Бесконтактный способ измерения толщины нефтяной пленки на поверхности водоемов
БЕСКОНТАКТНЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ НЕФТЯНОЙ ПЛЕНКИ НА ПОВЕРХНОСТИ ВОДОЕМОВ, заключающийся в том, что направляют на поверхность водоема под фиксированным углом падения оптический луч получают иктерференияонную картину в отраженном свете, определяют толщину нефтяной пленки, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности измерения, разделяют перед направлением на поверхность водоеяга оптический луч на два луча, второй луч сканируют в плоскости, перпендикуляриой направлению движения ветровых волн в водоеме , определяют значение предельного угла падения второго луча, при котором интенсивность отраженного луча составляет 0,1-0,01 от его максимальной интенсивности, находят ряд значений толиошы пленки как функции гачений пределшого угла падения второго луча в моменты экстремумов отражения первого луча и оЕфеделяют по этому ряду значений среднее (Я значение толщины пленки. о О1 со 4 со /
СО1ОЭ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
Здп чг 01 В 11 06; G 01 В 9/02
ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТБУ
Риг. t
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И (ЛКРЬГГИЙ (21) 3393979/25-28 (22) 12.02.82 (46) 07.)2.83. Бюл. У 45 (72) Т. Ю. Шевелева, В. И. Якименко и и В. А. Прянишников (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический инсппут им. В. И. Ульянова(Ленина) (53) 531.715.1 (088.8) (56) 1. Авиационные наблюдения и контроль эа загрязненностью вод суши и моря. Методическое указание. Л., 1975, с. 57 — 58.
2. Крылова Т. В. Интерференциоиные покрытия. Л., "Машиностроайе", 1973, с. 174190 (прототип) . (54) (57) БЕСКОНТАКТНЫЙ СПОСОБ ИЗМБгВния толщины нифтяной плинки НА по—
ВЕРХНОСТИ ВОДОЕМОВ, заключающийся в
„SU„„1059419 А том, что направляют иа поверхность водоема под фиксированным углом цадеиия оптический луч, получают интерференционную картину в отраженном свете, определяют юлщину нефтяной пленки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, разделяют перед направлением на поверхность водоема оптический луч на два луча, второй луч сканируют в плоскости, перпендикулярной направлению движения ветровых волн в водоеме, определяют значение предельного угла падения второго луча, при котором интенсивность отраженного пуча составляет 0,1 — 0,01 от его максимальной интенсивности, находят ряд значений толщины пленки как функции значений предельного угла падения второго луча в моменты экстремумов отражения первого луча и определяют по этому ряду значений среднее значение толщины пленки.
059419 2
1 1
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, в самолетных и судовых системах экспрессконтроля загрязнения нефтью водных бассейн
Известен бесконтактный способ измерения толщины нефтяной пленки на поверхности во доемов, заключающийся в том, что облучают водную поверхность оптическим лучом с ши ким спектром, определяют в отраженном све цвет нефтяной пленки, по цвету находят толщину нефтяной влеюсн fl).
Недостатком данного способа является низ кая точность из-за ограниченности диапазона измеряемых толщины пленок областью
0,1-2 мкм вследствие ограничения спектральной области чувствительности приемника из чеиня (например глаза оператора), сложности интерпретации получаемой цветовой картины, которая неустойчива во времени из-эа измене ния толщины пленки волнением водной лове ности.
Наиболее близким по технической сущнос к изобретению является бесконтактный спосо измерения толщины .нефтяной пленки на поверхности водоемов, заключающийся в .том, что направляют на поверхность водоема под фиксированным углом падения оптический луч, получают интерференционную картину в отраженном свете, определяют толщину нефтя ной пленки по формуле
I ов, 5
po"" t0 l5 лу-
Рх 20 тн б (25
35 где т1 — измеряемая. толщина пленки; П вЂ” показатель преломления нефти; Я,, 3>, Я5,— длины волн, соответствующие первому, второму и третьему экстремумам; Х вЂ” порядок первого экстремума j2).
Недостатком способа измерения толщинь1 нефтяной пленки является низкая точность йзмерения ввиду того, что не контролируется изменение толщины нефтяной пленки в точке измерения в течение цикла спектральных измерений, характеризующегося большой длительностью..
Кроме того, неконтролируемо изменяется толщина, пленки вследствие ее нагрева и иснарения лучом света, который должен обладать значительной интенсивностью для обеспечения вьщеления из него большого числа узких спектральных диапазонов в широком спектре дпин волн; существенна дисперсия нефти в широком спектральном диапазоне.
Целью изобретения является повышение точности измерения.
Поставленная цель достигается тем, что согласно бесконтактному способу измерения толщины нефтяной пленки на поверхности водоемов, заключающемуся в том, что направляют на поверхность водоема под фиксирован40 теля по направлению движения ветровых волн, 45 Оптический луч источника 1 разделяют разделителем 2 на два луча и зондируют ими водную поверхность водоема 7, причем первый луч направляют вертикалыю на водную поверхность, а второй луч сканируют сканирующим элемен50 ленив движения носителя, С помощью фотоприемников 4 и 5 измеряют интенсивности mpвого и второго отраженных лучей. Запоминают максимальное значение интенсивности второго луча, устанавливают значение предельной интенсивности второго луча 2 в диапазоне 0,01 — 0,1 от его максимальной интенсивности, определяют значение предельного углами >раь соответствующее установленному значению предельной ин4mb=9,x = ъ(" =3 (х ?) ным углом падения оптический луч, получают интерференционную картину в отраженном свете, определяют толщину. нефтяной пленки, разделяют перед направлением на поверхность водоема оптический луч на два луча, второй луч сканируют в плоскости, перпендикулярной направлению движения ветровых волн в водоеме, определян>т значение предельного угла падения .второго луча, при котором интенсивность отраженного луча составляет 0,1 — 0 01, от его максимальной интенсивности, находят ряд.значений толщины пленки как функции значений предельного угла падения второго луча в моменты экстремумов отражения первого луча и определяют по этому ряду значений среднее значение толщины пленки.
На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства, с помощью которого реализуется предлагаемый бесконтактный способ измерения толщины нефтяной пленки на поверхности водоемов; на фиг. 2 — зависимости интенсивности отраженного первого луча от толщины нефтяной пленки и область возможных значений предельного угла падения второго луча в зависимости от толщины пленки при доверительной вероятности 0,9.
Устройство содержит источник l оптического
iëó÷à, разделитель 2 луча, с помощью которого ! перед направлением на поверхность водоема разделяют оптический луч на два луча; причем первый луч направляют под фиксированным углом, а второн луч сканируют, сканирующий элемент 3, фотоприемники 4 и 5, выходы которых соединяются с соответствующими входа ми блока 6 обработки сигналов.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.
Источник 1 оптического луча, разделитель 2, сканирующий элемент 3, фотоприемники 4 и
5„располагают на борту носителя цад иевозмущенной водной поверхностью водоема 7, например на выносной стреле в насосной части инспекционного судна. Направляют движение носиХ1
Рюш. ед (d
ВНИИПИ Заказ 9816/45 Тираж 602 Подписное
9в.
Фие. t
Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4
3 1059419 4 тенсивностн 3 в моменты экстремумов интен- рени» волнения водной поверхности, а также . явности,отраженного первого луча. С помощью качки носителя. При меньших значениях :1 зависимости предельного утпа от толщины неф- . сивности отраженного второго луча погрешность тяпой пленки (фиг. 2) находят область возмог измерения растет из-эа малой вероятности появных значений толщин 4 — Ь с помощью. за- пения на водной поверхностй уклонов (4азеД, ных значений то ч н и 5: о висимости 3< = f (4) находят -(фнг. 2) толщину превышающих 20 .
1Ц, соответствующую максимуму отражейня . В предлагаемом способе повышается точпервого пуча н попадающую в интервалЬ;>-К, ность измерения благодаря тому; что толщина
Находят ряд значений толщины:пленки (анало- нефтяпой пленки сравнивается непосредственно
1 гично указанному способу) и определяют по >0 с длиной волны оптического луча, сокращается этому ряду значений среднее значение толщины время цикла измерений. так как измерени» . ведут на одной фиксированной длине волны,, практически устранено неконтролируемое возЗависимость предельного угла от топппшы действие луча на измеряемый объект, так как пленкиЮ а е4=т(Ь) получают-предварительно pzta >5 снижена его интенсивность (нет необходимости каждого тина бассейна в процессе калибровки. выделения большого числа узких спектральных
Выбор предельной интенсивности отраженно- диапазонов), устранено влияние диснерсни нефго второго луча в диапазоне 0,01 — 0,1 от ее тн. Погрешность измерения описываемого спомэкспмального значения объясняется тем, что соба определяется только разбросом покаэатепо данным экспериментов именно в этом диа- . пя прелом»ения П нефти и нефтепродуктов на
20, назоне достигается измерение предельного уив дппне волны 4 источника излучения, и не пре-.
Ы с требуемой точностью (для уверенной вышает 10%, так как величины показателей eð4 идаитифика щи интерференпионных экстремумов преломления нефти и нефтепродуктов на фикв отражении первого луча: необходимо. чтобы::сироваипой длине волны лежат в узком диапаI погрешиость измерения предельюго угла паде- зоне значений (в частяости на длине волнй
25 ния второго лучае „ е4не превышала 30%). При 0,63 мкм величины П находятся в днапазоне больших значениях интенсивности отраженного,147-1,55). Такая погрешность измерения удоввтоРого лУча погРешность иэмеРециич аеа4Растет . летвоРительиа с точки зРениЯ большинства нэ-за большого воздействия на результат изме-,практических задач.
