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REVENDICATIONS
1. Dispositif de contrôle optique du niveau d'un liquide contenu dans un réservoir, équipé d'un flotteur pivotant articulé sur une paroi fixe, d'une source de lumière extérieure au réservoir, d'un capteur solidaire du flotteur, d'un détecteur et d'au moins un conducteur de lumière reliant la source de lumière au capteur et le capteur au détecteur, caractérisé en ce que le capteur (12, 28, 40, 40', 51, 61) comporte un boîtier étanche à l'intérieur duquel est placé librement un organe réfléchissant la lumière, dont la position varie en fonction de celle du flotteur, cet organe étant agencé pour réfléchir une quantité plus ou moins importante de lumière selon la position du flotteur, c'est-à-dire le niveau du liquide dans le réservoir, et le détecteur étant agencé pour émettre un signal correspondant à cette quantité de lumière réfléchie qui lui est transmise.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe réfléchissant est une bille réfléchissante (9, 29, 49, 49', 54, 64), et en ce que le boîtier comporte un fond incliné par rapport à l'horizontale, de telle manière que la bille se déplace entre une première position centrée sous l'extrémité du conducteur de lumière et une seconde position décalée par rapport à cette extrémité lorsque le liquide dans le réservoir varie entre un premier et un second niveau.
3. Dispositif selon la revendication I, caractérisé en ce que le boîtier a un fond (45, 45', 52) en forme de V, et en ce que le conducteur de lumière pénètre dans ce boîtier sensiblement au centre de la paroi supérieure opposée au fond du boîtier.
4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier a un fond (62) profilé en ligne courbe, en ce que le conducteur de lumière pénètre dans le boîtier sensiblement au centre de la paroi supérieure opposée au fond du boîtier, et en ce que le tronçon d'extrémité du conducteur de lumière pénètre dans le boîtier selon une direction correspondant sensiblement à l'axe du fond de ce boîtier.
5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un conducteur de lumière unique pour transmettre la lumière incidente et la lumière réfléchie par la bille, et un dispositif séparateur pour séparer la lumière réfléchie et la transmettre au détecteur.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le séparateur comporte une jonction Y (21) dont les deux branches divisées sont raccordées respectivement à la source de lumière (22) et au détecteur (33).
7. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux fibres optiques (30, 30') agencées respectivement pour transmettre la lumière de la source (22) vers la bille (29) et pour transmettre la lumière réfléchie par la bille (29) vers le détecteur (33).
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte deux faisceaux de fibres groupées, agencées respectivement pour transmettre la lumière de la source vers la bille et pour transmettre la lumière réfléchie par la bille vers le détecteur, les deux fais
ceaux étant reliés sur un tronçon d'extrémité adjacent à la bille réflé
chissante.
La présente invention concerne un dispositif de contrôle optique du niveau d'un liquide contenu dans un réservoir, équipé d'un flotteur pivotant articulé sur une paroi fixe, d'une source de lumière extérieure au réservoir, d'un capteur solidaire du flotteur, d'un détecteur et d'au moins un conducteur de lumière reliant la source de lumière au capteur et le capteur au détecteur.
On connaît déjà des dispositifs de contrôle optique du niveau dans un réservoir comportant un bloc ellipsoïdal transparent, dans lequel sont incrustées les extrémités de deux fibres optiques et dont la paroi réfléchit, en direction de l'une des fibres, la lumière émise par la source et transmise par l'autre fibre lorsque le bloc n'est pas entièrement immergé. Par contre, lorsque le bloc est immergé, la lumière émise est diffusée dans le liquide, et seule une faible quantité de lumière est réfléchie en direction de l'autre fibre.
Selon le liquide contenu dans le réservoir, la surface réfléchissante peut être souillée par ce liquide, et de ce fait transmettre des informations fausses relatives au niveau de liquide contenu dans le réservoir.
Le présent dispositif se propose de pallier cet inconvénient en fournissant un moyen de contrôle efficace du niveau d'un liquide dans un réservoir, quelle que soit la nature ou la consistance de ce liquide. Un des avantages particulièrement intéressants de ce dispositif est que le contrôle s'effectue sans le recours à un quelconque circuit électrique monté à proximité du réservoir ou dans ce dernier, cet avantage étant particulièrement notoire en milieu détonant, où les risques d'explosion ne sont pas négligeables en cas de panne ou de défection d'un circuit électrique.
Dans ce but, le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que le capteur comporte un boîtier étanche, à l'intérieur duquel est placé librement un organe réfléchissant la lumière, dont la position varie en fonction de celle du flotteur, cet organe étant agencé pour réfléchir une quantité plus ou moins importante de lumière selon la position du flotteur, c'est-à-dire le niveau du liquide dans le réservoir, et le détecteur étant agencé pour émettre un signal correspondant à cette quantité de lumière réfléchie qui lui est transmise.
La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'un exemple de réalisation et du dessin annexé, dans lequel:
la fig. 1 représente une vue schématique d'une forme de réalisation du dispositif selon l'invention;
la fig. 2 représente une autre forme de réalisation du dispositif selon l'invention;
la fig. 3 représente le capteur utilisé dans le dispositif selon l'invention, monté sur un flotteur;
la fig. 4 représente le capteur du montage de la fig. 3, dans deux positions extrêmes;
la fig. 5 représente ce capteur monté sur un autre flotteur, et
la fig. 6 représente une vue agrandie d'une autre forme de réalisation du capteur selon l'invention.
En référence aux figures et notamment à la fig. 1, le dispositif tel que décrit comporte essentiellement une source de lumière 10, un détecteur 11 constitué de préférence par une cellule photo-électrique, un capteur 12 et une fibre optique 13. Un faisceau lumineux incident 14 est injecté dans l'extrémité 15 de la fibre optique 13 et conduit jusqu'à l'autre extrémité 16 de la fibre optique 13, d'où il est émis en direction d'une bille réfléchissante 9 logée à Intérieur du boîtier du capteur 12. La lumière réfléchie par ia bille réfléchissante 9 est réinjectée dans la fibre optique 13, par son extrémité 16, et renvoyée par l'extrémité 15 sur une lentille 17, qui concentre la lumière réfléchie sur un miroir séparateur 18 d'où elle est réfléchie en direction du détecteur 11.
La séparation du faisceau incident et du faisceau réfléchi s'effectue grâce à une polarisation obtenue au moyen de deux polariseurs croisés 19 et 20.
Le capteur 12 sera décrit plus en détail en référence à la fig. 4.
La fig. 2 représente une autre forme de réalisation de ce dispositif, dans lequel l'organe séparateur du faisceau incident et du faisceau réfléchi est remplacé par une jonction Y 21. Une source de lumière 22, similaire à la source 10 de l'exemple précédent, émet un faisceau incident 23 qui est concentré, par une lentille convergente 26, sur l'extrémité d'entrée 24 d'une fibre optique 25. Ce faisceau est conduit au travers de la fibre 25 et réémis, à son extrémité 27, en direction d'une bille 29 identique à la bille 9 de l'exemple précédent. Cette bille est à nouveau logée à l'intérieur du boîtier d'un capteur 28 identique au capteur 12 représenté par la fig. 1. La lumière réfléchie par la surface de la bille 29 est réinjectée à l'extrémité 27 du tronçon 30 commun à la fibre 25 et à une deuxième fibre 31 raccordée à la précédente par la jonction Y 21.
La lumière réfléchie, transmise par la fibre 31, est émise par l'extrémité 32 de cette fibre en direction d'un détecteur photo-électrique 33, constitué
par exemple comme précédemment par une cellule photo-électrique.
Dans ce montage, on pourrait supprimer la jonction Y et le tronçon commun 30 en juxtaposant deux fibres 30 et 30', dont la première sert à conduire la lumière émise par la source et la seconde à transmettre la lumière réfléchie au détecteur.
De façon similaire, on pourrait utiliser un faisceau de fibres groupées, communément appelé bundle, ayant un tronçon d'extrémité commun et dont le tronçon opposé est séparé en deux paquets de fibres aboutissant respectivement au voisinage de la source et au voisinage du détecteur.
La fig. 3 représente un capteur 40, identique aux capteurs 12 et 28 des fig. 1 et 2, fixé sur un flotteur 41 articulé sur un axe de pivotement 42. Le niveau supérieur du liquide est schématiquement représenté par la ligne 43. Le capteur se compose essentiellement d'un boîtier étanche ayant la forme d'un parallélépipède rectangle, comportant une cavité intérieure 44 dont le fond 45 a un profil en forme de V. La paroi supérieure 46 présente une ouverture centrale 47, dans laquelle est fixé le tronçon d'extrémité d'une fibre optique 48 correspondant à la fibre 13 de la fig. 1 et aux tronçons communs 30 des fibres 25 et 31 du dispositif de la fig. 2. Une bille réfléchissante 49 est disposée dans la cavité 44.
Le tronçon d'extrémité 48 est vertical, et la bille est disposée sur le fond 45 du boîtier du capteur 40, de telle manière que l'axe de la fibre soit perpendiculaire à la surface supérieure de la bille 49. Une butée 9 limite la course en hauteur du flotteur. De cette manière, l'observation du signal indique que le niveau du liquide dans le réservoir est suffisant pour que le flotteur soit en appui contre la butée 9. L'absence de signal indique un niveau inférieur au niveau défini par la butée 9. Si l'on souhaite en plus détecter un niveau supérieur à ce niveau, il convient d'adjoindre à ce système un second flotteur équivalent coopérant avec une butée 9' disposée sous le bas du flotteur 41 (comme indiqué sur la figure en traits interrompus).
La fig. 4 représente le capteur 40 dans une position identique à celle où il se trouve sur la fig. 3, et le même boîtier dans une position inclinée 40' correspondant à un niveau de liquide supérieur dans le réservoir, provoquant le basculement du flotteur. La bille 49' a roulé sur l'une des branches du fond 45' du boîtier et se trouve en appui contre l'une des parois latérales de ce boîtier. Dans cette position, la lumière incidente, représentée par le rayon 50, passe complètement à côté de la bille 49' et aucune lumière n'est réfléchie sur la surface de cette dernière.
Dans ce dispositif, la bille peut occuper une position centrale, dans laquelle elle réfléchit une part importante de la lumière incidente, et deux positions symétriques 49', correspondant respectivement à un flotteur incliné vers le bas et à un flotteur incliné vers le haut, pour lesquels pratiquement aucune lumière incidente n'est renvoyée par réflexion dans le tronçon de fibre 48'. En conséquence,
I'absence de signal du détecteur indique que le niveau dans le réservoir est soit au-dessus soit au-dessous de deux niveaux constituant respectivement des repères maximal et minimal placés de part et d'autre d'un niveau sélectionné. Selon l'ouverture du V du fond 45 du boîtier du capteur, ou selon la distance séparant le capteur 40 de l'axe de pivotement 42 du flotteur 41, on obtiendra une sensibilité plus ou moins grande du dispositif.
Par exemple, si l'on veut coupler ce dispositif à un système de régulation d'un niveau dans un réservoir, on a intérêt à réaliser un dispositif particulièrement sensible, c'est-à-dire un dispositif qui réagit très rapidement dès que le flotteur dépasse dans un sens ou dans l'autre le niveau de référence.
La fig. 5 représente un capteur 51, identique aux capteurs précédents, monté sur un flotteur 55. Dans cet exemple de réalisation, le dispositif est suspendu par le conducteur de lumière et le flotteur sphérique bascule, par exemple dans une position 55', lorsque le niveau monte par rapport à un niveau de référence déterminé.
Comme précédemment, la bille 54, logée dans la cavité intérieure 53 du capteur, roule sur le fond 52 en forme de V lorsque le capteur adopte, par exemple, une position 51' inclinée.
Dans certains cas, il peut être utile d'obtenir une information plus nuancée, dépendant non seulement de la distance de la bille réfléchissante mais également de son excentricité. Un tel dispositif est représenté schématiquement par la fig. 6. Le capteur 61, représenté dans sa position de référence et dans une position inclinée 61', diffère des capteurs précédents en ce que le fond 62 de la cavité intérieure 63 du capteur a un profil en arc de cercle. Dans ce cas, la bille 64 roule sur ce fond lorsque le flotteur 65 s'incline pour adopter une position 65'. Une part très importante de la lumière incidente est réfléchie par la bille lorsque l'axe du fond 62 coïncide avec l'axe du tronçon de fibre optique 66. Par contre, la quantité de lumière réfléchie décroît très rapidement dès que la bille prend une position excentrée par rapport à l'axe de la fibre 66.
Dans ce cas, on peut obtenir une information précise relative à une mesure de la variation du niveau dans le réservoir.
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CLAIMS
1. Device for optical control of the level of a liquid contained in a tank, equipped with a pivoting float articulated on a fixed wall, a light source external to the tank, a sensor secured to the float, a detector and at least one light conductor connecting the light source to the sensor and the sensor to the detector, characterized in that the sensor (12, 28, 40, 40 ', 51, 61) has a sealed housing inside of which is freely placed a light reflecting member, the position of which varies as a function of that of the float, this member being arranged to reflect a more or less significant amount of light according to the position of the float, that is to say the level of the liquid in the reservoir, and the detector being arranged to emit a signal corresponding to this quantity of reflected light which is transmitted to it.
2. Device according to claim 1, characterized in that the reflecting member is a reflecting ball (9, 29, 49, 49 ', 54, 64), and in that the housing has a bottom inclined relative to the horizontal, so that the ball moves between a first position centered under the end of the light guide and a second position offset from this end when the liquid in the reservoir varies between a first and a second level.
3. Device according to claim I, characterized in that the housing has a V-shaped bottom (45, 45 ', 52), and in that the light conductor enters this housing substantially in the center of the opposite upper wall at the bottom of the case.
4. Device according to claim 1, characterized in that the housing has a bottom (62) profiled in a curved line, in that the light conductor enters the housing substantially at the center of the upper wall opposite the bottom of the housing, and in that the end section of the light conductor enters the housing in a direction corresponding substantially to the axis of the bottom of this housing.
5. Device according to claim 2, characterized in that it comprises a single light conductor for transmitting the incident light and the light reflected by the ball, and a separator device for separating the reflected light and transmitting it to the detector.
6. Device according to claim 5, characterized in that the separator comprises a Y junction (21), the two divided branches of which are connected respectively to the light source (22) and to the detector (33).
7. Device according to claim 2, characterized in that it comprises at least two optical fibers (30, 30 ') respectively arranged to transmit light from the source (22) to the ball (29) and to transmit the reflected light by the ball (29) towards the detector (33).
8. Device according to claim 7, characterized in that it comprises two bundles of grouped fibers, arranged respectively to transmit light from the source to the ball and to transmit the light reflected by the ball to the detector, the two beams
those being connected on an end section adjacent to the reflected ball
chissant.
The present invention relates to a device for optical control of the level of a liquid contained in a tank, equipped with a pivoting float articulated on a fixed wall, a light source external to the tank, a sensor secured to the float, a detector and at least one light conductor connecting the light source to the sensor and the sensor to the detector.
Devices for optical level control are already known in a reservoir comprising a transparent ellipsoidal block, in which the ends of two optical fibers are encrusted and whose wall reflects, in the direction of one of the fibers, the light emitted by the source. and transmitted by the other fiber when the block is not fully submerged. On the other hand, when the block is immersed, the light emitted is diffused in the liquid, and only a small quantity of light is reflected in the direction of the other fiber.
Depending on the liquid contained in the tank, the reflecting surface may be soiled by this liquid, and therefore transmit false information relating to the level of liquid contained in the tank.
The present device proposes to overcome this drawback by providing an effective means of controlling the level of a liquid in a reservoir, whatever the nature or the consistency of this liquid. One of the particularly advantageous advantages of this device is that the control is carried out without the use of any electrical circuit mounted near or in the tank, this advantage being particularly notorious in detonating medium, where the risks of explosion are not not negligible in the event of a breakdown or defection of an electrical circuit.
For this purpose, the device according to the invention is characterized in that the sensor comprises a sealed housing, inside which is freely placed a light reflecting member, the position of which varies as a function of that of the float, this member being arranged to reflect a greater or lesser quantity of light according to the position of the float, that is to say the level of the liquid in the reservoir, and the detector being arranged to emit a signal corresponding to this quantity of reflected light which is transmitted.
The present invention will be better understood with reference to the description of an exemplary embodiment and the attached drawing, in which:
fig. 1 shows a schematic view of an embodiment of the device according to the invention;
fig. 2 shows another embodiment of the device according to the invention;
fig. 3 shows the sensor used in the device according to the invention, mounted on a float;
fig. 4 shows the mounting sensor of FIG. 3, in two extreme positions;
fig. 5 shows this sensor mounted on another float, and
fig. 6 shows an enlarged view of another embodiment of the sensor according to the invention.
With reference to the figures and in particular to FIG. 1, the device as described essentially comprises a light source 10, a detector 11 preferably consisting of a photoelectric cell, a sensor 12 and an optical fiber 13. An incident light beam 14 is injected into the end 15 of the optical fiber 13 and leads to the other end 16 of the optical fiber 13, from where it is emitted in the direction of a reflective ball 9 housed inside the sensor housing 12. The light reflected by the reflective ball 9 is reinjected into the optical fiber 13, through its end 16, and returned by the end 15 onto a lens 17, which concentrates the light reflected on a separating mirror 18 from where it is reflected in the direction of the detector 11.
The incident beam and the reflected beam are separated by a polarization obtained by means of two crossed polarizers 19 and 20.
The sensor 12 will be described in more detail with reference to FIG. 4.
Fig. 2 shows another embodiment of this device, in which the member separating the incident beam and the reflected beam is replaced by a Y junction 21. A light source 22, similar to the source 10 of the previous example, emits an incident beam 23 which is concentrated, by a converging lens 26, on the entry end 24 of an optical fiber 25. This beam is led through the fiber 25 and re-emitted, at its end 27, in the direction d 'a ball 29 identical to ball 9 of the previous example. This ball is again housed inside the housing of a sensor 28 identical to the sensor 12 shown in FIG. 1. The light reflected by the surface of the ball 29 is reinjected at the end 27 of the section 30 common to the fiber 25 and to a second fiber 31 connected to the previous one by the junction Y 21.
The reflected light, transmitted by the fiber 31, is emitted by the end 32 of this fiber in the direction of a photoelectric detector 33, consisting
for example as before by a photoelectric cell.
In this arrangement, the Y junction and the common section 30 could be eliminated by juxtaposing two fibers 30 and 30 ′, the first of which serves to conduct the light emitted by the source and the second to transmit the light reflected to the detector.
Similarly, a bundle of grouped fibers, commonly called a bundle, could be used, having a common end section and the opposite section of which is separated into two bundles of fibers ending respectively in the vicinity of the source and in the vicinity of the detector.
Fig. 3 shows a sensor 40, identical to the sensors 12 and 28 of FIGS. 1 and 2, fixed on a float 41 articulated on a pivot axis 42. The upper level of the liquid is schematically represented by the line 43. The sensor essentially consists of a sealed housing having the shape of a rectangular parallelepiped, comprising an inner cavity 44, the bottom 45 of which has a V-shaped profile. The upper wall 46 has a central opening 47, in which is fixed the end section of an optical fiber 48 corresponding to the fiber 13 of FIG. 1 and to the common sections 30 of the fibers 25 and 31 of the device of FIG. 2. A reflective ball 49 is placed in the cavity 44.
The end section 48 is vertical, and the ball is disposed on the bottom 45 of the sensor housing 40, so that the axis of the fiber is perpendicular to the upper surface of the ball 49. A stop 9 limits the float height stroke. In this way, the observation of the signal indicates that the level of the liquid in the reservoir is sufficient for the float to be pressed against the stop 9. The absence of a signal indicates a level lower than the level defined by the stop 9. If it is also desired to detect a level above this level, it is advisable to add to this system a second equivalent float cooperating with a stop 9 ′ disposed under the bottom of the float 41 (as indicated in the figure in broken lines).
Fig. 4 shows the sensor 40 in a position identical to that in which it is located in FIG. 3, and the same housing in an inclined position 40 ′ corresponding to a higher liquid level in the reservoir, causing the float to tip over. The ball 49 'has rolled on one of the legs of the bottom 45' of the housing and is in abutment against one of the side walls of this housing. In this position, the incident light, represented by the ray 50, passes completely beside the ball 49 'and no light is reflected on the surface of the latter.
In this device, the ball can occupy a central position, in which it reflects a large part of the incident light, and two symmetrical positions 49 ′, corresponding respectively to a float inclined downwards and to a float inclined upwards, for which practically no incident light is reflected by reflection in the fiber section 48 '. Consequently,
The absence of a signal from the detector indicates that the level in the tank is either above or below two levels constituting respectively maximum and minimum marks placed on either side of a selected level. Depending on the opening of the bottom V 45 of the sensor housing, or according to the distance separating the sensor 40 from the pivot axis 42 of the float 41, a more or less high sensitivity of the device will be obtained.
For example, if we want to couple this device to a level control system in a tank, it is beneficial to make a particularly sensitive device, that is to say a device which reacts very quickly as soon as the float exceeds the reference level in one direction or the other.
Fig. 5 shows a sensor 51, identical to the previous sensors, mounted on a float 55. In this embodiment, the device is suspended by the light conductor and the spherical float switches, for example in a position 55 ′, when the level rises with respect to a determined reference level.
As before, the ball 54, housed in the interior cavity 53 of the sensor, rolls on the bottom 52 in a V shape when the sensor adopts, for example, an inclined position 51 ′.
In some cases, it may be useful to obtain more nuanced information, depending not only on the distance of the reflecting ball but also on its eccentricity. Such a device is shown schematically in FIG. 6. The sensor 61, shown in its reference position and in an inclined position 61 ', differs from the previous sensors in that the bottom 62 of the interior cavity 63 of the sensor has a profile in an arc of a circle. In this case, the ball 64 rolls on this bottom when the float 65 tilts to adopt a position 65 '. A very large part of the incident light is reflected by the ball when the bottom axis 62 coincides with the axis of the section of optical fiber 66. On the other hand, the quantity of reflected light decreases very rapidly as soon as the ball takes a position off-center with respect to the axis of the fiber 66.
In this case, precise information relating to a measurement of the level variation in the reservoir can be obtained.