Дистанционный измеритель толщины нефтяной пленки

 

ДИСТАНЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТОЛЩИНЫ НЕФТЯНОЙ ПЛЕНКИ, содержа|гщй источник монохроматического оптического луча, светоделитель, оптически связанный с источником и предназначенный для разделения светового луча на два, сканирующий элемент, размещенный по ходу второго светового луча, первый и второй фотоприемники , расположенные соответственно по ходу отраженных от исследуемой пленки первого и второго световых лучей, и систему обработки сигнала , к первому и второму входу которой подключены соответствующие фотоприемники , отличающи йс я тем, что, с целью повьппения точности и быстродействия измерений. система обработки сигнала выполнена в виде устройства сравнения, блока .выделения максимумов и минимумов, преобразователя угол-напряжение, электронного ключа, функционального преобразователя, блока квантования и усреднителя, выход преобразователя угол-напряжение через электронный ключ соединен с первым входом функционального преобразователя, управляющий вход электронного ключа и второй вход функционального преобразователя соединены с выходом устройства сравнения, а выход функционального преобразователя подключен к первому входу блока квантования, второй и третий входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам блока выделения максимумов и минимумов, выход блока квантования соединен с входом усреднителя , вход блока выделения максимумов и минимумов и вход устройства эо сравнения являются соответственно первым и вторым входами системы обработки сигнала, сканирующий элеэо мент соединен с входом преобразователя угол-напряжение, являющимся третьим входом системы обработки сигнала.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (1)) (I I)

SU, (5!)4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТБЕННЫй НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3613212/24-28 (22) 30.06.83 (46) 15.10.85, Бюл. М - 38 (72) Т.Ю.Шевелева, В.И.Якименко и В.A.Ïðÿíèøíèêoâ (71.) Ордена Ленина электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина) (53) 531.717(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1059419, кл, С Oi В 11/06, 1982. (54)(57) ДИСТАНЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ

ТОЛЩИНЫ НЕФТЯНОЙ ПЛЕНКИ, содержащий источник монохроматического оптического луча, светоделитель, оптически связанный с источником и предназначенный для разделения светового луча на два, сканирующий элемент, размещенный по ходу второго светового луча, первый и второй фотоприемники, расположенные соответственно по ходу отраженных от исследуемой пленки первого и второго световых лучей, и систему обработки сигнала, к первому и второму входу которой подключены соответствующие фотоприемники, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения точности и быстродействия измерений, система обработки сигнала выполнена в виде устройства сравнения, блока ,выделения максимумов и минимумов, преобразователя угол-напряжение, электронного ключа, функционального преобразователя, блока квантования и усреднителя, выход преобразователя угол-напряжение через электронный ключ соединен с первым входом функционального преобразователя, управляющий вход электронного ключа и второй вход функционального преобразователя соединены с выходом устройства сравнения, а выход функционального преобразователя подключен к первому входу блока квантования, второй и.третий входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам блока выделения максимумов и минимумов, выход блока квантования соединен с входом усреднителя, вход блока выделения максимумов и минимумов и вход устройства сравнения являются соответственно первым и вторым входами системы обработки сигнала, сканирующий элемент соединен с входом преобразователя угол-напряжение, являющимся третьим входом системы обработки сигнала.

1! 85081 2

1О

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тех,нике измерения толщины тонких пленок, и может быть использовано, например, в самолетньгх и судовых автоматических средствах экспресс-контроля загрязнения нефтью водоемов.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия измерений толщины нефтяной пленки.

На фиг. 1 показана структурная схема дистанционного измерителя толЩинь» нефтяной пленки; на фиг, 2 временные диаграммы изменения толщины пленки по траектории движения носителя и сигналов на входах системы обработки, а также калибровочная зависимость предельного угла от толщины пленки; на фиг. 3 — переключающие характеристики (зависимость ступенчато изменяющегося напряжения от текущих значений толщины пленки).

Дистанционньп» измеритель толщины нефтяной пленки содержит источник 1 монохроматического оптического луча, светоделитель 2,сканирующий элемент 3, первый 4 и второй 5 фотоприемники,выходы которых соединены с первым и вторым входами системы 6 обработки, а третий вход сис.темы 6 обработки сoeдинен со сканирующим элементом 3, причем система 6 обработки содержит блок 7 выделения максимумов и минимумов, устройство 8 сравнения„ преобразователь 9 угол-напряжение, 35 электронный ключ 10, функциональный преобразователь 11, блок 12 квантования и усреднитель 13, выход которого является выходом системы 6 обработки сигнала. Выход преобразователя 9 через электронный ключ 10 соединен с первым входом функционального преобразователя 11, управляющий вход электронного ключа 10 и второй вход функционального преобразователя 11 соединены с выходом устройства 8 срав.нения, а вьгход функционального преобразователя 11 подключен к первому входу блока 12 квантования, второй и третий входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам блока 7 выделения максимумов и минимумов. Выход блока 12 квантования соединен с входом усреднителя 13, вход блока 7 выделения максимумов и минимумов и вход устройства 8 сравнения являются первым и вторым входами системы 6 обработки, сканирующий элемент 3 соединен с .входом преобразователя 9, являющимся третьим входом системы 6 обработки.

Дистанционньгй измеритель толщины нефтяной пленки на поверхности водоемов работает следующим образом.

В исходном состоянии дистанционный измеритель установлен на борту носителя (судна, вертолета, самолета), оптический луч источника 1 (например, лазера) напРавлен на светоделитель 2, который разделяет оптический луч на два луча. Первый луч направляют вертикально (или под небольшим углом к вертикали) на исследуемую водную поверхность, а вторым лучом с помощью сканиру— ющего элемента 3 зондируют под разнь»»»и углами водную поверхность в плоскости, перпендикулярной направлению движения носителя. Затем носитель с дистанционным измерителем на борту начинают перемещать по направлению распространения ветровых волн, а фотоприемники 4 и 5 пространственно ориентируют на прием отраженных первого и второго лучей, интенсивности которых в фотоприемниках 4 И 5 преобразуются в электрические сигналы и подаются соответственно на первый и второй входы системы 6 обработки.

Пусть толщина пленки по траектории движения носителя изменяется по закону, показанному на фиг.2 м (зависимость при перемещении от периферии к центру нефтяного пятна). В течение процесса измерений последовательно во времения фиксируются максимальные Ч1 „ и миниг<с х мальные V .„ значения сигнала

1» М г» с выхода первого фотоприемника 4 (фиг, 25), а напряжение V сигна.ла с вьгхода второго фотоприемника 5. (фиг. 2 ) сравнивается в устройстве 8 сравнения с заданным порогом сравнения Vä, например, равным мальное значение сигнала второго фотоприемника 5. Когда текущее значение V становится равным порогу сравнения V, в устройстве 8 сравнения формируется командный импульс. на управляющие входы ключа 10 и функционального преобразователя 11.

Через открытый ключ 10 с выхода преобразователя 9 угол-напряжение напряжение Ч,г»,, соответствующее оп118508l 4 ределенному в этот момент времени t К углу сканирования „ (фиг. 2В), подается на и.:формационный вход функционального преобразователя 11, в котором хранится зависимость h

f (d), где h — толщина пленки (фиг. 2j) . Этот сигнал Ч „, пропорциональный о(, разрешает считывание значения Ь в выходную ячейку памяти функционального преобразователя 11 до следующего момента времени +„ срабатывания устройства 8 сравнения. Значение h подается с выхода функционального преобразователя 11 к информационному входу блока 12 квантования, в котором осуществляется его сравнение с заданными квантованными уровнями hl — ihh переключающей характеристики

ht;r = й(Ь|) (фиг. 4с(, b- ), причем, в зависимости от управляющего сигнала, сформированного в блоке 7 выделения максимумов и минимумов на первом или втором его выходах, автоматически производится изменение типа переключающей характеристики (для минимумов — фиг. Зк, для максимумов — фиг. 28), т.е. сигналы с выходов блока 7 являются управляющими для блока 12 квантования.

Блок 12 квантования работает следующим образом. При фиксации в блоке 7 экстремума сигнала первого фотоприемника .4 на первый или второй входы триггера блока 12 (не показан) поступает соответствующий управляющий импульс, триггер срабатывает, устанавливая два переключателя (не показаны) в соответствующее положение, благодаря чему смещается "вверх и вправо" (например, для минимумов фиг. 4ы) переключающая, характеристика квантования, а счетчик (не показан) через управляющий. вход "О" при этом устанавливается в нулевое состояние. Затем происходит срабатывание, другой триггер открывает ключ (не показан), через который на счетный вход счетчика поступает последовательность тактовых импульсов частоты Г : счетчик.

В момент выполнения соотношения

Ь ((h „ + ah/2) происходит сраба30 тывание схемы сравнения, и управляющий импульс с ее выхода опрокидывает второй триггер, выходной потенциал которого является сигналом для остановки работы всего блока 12

35 квантования. При этом также открывается ключ блока 12, на выход которого поступает кватованное значение

h;, формируемое из ступенчатого напряжения h в момент срабатывания

40 схемы сравнения. Полученный ряд квантованных значений Л поступает на вход усреднителя 13, в котором осуществляется их усреднение. Результат усреднения сформированного

45 ряда квантованных значений

25 осуществляет счет количества импульсов, а дешифратор на его выходе соответственно преобразует их в сигнал управления коммутатором (не показан) .

На выход коммутатора поступает ступенчатое напряжение h<, задаваемое реэистивным делителем. Каждый квант ступенчатого напряжения задается последовательно включенными резисторами, причем, опрос резистивного делителя начинается с резистора, задающего максимальный уровень ступенчатого напряжения (фиг. 3). Ступенчато изменяющееся напряжение h подается на первый вход схемы сравнения (не показана), на второй вход которой подается напряжение h

= h „ + hh/2, сформированное в сумматоре (не показан), причем максимальное значение ступенчатого напряжения задано при начале измерений, а ь h равно 3 /2n, где Л вЂ” длина волны монохроматического оптического источника, n — пбказатель пре-. ломления нефти, определяемый по справочным данным. л ь = — ь ш 1является значением толщины пленки нефти в измеряемом нефтяном пятне на водной поверхности.

1185081

Фис 1 г г

))8508) а

1 2 3

У7®(Редактор С.Лисина

Заказ 6347/32 Тираж 650 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4

>ca, 7 а г

1 2 3 Ф 3 б 7

Фие. 3

Составитель Е.Глазкова

Техред М.Надь Корректор JI.Áåñêèä