專利名稱：一種光學(xué)開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及主要用在危險(xiǎn)環(huán)境的開關(guān)，例如用在罐的液面探測的開關(guān)或啟動危險(xiǎn)環(huán)境里的儀器的開關(guān)。
背景技術(shù)：
許多工作環(huán)境存在爆炸的危險(xiǎn)或存在電擊的風(fēng)險(xiǎn)。 一個危險(xiǎn)環(huán)境是泵站或包含要抽吸的危險(xiǎn)的和/或易燃的或易揮發(fā)的氣體或液體以及化學(xué)制品的罐。普遍在這類應(yīng)用中使用浮動開關(guān)來探測泵的啟動的水平面(見
圖2)，但是浮動開關(guān)一般使電流經(jīng)過裝在浮漂體里的電線和開關(guān)，例如位于浮漂體里的水銀開關(guān)。電線從浮動開關(guān)到達(dá)位于罐或窖外部并位于危險(xiǎn)區(qū)域外面的的控制面板(或其他設(shè)備)。 一些專業(yè)控制面板是防爆的并能夠位于危險(xiǎn)區(qū)域里。隨著罐里液體的升高，浮漂體傾斜，而球或?qū)щ娨后w，例如水銀，移動并接觸電開關(guān)或一些種類的觸點(diǎn)，引起開關(guān)啟動。于是電流從控制面板經(jīng)過電線到達(dá)開關(guān)，形成電路。這些都存在火花的危險(xiǎn)，且如果沿電路發(fā)生絕緣層損壞，可導(dǎo)致爆炸。
一些包含易燃液體或氣體的罐使用超聲波水平面探測，向液體表面發(fā)送聲脈沖串，然后返回。波束的傳輸時間用來確定液面(一些替換的裝置使用雷達(dá)或微波輻射作為能量包代替聲波，并在水平面探測中使用其他感測技術(shù)，比如磁致伸縮、能浸入水中的壓力換能器、擴(kuò)散器、電容等)。在罐或窖里不使用電流，并且發(fā)射器和接收器位于危險(xiǎn)環(huán)境的外部，通常安裝在外部罐的表面上，而感測設(shè)備位于罐里。這種技術(shù)一般不用于遠(yuǎn)程向設(shè)備發(fā)信號，例如在離散水平接合/分離泵(例如定量泵)的信號，因?yàn)檫@些水平面探測器將探測所有的液面，要求另外的邏輯電路來選擇泵操作的預(yù)先確定的高度或水平面，因此增加了例如這樣的系統(tǒng)的復(fù)雜性和花費(fèi)。
在一些危險(xiǎn)環(huán)境中，使用防爆容器來容納存在可能的打火花危險(xiǎn)的儀器或裝置，例如控制器、泵、電機(jī)等。雖然位于危險(xiǎn)環(huán)境里的泵或其他的裝置容納在防爆殼體里，但是這些裝置必須由電信號(比如，為裝置供電)啟動或撤銷。啟動遠(yuǎn)離危險(xiǎn)環(huán)境完成，以降低爆炸的可能性。因此，當(dāng)操作員在工作現(xiàn)場時，除非啟動裝置在防爆殼體里，否則操作員不能手動啟動/纟敬銷危險(xiǎn)區(qū)域里的裝置。期望使用位于危險(xiǎn)環(huán)境里的開關(guān)手動啟動/撤銷用電的裝置，并使開關(guān)不出現(xiàn)形成電弧的危險(xiǎn)，并且不一定位于防爆殼體里。
發(fā)明概述
本發(fā)明是用在危險(xiǎn)環(huán)境里的光學(xué)啟動開關(guān)，(也預(yù)期在不危險(xiǎn)的環(huán)境使用)且在一種實(shí)施方式中，開關(guān)啟動部件容納在漂浮的殼體里并用來發(fā)出需要操作泵或其他裝置的信號。如討論的，開關(guān)是具有能夠用來控制電子設(shè)備的狀態(tài)(開/關(guān)、接通/斷開、打開/閉合或其他狀態(tài)指示)的裝置。本開關(guān)發(fā)明使用來自位于危險(xiǎn)環(huán)境外面("危險(xiǎn)環(huán)境的外面"包括防爆容器或殼體里的位置)的發(fā)射器的光束，經(jīng)過載光電纜、光纖、光管或光導(dǎo)(所有都認(rèn)為是"光導(dǎo)")到達(dá)位于危險(xiǎn)區(qū)域的開關(guān)裝置?；陂_關(guān)的位置或"狀態(tài)"(光路中斷，或光路完成)，光能夠行進(jìn)到位于危險(xiǎn)區(qū)域外面探測開關(guān)的狀態(tài)的、用電的光探測器或接收器，以及電路能夠基于所述狀態(tài)起作用來啟動或撤銷用電的設(shè)備，例如泵或電機(jī)。能夠利用幾種裝置來斷開或中斷光路。所述開關(guān)連接的控制器能夠配置為，基于探測到光或沒探測到光而啟動泵或裝置。
發(fā)明目標(biāo)
本發(fā)明的目標(biāo)是得到在開關(guān)的位置使用無源電流或電阻的開關(guān)。
6附圖簡述
圖l描述了光學(xué)啟動的浮漂體。


圖1A是圖1的浮漂體的細(xì)節(jié)。
圖2描述了傳統(tǒng)的浮漂體。
圖3描述了具有阻尼開關(guān)的光學(xué)啟動的浮漂體。
圖4是圖3的浮漂體的剖面圖。
圖4A是圖4的浮漂體的分離器組件的細(xì)節(jié)。
圖5描述了機(jī)械或手動操作的開關(guān)。
圖6描述了浮漂體開關(guān)的另一實(shí)施方式。
圖7描述了有延遲環(huán)的浮漂體開關(guān)的另一實(shí)施方式。
圖8描述了用于浮漂體實(shí)現(xiàn)的開關(guān)的系纜。
圖9描述了位于危險(xiǎn)環(huán)境里的燈和限位光學(xué)開關(guān)。
圖IO是結(jié)合開關(guān)的典型電路圖，并用于為裝置供電。
圖11描述了有兩根平行同側(cè)光纖的細(xì)頸瓶(ampoule )的俯視圖，兩根光纖在位置A處由反射條位置光學(xué)對準(zhǔn)，兩根光纖在位置B處由反射條的位置不光學(xué)對準(zhǔn)(或光學(xué)中斷)。
圖12是顯示用來延緩開關(guān)通過預(yù)先選定的運(yùn)動范圍的操作的磁體的動畫。
圖13A描述了當(dāng)泵室填充時，寬角度浮漂體的才喿作。
圖13B描述了當(dāng)泵室被降壓時，寬角度浮漂體的操作。
圖14描述了使用槳狀物插入分離器組件的開關(guān)的浮漂體實(shí)施方式。
發(fā)明詳述
圖1顯示在浮漂體里的本發(fā)明的實(shí)施方式。本發(fā)明包括殼體l、兩個光導(dǎo)2 (此后描述為光纜)、光源3和中斷或更改對準(zhǔn)的裝置，這里通過在遠(yuǎn)端之間插入物體。顯示的殼體具有內(nèi)部區(qū)。兩個光纜2定位到殼體1里。每個光纜在浮漂殼體1處或在浮漂殼體1里終止。光纜的終(或遠(yuǎn))端位于殼體里彼此靠近，但是被間隙10 (見圖1細(xì)節(jié)A)分開。間隙10一般位于殼體1里的分離器組件6里。分離器組件確定光纜終端的關(guān)系并維持間隙，雖然這個關(guān)系能夠通過單獨(dú)使用殼體來確定。間隙大小可變化，0.01-0.5英寸適合大部分應(yīng)用，但是可以更大。 一些光探測器能夠感測穿過直到4英寸的間隙出現(xiàn)的光輻射。兩根光纜的末端應(yīng)"光學(xué)對準(zhǔn)"，就是說，從一個終端發(fā)出的光將傳播通過間隙(如果使用反射材料，例如反射鏡來適當(dāng)反射發(fā)出的光束，可能沿著曲折的路徑)且傳輸?shù)墓獾囊徊糠謱⑦M(jìn)入第二根光纜的終端。進(jìn)入的這部分必須足夠讓光探測器能夠探測光輻射的存在。例如，兩根光纜與位于光纖末端的45°反射表面平行，所以兩根光纖雖然平行，但是"光學(xué)對準(zhǔn)"。兩個光纜末端能夠偏置一定距離，且如果捕獲充足的光并傳輸通過連接到光探測器的光纜，仍然光學(xué)對準(zhǔn)，以啟動光接收器。部分地，偏置的程度將依賴于光探測器的敏感性和源的強(qiáng)度。合適的源和探測器能夠在www.fiberopticproducts.com找到例如源E97 (紅光660納米，閃光)和探測器D92 。使用這些源和探測器，在大約1英寸的間隙上有1英寸的偏置仍然能夠探測光源。
如圖1的細(xì)節(jié)A所示，分離器組件6 —般包括內(nèi)室6A, —根光纜2的終端位于鄰近內(nèi)室的壁、在內(nèi)室的壁里或在內(nèi)室的壁上，而另一才艮光纜2的終端位于內(nèi)室6A的相對的壁上，兩端光學(xué)對準(zhǔn)。分離器組件一般是可從浮漂體的內(nèi)部移除的組件，而光纜位于該組件上。申請人相信建立具有連接的光纜并插入到浮漂體里的分離器組件比只使用光纜插入或連接到浮漂體的內(nèi)壁里的中空的內(nèi)部更有效，雖然這樣的設(shè)計(jì)是可行的并在本發(fā)明的范圍內(nèi)。分離器組件不是必需的，但是優(yōu)選。例如，圖4顯示包括玻璃或清潔的塑料細(xì)頸瓶5的分離器組件6。細(xì)頸瓶包含滑動條、球體或圓柱體(或其他形狀)IOA，并具有通過使用卡箍或卡圏11耦合在細(xì)頸瓶外部的相對側(cè)上的兩個光導(dǎo)。分離器組件6位于浮漂體的內(nèi)部里，通常分離器組件將例如用環(huán)氧樹脂或摩擦配合固定地位于浮漂體內(nèi)部。如圖4所示，卡圈12用來把細(xì)頸瓶固定在浮漂體的內(nèi)部的位置上，且在一些情形，卡圏12根據(jù)需要，作用為更改浮力和浮漂體的重心的附加重量。重量能夠是鉛或其他致密材料，例如包在耐腐蝕(優(yōu)選環(huán)保)材料里的金屬
顆粒?？ü?1和套環(huán)12可組合起來(未顯示)?？ü?1的細(xì)節(jié)在圖4 細(xì)節(jié)A中顯示。在非漂浮的實(shí)施方式中，分離器組件不是優(yōu)選的。
替換的分離器組件在圖14顯示。分離器是平槳片60,由柔性塑料構(gòu) 成。夾子61在槳片上形成，以握住細(xì)頸瓶和光纜。槳片60被插入殼體 1A的底部1/2并固定到適當(dāng)位置里。通過把槳片的底部封裝到殼體部分 1A來固定槳片，留下槳片的頂部部分自由彎曲。然后殼體1B的頂部連 接到底部1A，例如通過RF焊接。如顯示的，沒有形成與浮漂體殼體1B 的頂部相稱的槳片60的頂部，以允許槳片的頂部(細(xì)頸〗阮所處位置)響 應(yīng)于沖擊力而彎曲。例如，才喿作員已經(jīng)知道通過系繩搖擺浮漂體和4巴浮漂 體猛扔到壁上來"清潔"浮漂體。
在圖1所示的實(shí)施方式中，殼體1是可漂浮的，且光纜把殼體1 "系" 到固定點(diǎn)，允許浮漂體隨介質(zhì)在標(biāo)高的范圍升和降。兩個光纜2包含在稍 后描述的單一光纜結(jié)構(gòu)。其中一根光纖光纜連接到光源3，而另一個光纜 連接到光探測器5。光源3可以是任何合適的源，例如激光、白熾燈、太 陽光、發(fā)光二極管和一般被稱為任何電磁輻射的光，但是對于光纖，優(yōu)選 地，光源將由可見光、紅外光、太陽光和紫外光組成；更優(yōu)選地，從大約 300納米到大約30,000納米頻率的光。優(yōu)選光源3和光接收器或探測器5 將位于危險(xiǎn)區(qū)域外部的控制面板或其他裝置(它們不一定位于一起)里， 且只有光纜將行進(jìn)到危險(xiǎn)區(qū)域里到達(dá)殼體1。
如圖1的細(xì)節(jié)A所示，分離器組件6的內(nèi)室6A產(chǎn)生光纜2終端之間 需要的間隙。位于內(nèi)室6A里的是中斷光學(xué)對準(zhǔn)10的裝置，例如可滾動 或可滑動的球或條或圓柱體，或位于內(nèi)室里部分填充室的不透明流體。如 果殼體漂浮，在某些水平面漂浮的殼體將傾斜(因?yàn)槠浔皇`到內(nèi)部或外 部固定重量的光纜的作用系住，或殼體用光纜或系繩連接到另 一 固定裝 置)并隨著其傾斜，中斷光學(xué)對準(zhǔn)的裝置將由于地心引力在內(nèi)室里運(yùn)動。 如果運(yùn)動程度充分，中斷光學(xué)對準(zhǔn)的裝置將阻斷(或打開)光纖光纜2 的兩個終端之間的光路。因此，如果殼體1是固定裝置(也就是，殼體不 在介質(zhì)上漂浮而是固定在期望的高度)，中斷光學(xué)對準(zhǔn)的裝置可以是位于殼體的內(nèi)室6A里的漂浮臂或漂浮障礙物。隨著水面升高到殼體的水平面，
漂浮臂或漂浮障礙物將上升(更像漂浮限位開關(guān))以阻斷光束(或打開光 束)。在這種情況，開關(guān)將具有固定殼體標(biāo)高的裝置，例如夾鉗，以將殼 體連接到危險(xiǎn)環(huán)境里的結(jié)構(gòu)，例如定量泵或連接到儲存危險(xiǎn)材料的容器。
例如，在圖6顯示了一種實(shí)施方式，其中殼體是圓柱形殼100,中心中空 的內(nèi)部101的兩端都對外部環(huán)境開放。殼體可固定在危險(xiǎn)環(huán)境里的位置。 不透明的浮漂體102陷入內(nèi)部。中空內(nèi)部101的兩端具有蓋住開口的網(wǎng)式 過濾器，將浮漂體保留在中空內(nèi)部里。兩個光纜104A和104B位于內(nèi)部 101的相對的側(cè)面上。隨著室內(nèi)流體上升，浮漂體102上升并將阻斷兩個 光纜104A和104B之間的光if各。如以上提到的，光纜不一定必須位于相 對的側(cè)面上，但是必須是光學(xué)對準(zhǔn)或可光學(xué)對準(zhǔn)。
由于可漂浮的殼體里有開關(guān)，光纖將隨浮漂體的升和降而彎曲。經(jīng) 過一段時間，光纖的彎曲可導(dǎo)致光纖的斷裂或斷開，潛在地^C壞了開關(guān)的 功能。為了幫助緩解這個問題，優(yōu)選相當(dāng)結(jié)實(shí)的系纜設(shè)計(jì)。圖8顯示的是 一種合適的^L計(jì)250。雙光纜150 (這里顯示為直徑lmm、用聚氯乙烯 (PVC )涂層100包覆)位于外皮構(gòu)件300的內(nèi)部，這里0.020英寸厚的 PVC模壓的防水護(hù)套用于增強(qiáng)強(qiáng)度。多于兩根光纖可位于光纜里。光纖 光纜或光導(dǎo)配置在模壓外皮300的內(nèi)部的填充物材料160里。如圖8所示， 填充物材料是極細(xì)的像頭發(fā)一樣的聚乙烯纖維，全部都包含在紙包200 里。如構(gòu)建的，系纜250的內(nèi)部被大體填滿，在內(nèi)部為光纖留下非常小的 活動自由。在所示的設(shè)計(jì)中，優(yōu)選兩根光纖都被包覆以防止光纜里的開關(guān) 短路(特別是對于使用側(cè)面發(fā)熱光纜(不優(yōu)選)，對于末端發(fā)熱光纜，沒 必要這樣)。對于長的系繩長度，優(yōu)選包括強(qiáng)加固的光纜，例如鋼、Kevlar、 碳纖維等在系纜結(jié)構(gòu)里或連接到系纜結(jié)構(gòu)的光纜。圖8顯示容納兩根光纖 的光纜。光纜可包含多于兩根光纖。
在包含光學(xué)開關(guān)的浮漂體實(shí)施方式中，由于浮漂體實(shí)施方式中的固 有不穩(wěn)定性，浮漂體可到達(dá)開關(guān)將在光路打開或"阻斷的"位置或光路閉 合或"完成"位置之間"擺動"的位置。例如，浮漂體的位置由于流體環(huán) 境的表面波而抖動。這個浮漂體的抖動可引起位于浮漂體內(nèi)部中斷光學(xué)對準(zhǔn)的滑動或滾動裝置(或開關(guān)啟動器)來回運(yùn)動，引起開關(guān)狀態(tài)在打開和 閉合之間迅速運(yùn)動(注意，開關(guān)"打開"可解釋為光路被阻斷或光路完成， 依賴于連接到開關(guān)電路的裝置如何配置來響應(yīng)開關(guān)的狀態(tài))。為了減少開 關(guān)的"擺動"，通過包括抑制開關(guān)啟動器的裝置或中斷光學(xué)對準(zhǔn)的裝置來
使用阻尼開關(guān)。光學(xué)開關(guān)可通過多種裝置來抑制。例如，在圖4細(xì)節(jié)A 所示的實(shí)施方式中，細(xì)頸瓶充滿或部分充滿阻尼液110,例如礦物油或其 他透明或透光流體。細(xì)頸瓶里的流體滿足兩個目的，潤滑(幫助防止?jié)L動 或滑動的中斷裝置刮傷細(xì)頸瓶的壁以及可能更改細(xì)頸瓶壁的光學(xué)特性)并 充當(dāng)阻尼力，在滑動條或球上產(chǎn)生拉力，減少滑動條或球的突然運(yùn)動。當(dāng) 使用阻尼液時，優(yōu)選流體與光導(dǎo)分開(例如通過使液體包含在細(xì)頸瓶里)， 以避免阻尼液污染光導(dǎo)遠(yuǎn)端。細(xì)頸瓶里的流體的量可從幾滴到完全充滿變 化。
可選地，滑動條、球、圓柱體或其他結(jié)構(gòu)可與表面粗糙的結(jié)構(gòu)側(cè)面 (或細(xì)頸瓶的內(nèi)壁表面粗糙或有添加的脊) 一起使用，以產(chǎn)生導(dǎo)致阻止滑 動條的突然運(yùn)動的附加摩擦力的附加表面積。例如，圖7顯示位于分離器 組件室6里的環(huán)或環(huán)帶。滾動球用作滑動構(gòu)件。殼體室里的環(huán)確保在殼體 沒有足夠大的運(yùn)動以允許球滾過環(huán)產(chǎn)生的脊的情況下，位于室里的球?qū)⒉?會從位置A (打開)運(yùn)動到位置B (阻斷)。球的終止位置不會由于浮漂 體位置的較小波動而改變。同樣的，可使用沙漏形的器皿，沙漏的頸部能 夠通過滑動球、特別設(shè)計(jì)的分段圓柱體、其他活動結(jié)構(gòu)或其他光阻斷裝置 (比如，不透明的液體)。在這種情況，使用室的形狀來控制開關(guān)的擺動。
解決開關(guān)擺動的另一方法是允許光閃爍、閃光或周期地跳動，而開 關(guān)狀態(tài)的改變通過有或沒有合適數(shù)量的脈沖來探測。例如，如果光路開始 被阻斷，且狀態(tài)改變，在探測到多個連續(xù)光脈沖(探測到連續(xù)閃光，比如 說5次，在預(yù)先確定的時間間隔上探測有或沒有預(yù)先確定數(shù)量的閃光幫助 減少開關(guān)擺動)后將注意到改變；如果光路沒有阻斷，那么在預(yù)先確定的 時間間隔上探測沒有確定數(shù)量的光脈沖或閃光之后，探測到狀態(tài)的改變。 一般不優(yōu)選這樣，因?yàn)樗黾恿寺?lián)結(jié)到開關(guān)的電路的復(fù)雜性，但是在光源 的壽命是問題的地方是有用的。解決開關(guān)擺動的另一方法是不使用恒定"開"的光源。替換為，源 能夠保持關(guān)直到開關(guān)"查詢"它的狀態(tài)。例如，聯(lián)結(jié)到開關(guān)的電子器件，
例如控制器(比如PLC或微控制器)，每秒詢問開關(guān)狀態(tài)，并在指定的時 間每秒打開光源一次，并"觀察"返回的狀態(tài)，例如光被阻斷或光出現(xiàn)在 返回光纖。可選地，光保持亮，并在光探測器查詢開關(guān)的狀態(tài)。再次，不 優(yōu)選這樣，因?yàn)槠湓黾恿寺?lián)結(jié)到開關(guān)的電路的復(fù)雜性。為了減少開關(guān)擺動， 對選定的時間周期，開關(guān)狀態(tài)的改變應(yīng)一致。
減少開關(guān)擺動的另 一 方法是結(jié)合圓柱體或滑動條使用合適地位于分 離器組件里的磁體或使用主要由磁性相互作用材料組成的結(jié)構(gòu)。圖12顯 示了描述滑動磁性相互作用圓柱體或芯子(這里18-8冷形成的3/16"D x 1/2"L型不銹鋼圓柱體(有時表示具有大約18%鉻和8%鎳的300系列不 銹鋼))在細(xì)頸瓶里的運(yùn)動的動畫，"馬蹄形，，磁體位于浮漂體的內(nèi)部，馬 蹄鐵的兩端靠近細(xì)頸瓶的側(cè)面或末端。顯示馬蹄形磁體是為了解釋的目的 且不優(yōu)選。隨著浮漂體從位置A運(yùn)動通過位置D,"向上"旋轉(zhuǎn)，芯子"粘 住"靠近磁體的細(xì)頸瓶，比如說靠近磁體的N極。在位置E之前或在位 置E，地心引力克服磁力，且芯子向下滑動，因此打開通過細(xì)頸瓶的光路。 隨著浮漂體從位置E向下旋轉(zhuǎn)(未顯示)，芯子將再次粘住靠近馬蹄形磁 體的S極的細(xì)頸瓶，并在位置A之前或位置A當(dāng)浮漂體返回位置時將釋 放。如這里使用的，微弱的磁性相互作用意味著，對于特定磁體和芯子或 活動結(jié)構(gòu)(或反之亦然，磁體運(yùn)動的地方)，施加在芯子或裝置與磁體之 間的磁力足夠克服作用在芯子上的地心引力，因此允許在某個點(diǎn)釋放芯 子，如芯子接近垂直的位置，如圖12所示。
芯子的實(shí)際釋放點(diǎn)能夠通過更改磁體的強(qiáng)度、芯子的重量或芯子的 材料的磁化能力來改變。在使用中，磁體的位置可變化。例如，在圖12 細(xì)節(jié)A，兩個磁體M1和M2能夠位于細(xì)頸瓶或室的每端或靠近細(xì)頸瓶或 室的每端(室的內(nèi)部或外部)(通過使用兩種不同強(qiáng)度的;茲體，芯子在向 上旋轉(zhuǎn)的釋放點(diǎn)不同于向下旋轉(zhuǎn)的釋放點(diǎn))。其他構(gòu)造是可能的，例如使 用位于環(huán)繞室的中間的單圓圈式磁體或位于室的中間附近的》茲條，或使用 磁體作為芯子并把弱一磁性材料定位在細(xì)頸瓶或室的每端。使用磁體和磁性相互作用的芯子允許開關(guān)在選定范圍上保持在它的 最后構(gòu)造(比如，完成光路或中斷的光路)。這樣允許浮漂體操作為"寬
角度"浮漂體開關(guān)。圖13顯示了典型的寬角度泵開關(guān)的操作。在圖13A， 泵室充滿流體，且泵保持"關(guān)"，直到浮漂體到達(dá)位置B。在位置B,泵 開啟。如圖13B所示，泵保持"開"，抽出流體直到到達(dá)位置A,此時泵 關(guān)閉。
如描述的開關(guān)使用光學(xué)對準(zhǔn)的光導(dǎo)和通過插入物體來中斷光學(xué)對準(zhǔn) 的裝置。可選地，光導(dǎo)通過從反射活動構(gòu)件例如反射條反射的光路而光學(xué) 對準(zhǔn)?；瑒游矬w的充分運(yùn)動破壞反射路徑，并因此導(dǎo)致光導(dǎo)的遠(yuǎn)端不對準(zhǔn)。 在這種構(gòu)造，開關(guān)啟動器(滑動條、圓柱體、球等)是根據(jù)合適的運(yùn)動中 斷光學(xué)對準(zhǔn)的裝置。例如，光纖可以是平行的，但是偏置，位于細(xì)頸瓶的 外部，如圖ll所示?；瑒臃瓷錀l位于細(xì)頸瓶里(細(xì)頸瓶可具有用于反射 條滑進(jìn)的軌道，或合適成型(比如，直角棱鏡)，以維持反射條在細(xì)頸瓶 里的方位，然而，如果接收器靈敏，那么在圓柱體細(xì)頸瓶里使用反射圓柱 體或球，因?yàn)橐恍┥⑸涔鈱⒈混`敏探測器探測到，例如D92探測器)。當(dāng) 反射條插入遠(yuǎn)端之間時(位置A)，反射表面產(chǎn)生光學(xué)對準(zhǔn)。當(dāng)不插入條 時，光學(xué)對準(zhǔn)^皮破壞(位置B )。
代替在光纖遠(yuǎn)端之間運(yùn)動物體而更改光學(xué)對準(zhǔn)，光纖的一端(或兩 端)可在遠(yuǎn)端光學(xué)對準(zhǔn)的第一位置和非光學(xué)對準(zhǔn)的第二位置之間活動，例 如通過運(yùn)動一端(比如，使那端安裝在滑動條上)來充分運(yùn)動使得中斷光 學(xué)對準(zhǔn)，或使兩端運(yùn)動，以對準(zhǔn)遠(yuǎn)端或中斷光學(xué)對準(zhǔn)，例如通過一致運(yùn)動 兩根光纖直到固定的物體介入兩根光纖的末端之間。不優(yōu)選這些排列，因 為光纖的運(yùn)動在光纖上施加應(yīng)力，而且重復(fù)的運(yùn)動可導(dǎo)致光纖斷裂。
漂浮殼體1能夠用許多方式構(gòu)建。 一種這樣的方式是在兩部分模型 中使用泡沫，將分離器組件包裹在內(nèi)(或通過把兩半浮漂體焊接在一起)。 殼體也能由被膠水或熱量熔接在一起的兩半構(gòu)成，分離器組件位于殼體 里。任何漂浮的物體可鉆出或雕刻出，且分離器組件(如果使用)能夠插 入里面，然后使用許多方法密封，包括注塑成型方法。
接收器或探測器5能夠位于危險(xiǎn)區(qū)域外部的控制面板或其他裝置里，并不要求與光源位于一起。許多對光能靈敏的商用裝置，例如包含光電監(jiān) 測器或光敏晶體管的裝置適合作為光探測器或接收器。在接收器探測有光 或沒有光通過開關(guān)指示了漂浮殼體在環(huán)境中的位置。開關(guān)的工作狀態(tài)能夠 用作信號裝置來執(zhí)行特定任務(wù)，例如開始或停止泵。
本發(fā)明不限于浮漂體的實(shí)施方式。例如，開關(guān)部件(殼體、光導(dǎo)、 中斷光學(xué)對準(zhǔn)的裝置和光源以及光探測器)能夠用作任何類型的開關(guān)。例
如，圖5顯示了裝置開關(guān)。開關(guān)具有殼體200 (這里是有兩個垂直邊緣的 板)，第一光導(dǎo)201和第二光導(dǎo)202安裝到殼體200里并被間隙分開，但 是光學(xué)對準(zhǔn)。其中一個光導(dǎo)連接到光源，而另一個連接到光探測器?；瑝K 210滑動安裝到板?；瑝K在光導(dǎo)202和201之間的位置(比如，位置A, 阻斷傳輸，以及位置B,允許傳輸)之間運(yùn)動。圖5描述"滑動"開關(guān)類 型，但是任何類型的開關(guān)設(shè)備能夠使用光學(xué)部件，包括撥動式開關(guān)、按鈕 式開關(guān)、回轉(zhuǎn)式開關(guān)、搖臂式開關(guān)、鍵啟動的開關(guān)、限位開關(guān)、接近度開 關(guān)或其他類型的手動或機(jī)械操作的開關(guān)，通過手動或機(jī)械啟動(比如開關(guān) 啟動器的中繼操作)即浮漂體開關(guān)抵抗重力操作，開關(guān)的操作掩蔽或阻斷
源光的傳輸特性)。
與一般目的的開關(guān)一樣，光學(xué)開關(guān)可結(jié)合更改光束的接收特性的裝 置，允許開關(guān)具有多種"狀態(tài)"而不是簡單的開或關(guān)。這樣的開關(guān)能用來 用可選設(shè)置(例如選擇電極的速度)來控制裝置或如果允許的變量是模擬 變量，開關(guān)能夠操作為"減光開關(guān)"或連續(xù)變量開關(guān)。例如，滑動條可以 是階梯密度濾光片或階梯傳輸濾光片，例如可從Edmund光學(xué) (www.edmundoptics.com)得到的如型號147-524、 147-525、 147-526或 147-527。這些型號濾光片有十一個不同的傳輸特性區(qū)(例如不同的密度， 因此更 文傳輸?shù)墓獾姆堤匦?。在這個實(shí)施方式中，滑動條不全部阻斷 條上所有位置的光路，但是一般允許通過該滑動條的部分傳輸。因此，滑 動條關(guān)于浮漂體內(nèi)部或分離器組件里的光纜末端的相對位置能夠基于經(jīng) 過滑動條后被光接收器接收的光的量確定。因此，傳輸通過滑動條的光的 量能夠用來允許裝置作用為多位置開關(guān)，以控制具有可控位置的裝置。
14代替更改光傳輸通過滑動條的程度，其他參數(shù)能夠用來更改接收的 源光的特性，例如偏振或頻率。例如，如果條滑動具有四個不同顏色區(qū)， 傳輸通過滑動條的光將基于滑動條關(guān)于光源的位置在顏色或頻率上變化。 于是滑動條的相對位置(如接收不同顏色或頻率的光探測)能夠用來執(zhí)行 不同的功能(比如，開始泵l，開始泵2等)。也能使用傳輸特性的連續(xù) 或模擬梯度代替階梯條作為"減光器"類型的開關(guān)來控制變速電機(jī)。另一 類型的減光器或連續(xù)變量類型的開關(guān)有兩個偏振濾光片， 一個固定一個可 旋轉(zhuǎn)，光纖的遠(yuǎn)端通過偏振透鏡對準(zhǔn)。通過旋轉(zhuǎn)其中一個偏振濾光片(例 如通過機(jī)械或手動啟動開關(guān)啟動器)，傳輸?shù)墓獾姆的軌蛞赃B續(xù)的方式 改變。以上全部被認(rèn)為是更改光束接收的特性的方式。實(shí)際上"中斷光學(xué) 對準(zhǔn)的裝置"也是"更改光束接收的特性的裝置"，因?yàn)楦氖峭ㄟ^遠(yuǎn)端 的未對準(zhǔn)操作或通過在遠(yuǎn)端之間插入不透光物體而不傳輸光束或不接收 光束。
進(jìn)一步，光學(xué)開關(guān)可調(diào)節(jié)"三點(diǎn)開關(guān)"或多極、多擲型開關(guān)。特殊 的應(yīng)用需要另外的光纖或光源/接收器。例如，對于三點(diǎn)開關(guān)，每個開關(guān)
具有三個光纖遠(yuǎn)端(這里表示源、公共端和活環(huán)(traveler))。"活環(huán)"光 纖在兩個開關(guān)之間操作。每個三路開關(guān)包含反射鏡或其他反射表面，提供 在開關(guān)里在"源線"與每個開關(guān)里的活環(huán)或公共端之間的光學(xué)對準(zhǔn)，并中 斷非選定路徑的光學(xué)對準(zhǔn)。也就是，三路開關(guān)里的光束具有兩條通過開關(guān) 的可能路線，且通過開關(guān)的路線選擇路徑(通過開關(guān)啟動器的運(yùn)動)。再 次，代替運(yùn)動反射表面，光纖可通過操作開關(guān)來運(yùn)動。
一般地，對于描述的開關(guān)實(shí)施方式，殼體(或至少包含光導(dǎo)的遠(yuǎn)端 和其間的間隙(例如分離器組件)的那部分)將直接防光，并優(yōu)選殼體自 身連同開關(guān)啟動器或致動器(滑塊、按鈕、觸發(fā)器等)直接防光，對于手 動操作，擴(kuò)大到殼體。為了保持光學(xué)開關(guān)部件隔離可能4是供錯誤讀數(shù)的外 部光源(例如環(huán)境光)，光導(dǎo)的遠(yuǎn)端位于殼體內(nèi)部。如果環(huán)境光不是問題 (比如，光源不是通用頻率，或使用光猝發(fā)，或使用高度定向光纖等)， 殼體沒必要防光，且僅僅用來限定光導(dǎo)的遠(yuǎn)端之間的間隙，例如圖5所示。
描述的開關(guān)可位于危險(xiǎn)環(huán)境里，例如鄰近(或連接到)包含裝置(例
15如，在防爆殼體的內(nèi)部里的電機(jī)或泵)的防爆殼體。開關(guān)利用的光源和光 探測器能夠位于遠(yuǎn)程開關(guān)面板或其他遠(yuǎn)程裝置，而且若需要可獨(dú)立定位。 可選地，源和探測器能夠位于防爆殼體的內(nèi)部，且來自開關(guān)(在危險(xiǎn)環(huán)境 里)的光導(dǎo)通過防爆連接器(防爆容器的內(nèi)部被認(rèn)為遠(yuǎn)離危險(xiǎn)環(huán)境)按規(guī)
定路線發(fā)送到防爆殼體的內(nèi)部。見圖9,顯示光學(xué)燈撥動開關(guān)1000操作 位于危險(xiǎn)環(huán)境里的電燈組件1002，并有線1004連接，通過防爆導(dǎo)管或使 用防爆線，連接到位于危險(xiǎn)環(huán)境外面的面板1003 (燈可有線連接到危險(xiǎn) 環(huán)境里的防爆面板)。電燈組件1002是防爆殼體，但是光學(xué)開關(guān)1000不 是。光學(xué)開關(guān)的光導(dǎo)1005的近端位于面板1003里并連接到光源或光探測 器。在面板1003探測開關(guān)的狀態(tài)，例如通過使用電路(一種合適的電路 在圖IO顯示)，該電路將基于探測的開關(guān)狀態(tài)為電燈組件供電或斷電。用 這種方式,位于危險(xiǎn)環(huán)境里的操作員在電子裝置自身或電子裝置自身附近 停用或啟動電子裝置，代替在遠(yuǎn)程開關(guān)面板或使用昂貴的開關(guān)的防爆殼體 啟動。圖9還顯示光學(xué)限位開關(guān)1010。這個光學(xué)開關(guān)能夠使用光導(dǎo)1005 (未顯示)連接到面板1003。這個限位開關(guān)被閥的桿臂1100或啟動或停 用光學(xué)限位開關(guān)1010的其他裝置啟動。
圖10的電路顯示用相應(yīng)的光纖連接到光學(xué)開關(guān)的浮漂體實(shí)施方式的 光源(E97 )和光探測器(D92 )。電路設(shè)計(jì)為當(dāng)返回光纖為暗時，也就是 當(dāng)探測器探測返回光纖上的光失敗時，使繼電器斷開電源。如果探測到光， 使繼電器通電，閉合開關(guān)90,用來將電連接到位于危險(xiǎn)區(qū)里的電燈組件。
用這種方式，光學(xué)開關(guān)的用電部件與危險(xiǎn)環(huán)境電隔離，且出現(xiàn)在危 險(xiǎn)環(huán)境里的唯一能量是光束。在危險(xiǎn)環(huán)境中，這樣的光學(xué)開關(guān)提出對傳統(tǒng) 開關(guān)的安全和經(jīng)濟(jì)的替代，傳統(tǒng)開關(guān)在危險(xiǎn)環(huán)境中使用電觸點(diǎn)，其在危險(xiǎn) 環(huán)境里出現(xiàn)潛在電火花和點(diǎn)火的源。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)開關(guān)，包括具有內(nèi)部的殼體、用電光源和用電光探測器，所述光源和所述光探測器遠(yuǎn)離所述殼體，所述光源用第一光導(dǎo)連接到所述殼體，所述光探測器用第二光導(dǎo)連接到所述殼體，所述第一光導(dǎo)和所述第二光導(dǎo)具有定位到所述殼體里的遠(yuǎn)端，而在所述內(nèi)部里，所述遠(yuǎn)端被一間隙分開，所述光學(xué)開關(guān)還具有更改光束的被接收的特性的裝置(“更改裝置”)，所述更改裝置適合關(guān)于所述光導(dǎo)的所述遠(yuǎn)端中的至少一個遠(yuǎn)端在位置A和位置B之間活動。
2. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)開關(guān)，其中，所述光導(dǎo)的所述遠(yuǎn)端位于 分離器組件里，所述分離器組件位于所述殼體里，所述分離器組件具有中 空的內(nèi)部部分，所述分離器組件還具有抑制所述更改裝置的裝置。
3. 如權(quán)利要求2所述的光學(xué)開關(guān)，其中，所述更改裝置更改光束的 幅值、頻率或偏4展。
4. 如權(quán)利要求2所述的光學(xué)開關(guān)，其中，抑制所述更改裝置的所述 裝置是位于所述分離器組件的所述內(nèi)部中的流體。
5. 如權(quán)利要求4所述的光學(xué)開關(guān)，其中，所述分離器組件包括細(xì)頸瓶。
6. 如權(quán)利要求2所述的光學(xué)開關(guān)，其中，所述更改裝置是位于所述 分離器組件的所述內(nèi)部中的不透明流體。
7. —種光學(xué)浮漂體開關(guān)，包括具有內(nèi)部的殼體、第一光導(dǎo)和第二光 導(dǎo)，所述第一光導(dǎo)和所述第二光導(dǎo)具有定位到所述殼體里的遠(yuǎn)端，且在所 述內(nèi)部里，所述遠(yuǎn)端被一間隙分開，所述光學(xué)開關(guān)還具有更改光束的被接 收的特性的裝置("更改裝置")，所述更改裝置適合關(guān)于所述光導(dǎo)的所述 遠(yuǎn)端中的至少一個遠(yuǎn)端在位置A和位置B之間活動，所述遠(yuǎn)端在所述位 置A或B中的至少一個位置光學(xué)對準(zhǔn)，以及所述開關(guān)是可漂浮的。
8. —種光學(xué)開關(guān)，包括殼體、用電光源和用電光探測器，所述光源和所述光探測器遠(yuǎn)離所述殼體，所述光源用第一光導(dǎo)連接到所述殼體，所 述光探測器用第二光導(dǎo)連接到所述殼體，所述第 一光導(dǎo)和所述第二光導(dǎo)具 有位于所述殼體里的遠(yuǎn)端，且所述遠(yuǎn)端被間隙分開，且所述光學(xué)開關(guān)包括 更改光束的傳輸特性的裝置，所述更改光束的傳輸特性的裝置適合關(guān)于所述光學(xué)對準(zhǔn)的遠(yuǎn)端中的至少一個遠(yuǎn)端在位置A和位置B之間運(yùn)動。
9. 如權(quán)利要求8所述的光學(xué)開關(guān)，其中，所述光學(xué)開關(guān)包括啟動器， 所述啟動器是觸發(fā)器、按鈕、回轉(zhuǎn)式撥號盤、搖臂或鍵啟動的啟動器或限 位開關(guān)的機(jī)械杠桿。
10. —種光學(xué)開關(guān)，包括具有內(nèi)部的殼體、用電光源和用電光探測器， 所述光源和所述光探測器遠(yuǎn)離所述殼體，所述光源用第一光導(dǎo)連接到所述 殼體，所述光探測器用第二光導(dǎo)連接到所述殼體，所述第一光導(dǎo)和所述第 二光導(dǎo)具有位于所述殼體里的遠(yuǎn)端，且所述遠(yuǎn)端之一可在與所述第二遠(yuǎn)端 光學(xué)對準(zhǔn)的第一位置和與所述第二遠(yuǎn)端未光學(xué)對準(zhǔn)的第二位置之間活動。
11. 如權(quán)利要求2所述的光學(xué)開關(guān)，其中，所述更改裝置是更改所述 遠(yuǎn)端的光學(xué)對準(zhǔn)的裝置。
12. —種探測在危險(xiǎn)易爆的環(huán)境里的液面的方法，所述方法包括以下 步驟在一危險(xiǎn)易爆的環(huán)境里部署權(quán)利要求1所述的光學(xué)開關(guān)， 從遠(yuǎn)離所述危險(xiǎn)易爆的環(huán)境的所述光源發(fā)光供所述第一光導(dǎo)傳輸，以及用在遠(yuǎn)離所述危險(xiǎn)易爆的環(huán)境的位置的所述光接收器檢查所述第二 光導(dǎo)有或沒有光。
13. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)開關(guān)，其+,所述殼體包括適合在液體 里漂浮的浮漂體。
14. 如權(quán)利要求13所述的光學(xué)開關(guān)，所述還具有耦合到所述殼體的 柔性纜。
15. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述危險(xiǎn)環(huán)境是在泵站或處理耀里。
16. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述光源以周期間隔按脈沖發(fā)出光，以及進(jìn)行用所述光接收器檢查所述第二光導(dǎo)的所述步驟來探測在預(yù)先確定的時間間隔中有或沒有預(yù)先確定數(shù)量的光脈沖出現(xiàn)。
17. 如權(quán)利要求12所述的方法，從所述光源發(fā)光的所述步驟在控制器請求時進(jìn)行。
18. 如權(quán)利要求12所述的方法，用所述光接收器檢查所述第二光導(dǎo)的所述步驟在控制器請求時進(jìn)行。
19. 如權(quán)利要求7所述的光學(xué)浮漂體開關(guān)，還具有磁體裝置，該磁體裝置與材料微弱地相互作用，以延遲所述更改光束的傳輸特性的裝置關(guān)于所述遠(yuǎn)端中的至少 一個遠(yuǎn)端的相對運(yùn)動。
全文摘要
一種具有殼體(1)、光源(3)和光探測器(5)的光學(xué)開關(guān)。光源(3)和光探測器(5)遠(yuǎn)離殼體。光源(5)用第一光導(dǎo)(2)連接到殼體，而光探測器(5)用第二光導(dǎo)(2)連接到殼體。第一光導(dǎo)光纜和第二光導(dǎo)光纜具有位于通過殼體并光學(xué)對準(zhǔn)但被間隙分開的遠(yuǎn)端。開關(guān)包括中斷光束的裝置。
文檔編號F21V33/00GK101680646SQ200780053185
公開日2010年3月24日 申請日期2007年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月31日
發(fā)明者克里斯多佛·E·考克斯, 羅利·L·考克斯 申請人:羅利·L·考克斯;克里斯多佛·E·考克斯