Способ дистанционного измерения толщины нефтяной пленки на воде

 

СПОСОБ ДИСТ ЩЦКОННОГО ИЗМЕ. Ё1ШЛ НЕФТЯНОЙ ПЛЕНКИ КА ВОДЕ , заключающийся в TOMj что облучэлот нефтяную плег-псу световым лучом измеряют интенсивность отраженного луча,; регистрируют экстремус-а интенсивности отраженного луча за период редукции толщины пленки, определяют толгоину нефтяной пленки как функцию числа экстремумов за период редукции толщины гшекки, отлич ающийс я тем, ЧТО; с целью повышения точности и производительности измерения толщины нефтяной пленки на взволнованной поверхности воды, сканирую-т световой луч вдоль направления движения ветровой волны, принимают за период редукции наветренную часть ветровой волны от зпадины до яертЕкны, определяют за период редукции одновременно с ЧИСЛОМ: экcтpe ryмoE расстояние между зкстремумами и находят толшд-гку пленки Ь по форьгуле Ijg IL +е . LL Sn 2 6n -t+ N 8n J © где Д - длина волны светового луча; h показатель преломления нефти на длине волны - ; L - период редукцииJk N - число экстремумов за период редукции; расстояние между соседними L , экстремумами. Ветер

СС1ЮЗ СОВЕТСНМХ

С01Я4АЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

СПЬОАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

P AB ГОРСКОМУ СВйДБТЕЛЬСТВУ

ГРГУЛ Ф :ТРЕНИЫ1 ЧОМИТЕТ АЗССР

i .О .,0ЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТЙР К7ЪФ

1 21, 3630194/25-28 (221 02.0",83 (.66 ; 30 1!, 8, Бл и, ДЬ, (72, Т . 10. Шевелева. А. А. Бузников и Ь, . „Котов

, 7! > Ленинградский ордена Ленина

-злектротехнический институт

/ им. В, И., Ульяноза Ленина (53; 53!,715 27(088,8)

56 1 l, A;, орское свидетельство СССР

1053й!3, кл. О 01 8 !1/06,12.02,82, 2. авторское ". †ç ;èäåòeë.üñòâñ СССР !

05".857, кл, О 0! В 11/06,26,07,82 —:! рот от и, (5-,,,»,,571 СПОСОБ ДИС1АЧЦИОННОГО ИЗИЕ. -. ;1ГЛЛ АДОЛБ: НЫ НЕФТЯНОЙ ПЛЕНКИ НА ВО3Е, заключ:=юцгйся в том, что облучжэт не- фтяяую пленкj световым лучом> измеряют интенсивность отраженного луча., регистрируют экстремумы интенсивности отраженного луча эа период ред;кцин толщины пленки, определяют голицыну нефтяной пленки как функцию числа экстремумов за период редукции толькины, ленки о т л и ч а ю щ и и с я тем,;то. с целью повышения точности и производительности измерсния толщины нефтяной пленки на взволнованной поверхности воды, сканируют световой луч вдоль направления движения ветровой волны, принимают за период редукции наветренную часть ветровой волны от зг.адины до верю..ьы

1 определяют за период редукции одновременно с числоМ э -стремумов расстояние между экстремумами и находят толцину пленки b пс формуле длина волны светового луча; показатель преломления нефти на длине волны Л; период редукции;

I число экстремумов за период редукции; расстояние между соседними экстремумами, :?бЯ(;

Изобретение относится к измерив тельной технике и може" быть испо.! .— зо ваHo pJIR ди стан цианн 0 г0 толщины нефтяной пленки на вале, н самолетных и спутнпксвых сис-емах контроля загрязнения нефтью <мар ской поверхности, Известен бесконтактный спас>б намерения толщины нефтяной

9,! -О, О От его максималы-ой инте:1-сивнасти, находят ряд зна ений TO;I— щины пленки как функции з н аче ний предельного угла падения Bтарагс луча в моменты экстремумов отражения первого луча и определяют по это:.гу ряду значений среднее значение вЂ,о:нцинь пленки (! j.

Недостатком этага способа являет гя .„ высокая погрешность измерения ВрН сильном волнении водной лавер.(но с т: (высота волн более (м„скорость BEIT-ра более и/с ) из-за сложностH;ipпу-чения интерференционной картины Б 0 . раженнам первом луче всл дствие б=,iBшой неоднородности нефтяной пленки по толщине.

Кроме того, известный спосса и 1е— ет низкую оперативкость из-за затрат

Наиболее близким по технической сущности к изобретению являeTñÿ с:0 соб дистанционнога измерения толшиь1ы нефтяной пленки на ваде,, з-.êë!0÷àipiIEèéся в том, что облучают нефтяну в плен- ( ку световым лучом, измеряют интенсивность отраженкога луча, регистрируют экстремумы интенсивности .;TpB:— женного луча за период редукции толщины пленки, определяк>т толщину плен-- = ки как функцию числа экстремумов за период редукции толщины пленки и находят толщину пленки пс формуле (; = 11 - (ч - (3.,/ I

:.лв ), — — («(—: (HOF

П «1 / " : 1 1«П1КС ««(<н

1, — «

p П Г, — И(1H " . i;i ,Не(С ц::ина 110лны свет0!010 "уча;

Ii(KB 3 EITE П Ь П(1ЕП101С1(HH

Ю чи cпа э к(гр е. мумаB ! i Э iME РЯ E <МНЯ ТОЛП<И I-:

0 < Р<,:ж(-: НЫЕ СИ I Н <<П .Ы: <)ОТ ВЕ Г С 1 /

;--1уюп ие начальной толп ине неф—

Ч< < К П тя1-:ой Bленки, минимуму и максимуму «..нтен(ивности атражен— но "с луча .. !.

Зт((т способ имее-; большую погрешнаст ь изме :!BHHR на Взвс:lнаваннсй БОд .-Ои .-:сверхнастн из-за некантра:1ируеМОГС ИЗМЕН- НИЯ ГОЛШИНЫ НЕфтв(най пленки Па <1ериад редукции вследствие .-;естсциана >нос "H нефтяной пл HKH npu

«спи=HHH ваднОй iioB»pxHo(TH, СНОсаб —:1кже не паз валяет па 1учить вы;.акую произBo;IHTE!.!r HOI.т, измерения, что важна ipH ре(пенин арбитражных задач прнвлечеl!Ни нарушитc.;iei! к О-.не-.—

: твеннаст:-1, Цель изаб1.:етения — »OB!>III!ение тачности;-1 произ вадительнасти измере— ння 1 олщинь; нефтяной пленки на взволс ваннОй пlаBF pxHÎ cTH воды., Псставлснная цель достигается

TE ì. чта "огласка способу дистанционнага измерения толщины нефтяной пленi<и HQ «аде,. з аключ ающе му ся в том, -, "о облучают нефтяную пленку световым

1 < ЧОМ р ИЗМЕ РЯЮТ HHÒFH CHBHO C TЬ 0TPB женнсгс луча „регистрируют экстремумы интенсивности отраженна;"а луча . а IIE .риад Оедукции тслп(ины и II нкн, определяют толщину нефтяной пленки как функцию числ(1. экстремумов з а и е— риод редукции толщины пленки, сканиРУЮТ < ВЕТОБОИ ЛУ«I ВДОЛ Ь H «НIР аВЛЕ Н ИЯ движения ве, рона:. волнь;, принимают з =i пегиод р-:-дукции наветренную частb., ве травой волны ат впадины до вершинь;, определяют за период редукции одно временно числам экстремумов р а.- стояние между экстремумами и находяя << талщи11;у 11ле нки пО формуле

1)26811 где Ъ лтолщина пленки; длина волны светового луча; показатель преломления нефти на длине волны,3; период редукции; число экстремумов на периоде редукции; расстояние между соседними экстремумами °

На фиг. 1 изображена схема, реализующая способ дистанционного измере — f5 ния толщины нефтяной пленки на воде; на фиг.2 — типичные кривые, характеризующие изменение интенсивности 3 отраженного луча (а) и толщины пленки (б ) вдоль ветровой волны от 20 впадины до вершины (на периоде редукции).

Схема содержит источник 1 светового излучения (Солнце) и спектрограф 2, 25

Способ о суше ст вляют следующим образом.

Источником l излучения, например, Солнцем, облучают водную поверхность.

Спектрограф 2 устанавливают на борту вертолета, ориентируют его входную щель вдоль направления движения ветровых волн, осуществляя таким образом сканирование оптического луча вдоль периода редукции.

Фотографируют водную поверхность на ряде длин волн.

При наличии на воде нефтяной пленки на изображении щели спектрографа появляются последовательно чередующиеся интерференционные минимумы и максимумы интенсивности отраженного луча.

Дпя повышения точности измерения целесообразно из ряда изображений щели выбрать такое на длине волны Л, чтобы число различных интерференционных экстремумов было максимальным. По фотоснимку определяют положение впадины и вершины на наветренной стороне волны (период редукции ).

Положение этих характерных точек легко устанавливается благодаря несимметричности ветровой волны. Находят число экстремумов на периоде 55 редукции и расстояния между ними на выбранной длине волны h. Затем рассчитывают толщину пленки по формуле

Фгде b — толщина пленки; длина волны светового луча; показатель преломления нефти на длине волны. 3; период редукции; число экстремумов за период редукции", расстояния между соседними экстремумами.

Под действием ветра толщина нефтяной пленки монотонно возрастает на наветренной стороне волны от впадины к вершине. Ветер играет роль редуктора, сгоняя нефтяную пленку сильным воздушным потоком из впадины к вершине ветровой волны. После обрушения ветровой волны пленка сравнительно равномерно распределяется по подветренной стороне волны, При сильном волнении водной поверхности (высота волн более 1 м, скорость ветра более 5 и/с) во впадине на наветренной стороне волны пленка утончается практически до нулевой толщины (разрывы в пленке с образованием участков чистой воды ).

Таким образом, на наветренной стороне волны пленка изменяет свою толщину от нуля до максимальной величины на участке от впадины до вершины ветровой волны, поэтому этот участок можно выбрать в качестве пространственного периода редукции, исключив затраты времени на редукцию нефтяной пленки в процессе интерференционных измерений. Число интерференционных экстремумов на периоде редукции можно определить, просканировав оптический луч вдоль направления движения ветровой волны от ее впадины до вершины (например сканируя лазерный луч или сфотографировав ветровую волну в монохроматическом свете), Следовательно, благодаря устранению затрат времени на временную редукцию толщины пленки в процессе интерференционных наблюдений достигается повышение точности производительности измерения.

Расчетную формулу можнО пояснить следующим образом.

Всю поверхность водоема рассматривают как сумму элементарных ветровых волн. Количество нефти на наветрент.с()Я л ; g цс > т-т).,дт- < : :, 3 . — — р

<2

Г д г.. .-

Г

j ,!

Ч