров в полной мере присущи и ультразвуковым уровнемерам.
Датчик ультразвуковой системы конструктивно прост (пьезокерамическая пластина, зажатая в конструкцию, к которой от высокочастотного генератора подводится возбуждающий ток) [28]. Однако физика взаимодействия датчика с внутрибаковой средой для ультразвуковых датчиков сложна, на колеблющейся поверхности могут возникать побочные нежелательные явления типа кавитации (в особенности при работе в кипящей жидкости), появление которых заранее предсказать трудно. По этой причине надежность внутрибаковых ультразвуковых датчиков значительно уступает надежности емкостных и манометрических датчиков. Технология получения ультразвуковых датчиков с нужными резонансными характеристиками достаточно сложна и требует весьма существенных научно-технических и финансовых затрат.
Важнейшим фактором, увеличивающим погрешность измерения радиолокационных и ультразвуковых уровнемеров, является случайное распределение физических свойств газа по всей высоте резервуара.
По простоте, массе и надежности предпочтительнее емкостная система [68,98]. Аппаратуру представляется возможным располагать на значительном удалении от объекта измерения (до 500 м), в то время как в ультразвуковой и манометрической системах преобразующая аппаратура должна располагаться в непосредственной близости от датчика.
Емкостная система позволяет произвести практически полную проверку работоспособности простыми средствами с пульта управления заправкой. Любые обрывы в кабелях или неисправности их состыковки приведут к разбалансу измерительного моста. При номинальном же состоянии (баланс моста) мост может быть искусственно разбалансирован путем подключения образцового конденсатора. В этом заключается проверка работоспособности емкостной системы.
Для достижения тех же целей в ультразвуковых и, особенно, манометрических системах требуется специальная аппаратура и значительное время. Инерционность ультразвуковой и емкостной системы практически одинакова (не более 0,1 с), а манометрической выше: 0,2…0,5 с, хотя остается в пределах применимости при скоростях заправки до 10 мм/с [68].
Емкостная уровнемерная система является чисто электрической: не требует преобразования неэлектрических величин в электрические и обратно. Это важно, так как любые преобразования неэлектрических величин в электрические связаны с дополнительными “подводными камнями”, опасными для сохранения таких важнейших характеристик системы, как надежность, точность и помехоустойчивость.
Таким образом, системы с емкостными датчиками обеспечивают определенные преимущества.
В случае использования в качестве горючего жидкого водорода применение уровнемеров емкостного типа исключается, так как малое значение относительной диэлектрической проницаемости горючего (г=1,2) требует увеличения “сухой” емкости измерительной точки, и, как следствие, увеличения габаритов и массы датчика в целом.
Требование по обеспечению точности измерения диктует необходимость размещения преобразующей аппаратуры в непосредственной близости от емкости. В некоторых случаях требование по обеспечению безопасности эксплуатации объекта предписывает удаление аппаратуры на безопасное расстояние от емкости. Поэтому при создании ИИС при заправках нужно найти решение, позволяющее точно измерять емкость на достаточном удалении от датчика уровня, то есть требуется обеспечить измерение электрической емкости с погрешностью не более ±0,1 пФ с учетом паразитной электрической емкости кабельной линии связи, значение которой может составлять 30000 пФ [68]. Это представляет серьезную научно-техническую и метрологическую проблему, называемой среди разработчиков “проблемой длинной линии”. Данную проблему представляется возможным решить с помощью применения трансформаторных мостовых цепей с индуктивной связью, которые обладают исключительно высокой устойчивостью и стабильностью плечевых отношений при воздействии ряда дестабилизирующих факторов. Но это решение обусловливает усложнение и увеличение габаритов аппаратуры.
Управление световым потоком в волоконно-оптическом преобразователе уровня с модулирующим элементом в виде границы раздела двух сред с разными коэффициентами преломления
В то же время данный участок целесообразно использовать в ВОП релейного типа: в сигнализаторах уровня жидкости, так как из-за неравномерного распределения светового потока обеспечивается резкий перепад сигнала, что в данном случае является необходимым.
При конструировании ВОС ОЧЭ следует располагать на расстоянии Xi кр, где кр – расстояние формирования светового пучка, так как: 1 по всей плоскости торца стержня распределение будет однородным за исключением одной точки (луч от данной точки не выйдет, так для точек, лежащих около оптической оси, потеря интенсивности будет максимальна). Что позволяет проводить более простые расчеты; 2 при Хi кр - распределение на торце: а) неравномерное; б) уменьшается подача светового потока в зону измерения, что ведет к малому выходному сигналу. Наконец, при некотором положении Хi = а кр световой поток не будет попадать в зону измерения (в нашем случае на входной торец ОЧЭ).
При конструировании дифференциальных ВОДГД аттенюатор следует располагать на расстоянии большем, чем кр , так как:
1 распределение будет равномерным, что дает возможность исключить нелинейность и управлять поведением функции преобразования в диапазоне регистрации, проводить более простые расчеты;
2 при расположении Хi кр распределение на торце неравномерное и данный участок не рекомендуется для измерительных преобразователей, имеющих функцию преобразования непрерывного типа. В то же время данный участок целесообразно использовать в измерительных преобразователях релейного типа;
3 при Хi = а кр световой поток не будет попадать на модулирующий элемент. 2.2 Управление световым потоком в волоконно-оптическом преобразователе уровня с управляющим элементом в виде границы раздела двух сред с разными коэффициентами преломления
Базовым технологическим узлом волоконно-оптического сигнализатора (ВОC) является волоконно-оптический преобразователь уровня (ВОПУ), представляющий собой конструктивно-технологическую совокупность определенным образом расположенных относительно друг друга подводящих и отводящих оптических волокон и оптического чувствительного элемента (ОЧЭ).
В процессе проектирования ВОПУ стоит задача определения оптимальных конструктивно-технологических параметров оптической системы (для ВОПУ (см. рисунок 3.5) – это расстояния от ОВ до цилиндрического стержня, размеры стержня: диаметр, длина, при которых достигаются выполнение и нарушение условия полного внутреннего отражения (ПВО). Для этого рассматриваются вопросы распределения мощности светового потока в пространстве ВОУ.
При проектировании ВОС возникают проблемы, связанные с потерями светового потока в местах соединения ОЧЭ с торцами ПОВ и ООВ, а также в самом ОЧЭ, что приводит к низким метрологическим характеристикам.
При изготовлении ОЧЭ встает вопрос в правильности выбора конструктивных параметров: длины L и радиуса R оптического чувствительного элемента.
Для достижения высоких метрологических характеристик необходимо, чтобы соотношение значений конструктивных параметров ОЧЭ обеспечивало максимальный перепад оптического сигнала (в случае контакта с жидкостью и отсутствии контакта), минимальные информативные потери в зоне измерения и попадание лучей от подводящего оптического волокна в отводящие оптические волокна при отсутствии контакта ОЧЭ с жидкостью. Длину L оптического чувствительного элемента (ОЧЭ) - стержня определим с помощью следующего выражения, согласно геометрическим построениям, приведенным на рисунке 4.6 [65]. tg2 arcsin где ли - апертурный угол оптического волокна (ОВ), щ - показатель преломления ОЧЭ, щ - показатель преломления среды (воздуха), п0=\, п - показатель преломления исследуемой жидкости, dc - диаметр сердцевины ОВ, d0 - диаметр оболочки ОВ. R - радиус шарового сегмента ОЧЭ, обращенного в сторону измеряемых сред,
Отношение диаметров оптического волокна должно быть dо/dс = 2,5. Результаты расчетов по формуле (2.23) с учетом условия (2.24) для жидкостей с коэффициентом преломления п 1,25 показали, что максимальный перепад сигнала достигается, если световой поток переотражается от шарового сегмента ОЧЭ под углом а, равным
При отсутствии контакта ОЧЭ с жидкостью при падении луча под углом а на шаровой сегмент происходит полное внутреннее отражение, и луч отражается от шарового сегмента под углом Для углов падения а, приведенных в выражении (2.22) и отвечающих выражению (2.25), было получено sina0Tp l. Это означает, что имеет место полное внутреннее отражение [19]. При контакте ОЧЭ с жидкостью происходит нарушение условия полного внутреннего отражения, часть светового потока выходит из стержня под углом
Рассмотрим оптическую систему «ПОВ - ОЧЭ - ООВ» и проследим, как влияет каждый параметр формул (2.21) и (2.22) на характер распространения светового потока в данной оптической системе.
Определив конструктивные параметры ОЧЭ, а именно длину L из выражения (2.20) и радиус шарового сегмента R, удовлетворяющего условию (2.21), располагаем торец ОЧЭ на расстоянии Xi от общего торца ОВ (рисунок 2.12). Расстояние Xi должно удовлетворять условию Xi , где - дистанция формирования светового пучка. В. С Р д я щ е е о п т и ч е с к о е в о л о к н о ОО В - О т в о д я щ е е о п т и ч е с к о е в о л о к н о
Лучи 1, 2 и 3, 4, которые выходят из сердцевины ПОВ из точек А, А\ под углом NA, проходят расстояние Xi и падают на плоский торец ОЧЭ под углом NA. От конструктивного параметра Xi зависит, какое количество световой энергии попадет в ОЧЭ. При этом стремятся, чтобы распределение светового потока на входном торце ОЧЭ было равномерным, что в дальнейшем упрощает математические расчеты. Это возможно в случае Xi , где дистанция формирования светового пучка зависит от параметров dо, dс. Следует учитывать, что при Xi распределение светового потока на торце ОЧЭ неравномерное.
Угол ф зависит от конструктивных параметров По, пь NA В зависимости от длины L, радиуса R, расстояния Xi , диаметров ОВ dс, dо, лучи 1, 2 и 3, 4 могут сразу падать на сферическую поверхность под углами: луч 1 под углом ось луч 2 под углом ос2. Лучи 3, 4 проходят такой же путь, как и лучи 1, 2 соответственно (из-за симметрии относительно оси ООi), следовательно луч 3 падает на сферическую поверхность под углом аь луч 4 под углом а2 (рисунок 2.13).
После одного или нескольких отражений лучей 1, 2 и 3, 4 под углом р (рисунок 2.14, 2.15) от цилиндрической поверхности ОЧЭ падают на сферическую поверхность под углами: лучи 1, 3 - аь лучи 2, 4
Расчет конструктивно-технологических параметров волоконно-оптических сигнализаторов
Подключение волоконно-оптических измерительных преобразователей (ВОП) и их взаимодействие с остальными функциональными элементами ВОСИУЖС должно осуществляться через стандартный интерфейс, представляющий собой совокупность унифицированных аппаратурных и конструктивных средств, обеспечивающих информационную, параметрическую и конструктивную совместимость элементов ВОСИУЖС. Поэтому необходимым условием внедрения ВОСИУЖС является определение входных и выходных параметров ВОП. Для этого необходимо определить, какие потери оптической мощности вносят отдельные компоненты ВОСИУЖС.
На рисунке 3.11 приведена обобщенная структурная схема участка ВОСИУЖС. В состав элементной базы ВОСИУЖС входят следующие основные компоненты: - волоконно-оптические измерительные преобразователи; - оптические волокна и волоконно-оптические кабели; - волоконно-оптические разъемы; - волоконно-оптические разветвители; - волоконно-оптические переключатели; - источники и приемники излучения.
Основной вклад в энергетические потери системы вносят: - узлы ввода оптического излучения ИИ в ОВ и из ОВ в ПИ; - неоднородности в точках деления-объединения (сварки, склейки) оптической мощности в разветвителях и переключателях; - затухание излучения в световодах в оптическом кабеле; - потери на стыках “разъем-разъем” в оптических разъемах; ОРЗ ОВ2 ОР - информативные и неинформативные потери оптической мощности в измерительных преобразователях.
Очевидно, что для определения входных и выходных параметров ВОП необходимо знать минимально необходимую вводимую в систему мощность, которая определяется мощностью ИИ, порогом чувствительности ПИ, потерями в узлах соединения ИИ и ПИ с ОВ, потерями в самом волокне, соединителях и разветвителях (переключателях) и других элементах оптической схемы (если таковые имеются). При этом на первый план выдвигаются проблемные вопросы выбора элементной базы отдельных структурных единиц ВОИИС, перечисленных выше.
Ввиду того, что предметом исследований данной диссертационной работы являются параметры ВОП для ВОСИУЖС, и она не рассчитана на детальное рассмотрение структуры и элементной базы ВОСИУЖС, не имеющей непосредственного влияния на принципы построения ВОП и их параметры, то исследования по выбору таких структурных единиц как оптические соединители, разветвители, переключатели, мультиплексоры и демультиплексоры автором не проводились. Но при проведении энергетического расчета системы, необходимого для определения входных и выходных параметров ВОП, учитывались оптические потери, вносимые данными элементами. Значения указанных потерь брались из литературных источников и в соответствии с экспертными оценками специалистов в соответствующих областях техники [112, 83].
Необходимо только отметить, что с целью стандартизации и унификации технических решений ВОП и ВОСИУЖС в целом целесообразно на объекте объединять в ВОСИУЖС преобразователи одного типа или использовать звездообразную структуру ВОСИУЖС, когда каждая ветвь системы представляет собой совокупность ВОП одного типа, а в центре системы находятся коммуникационные элементы, обеспечивающие связь ВОП с системой обработки информации [84].
В исследуемых ВОСИУЖС используются многомодовые волокна, так как элементная база ВОСИУЖС на основе многомодовых ОВ существенно дешевле, достаточно освоена в производстве и получила практическую апробацию в реальных сетях. Ввиду того, что на объектах КАТ надежность системы и, соответственно, всех ее компонентов является важнейшим требованием, в качестве ИИ в многомодовых ВОИИС используются светоизлучающие диоды. Выбор ПИ необходимо проводился из условия максимального согласования его спектральной характеристики со спектральной характеристикой ИИ. Кроме этого, ПИ, используемые в ВОСИУЖС, должны отвечать следующим требованиям, предъявляемым со стороны ВОСИУЖС: они должны иметь высокую чувствительность в рабочем диапазоне длин волн (не ниже 45 дБ), большое быстродействие, низкий уровень вносимых шумов, малые массу и габариты, точно воспроизводить форму принимаемого сигнала. Наиболее надежными в жестких условиях эксплуатации являются полупроводниковые фотодиоды, которые в наибольшей степени удовлетворяют и всем другим вышеперечисленным требованиям [96].
Очевидно, что максимальные потери мощности излучения происходят в ВОСИУЖС с ВОП отражательного типа ввиду значительных информативных и неинформативных потерь в зоне измерения. Поэтому в качестве примера рассмотрен участок ВОСИУЖС с временным мультиплексированием и ВОП отражательного типа, расчетная схема которой представлена на рисунке 3.12.
Сигнал от ИИ до ИП проходит оптический разъем ОР1, представляющий собой стык “розетка-вилка” (первый узел юстировки), причем в розетке закреплен излучающий торец ИИ, вилкой оконцовано оптическое волокно ОВ1. Разъем ОР1 вносит потери г1, оптическое волокно
Технологические способы и процедуры юстировки и настройки волоконно-оптической системы измерения уровня жидкостных сред
Чувствительный элемент 1 измерительного преобразователя выполнен в виде стаканообразной мембраны 2 с жестким центром из сплава 36НХТЮ. ВОК 3 предназначен для передачи светового потока от источника излучения 4 в зону измерения и обратно к приемникам излучения 5 и 6 и представляет собой жгут подводящего и отводящих оптических волокон двух измерительных каналов. СУ предназначено для преобразования электрического сигнала в оптический и оптического - в электрический и состоит из источника 4 и приемников излучения 5 и 6. БПИ служит для питания элементов СУ и преобразования электрического сигнала с выхода СУ в стандартный электрический сигнал (0…6) В и состоит из сумматора, делителя и вычитающего устройства. В БПИ осуществляется операция деления сигналов первого и второго измерительных каналов с помощью делителя, что позволяет компенсировать изменения мощности излучения светодиода и неинформативные потери светового потока при изгибах ВОК, так как отношение не зависит от указанных факторов.
ВОДГД работает следующим образом. Часть светового потока источника излучения по ПОВ подается в зону измерения. Под действием измеряемого давления мембрана 2 прогибается, соответственно смещается в направлении Z аттенюатор 7, жестко на ней закрепленный, имеющий круглое отверстие. Смещение отверстия относительно оптических волокон ведет к изменению оптического сигнала Ф0. Часть оптического излучения поступает в ООВ первого измерительного канала, другая часть светового потока - в ООВ второго измерительного канала. Эти сигналы направляются на приемники излучения 5 и 6 соответственно, где преобразуются в электрические сигналы (Р) и 12(Р) соответственно. Дальнейшие преобразования сигналов осуществляются в БПИ. На выходе БПИ снимается сигнал пропорциональный отношению
Через контакты 1 и 2 разъема Х1 источник инфракрасного излучения VD2 запитывается напряжением постоянного тока. Часть светового потока ИИ VD2, поступает в первый рабочий канал и по ОВ распространяется до фотоприемника VD1. Часть светового потока источника излучения VD2 поступает во второй рабочий канал и по ОВ распространяется до фотоприемника VD3. Фотоприемники первого и второго измерительных каналов работают в гальваническом режиме.
Световой поток светодиода VD1, проходит в зону измерения, подвергается определенному преобразованию в соответствии с алгоритмом, заложенным в конструкцию мембраны и волоконно оптического преобразователя давления в целом. В результате формируются два световых потока, которые из зоны измерения поступают на фотодиоды VD2 и VD3 первого и второго измерительных каналов 136 соответственно, преобразуются в электрические сигналы I1(Р) и I2(Р) соответственно. Основные выводы и результаты
1 Разработаны методики расчета основных конструктивных и энергетических параметров оптической системы измерительных преобразователей ВОСИУЖС, определены энергетические соотношения сигналов, обеспечивающие искро-взрыво-пожаробезопасность ВОСИУЖС.
2 Разработан модернизированный искро-взрыво-пожаробезопасный МВОУ жидкостных сред, прозрачных для инфракрасного излучения, отличающийся наличием несколько ОЧЭ, оптические оси которых смещены относительно друг друга на требуемый уровень дискретности и перпендикулярны продольной оси несущей трубы малого размера, что обеспечивает снижение погрешности вариации при изменении направления движения границы раздела сред «газ-жидкость».
3 Разработаны ВОИСУЖС и метод измерения уровня прозрачных для инфракрасного излучения жидкостных сред, обеспечивающие более точные измерения уровня жидкостных сред в условиях движения (например, полета) при изменении угла наклона поверхности жидкости (в диапазоне 0…45 градусов) в емкости с использованием трех разработанных МВОУ, расположенных в углах треугольника.
4 Доказано, что уровень жидкости в сосуде произвольной формы, расположенном под произвольным углом к горизонтали, определяется по формуле H=Z(M) = Z(A) + Z(B) + Z(C), где Z(A), Z(B) и Z(C) - координаты, уровня, определяемые каждым из уровнемеров.
Особенности технологической реализации экспериментальных образцов многоточечного волоконно-оптического уровнемера Способ изготовления МВОУ (см. рисунок 4.1) заключается в следующем [33]: 1) нарезают оптические волокна в количестве 2n, где n количество контролируемых точек уровня жидкости, причем длина Li двух отдельных i-х волокон определяется соотношениями: а) когда точки контроля уровня жидкости равноудалены: Li L +[H - (i-1)i], (4.1) б) когда точки контроля уровня жидкости распределены по длине емкости неравномерно: Х л где L – длина участка от ИИ (или ПИ) до емкости; H – высота емкости (или расстояние от верхней границы емкости до последней точки съема информации); i – расстояние между ближайшими точками съема информации, i=1, 2,…, n – порядковый номер точки (рисунок 4.1); 2) равные по длине одно ПОВ 2 и одно ООВ 3 пропускают (начиная с самых длинных и далее последовательно по мере уменьшения их длины) через полые трубки 6 корпусов 5 (см. рисунок 4.1); 138 d _ а ни т к и Рисунок 4.1 – К определению длины оптических волокон МВОУ 139 3) вклеивают оптические волокна 2 и 3 с помощью клеящего состава 12 во втулки 7 таким образом, чтобы рабочие торцы оптических волокон 2 и 3 были расположены в плоскости поверхности втулок 7, обращенных к наконечнику 8. Наличие клеящего состава 12 на рабочих торцах волокон 2, 3 не допускается; 4) торцы оптических волокон 2 и 3, закрепленных во втулке 7, полируют;
5) спеканием при высокой температуре жестко закрепляют стержни 4 в наконечниках 8 таким образом, чтобы сферические сегменты располагались с узкой стороны конусов наконечников 8, а плоскости других торцов стержней 4 совпадали с основаниями цилиндров наконечников 8; 6) втулки 7 устанавливают в паз 13 наконечников 8; 7) наконечниками 8 прижимают втулки 7 с оптическими волокнами 2 и 3 к одному торцу полых трубок 6 корпусов 5; 8) части 6, 7, 8 корпуса 5 в местах их соединений сваривают между собой сваркой 14; 9) внутренняя полость 15 собранных корпусов 5 заполняется герметиком 16 (на рисунке 4.1 не показан);
10) с помощью приспособления в виде крючка через отверстия 17 в трубе 9, начиная с самого нижнего и перемещаясь вверх по трубе 9, протягивают свободные концы одного подводящего оптического волокна 2 и одного отводящего оптического волокна 3 последовательно, начиная с самых длинных, в сторону источников излучения 1 и приемников излучения 11; 11) корпуса 5 соединяют с трубой 9 в местах отверстий 17 с помощью сварки 18; 12) заглушкой 10 закрывают с нижнего конца трубу 9 и закрепляют с помощью сварки 19; 140 13) герметиком 21 (на рисунке 4.1 не показан) заполняют внутреннюю полость 20 трубы 9; 14) свободные торцы подводящих оптических волокон 2 подводят к источникам излучения 1, а отводящих оптических волокон 3 - к приемникам излучения 11. Процесс сборки многоточечного волок онно -оптического ур овнемер а при установке в емкости
Наиболее сложным представляется процесс сборки МВОУ, рассчитанного на измерения в емкостях большого размера, например высотой до 20 м. Для этого предлагается МВОУ собирать по секциям, соответствующим секторам, на которые поделена емкость (рисунок 4.2).
Этапы сборки следующие: 1) до спуска в емкость 1 секции 2 соединяют между собой стягивающими элементами 4 (например, стальной лентой) начиная с самой верхней секции, прикрепляя последовательно по одной секции, расположенной ниже, в кассету, причем длина LОВ технологического участка оптического волокна 5 между секциями определяется выражением:
