УРОВНЕМЕР Российский патент 2000 года по МПК G01C9/06 G01F23/292 

Изобретение относится к разделу технической физики, в частности к геодезическому приборостроению.

Известны уровнемеры, снабженные источником света и оптически связанным с ним фотоприемником, при этом измерения выполняются путем регистрации положения границы света и тени на фотоприемнике /1/. Эти уровнемеры обладают недостатком, связанным с тем, что при боковом освещении сосуда точность измерений зависит от мениска жидкости у стенки сосуда.

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности признаков (прототипом) является отсчетное устройство гидростатического нивелира, содержащее точечные источники света и оптически связанный с ними фотоприемник в виде телекамеры. Уровень жидкости в нем определяется измерением расстояния между центрами изображений точечных источников света в телевизионном кадре /2/. Прототип обладает недостатком, связанным с тем, что воздушные пузырьки на поверхности жидкости, попадающие в поле зрения телекамеры, могут ухудшать точность измерений.

Задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в устранении этого недостатка и тем самым повышении точности измерений, и создании дополнительной возможности для измерения наряду с уровнем также наклона сосуда относительно уровня жидкости.

Для решения этой задачи в уровнемере, содержащем источник света, оптически связанный с фотоприемником в виде телекамеры, согласно изобретению и в отличие от прототипа источник света выполнен в виде одного или нескольких кольцевых источников света, внутри которых размещена телекамера, при этом диаметр кольцевых источников света определяется по формуле:
D_n=K•(D_max/D_min)^n-1•H_min,
где D_n - диаметр n-го кольцевого источника света,
K - коэффициент пропорциональности,
D_max- максимальный диаметр изображения кольцевого источника света в телевизионном кадре,
D_min- минимальный диаметр изображения кольцевого источника света в телевизионном кадре,
H_min- минимальный измеряемый уровень жидкости, n-порядковый номер кольцевого источника света.

Изобретение поясняется чертежом, на котором схематично представлен один из вариантов предлагаемого уровнемера. Уровнемер состоит из корпуса 1, в котором установлены кольцевой источник света 2 и телекамера 3, размещенная внутри кольцевого источникам света 2. Корпус 1 установлен на сосуде 4 с жидкостью, уровень 5 которой измеряется. Уровнемером можно также измерить наклон сосуда 4 относительно уровня 5 жидкости.

Уровнемер работает следующим образом. В выходном телевизионном сигнале телекамеры 3 формируется изображение кольцевого источника света 2, отраженное от измеряемого уровня жидкости 5. Телевизионный сигнал передается в регистрирующее устройство (не показанное на чертеже), в котором измеряется диаметр и положение центра изображения кольцевого источника света в телевизионном кадре. При этом диаметр изображения кольцевого источника света 2 однозначно зависит от измеряемого уровня жидкости, а положение его центра - от наклона сосуда относительно уровня жидкости.

Ввиду того, что площадь кольцевого значительно больше площади точечного источника света, влияние пузырьков воздуха на точность измерений несущественно.

Если уровень жидкости в сосуде увеличивать, то диаметр изображения кольцевого источника света в телевизионном кадре также увеличивается до тех пор, пока не достигнет максимального значения D_max, после которого оно "выпадает" из телевизионного кадра и измерения становятся невозможными. Расширить диапазон измерений при этом можно, если вместо одного установить несколько кольцевых источников света, внутри которых поместить телекамеру.

Если уровень жидкости в сосуде уменьшить, то диаметр изображения кольцевого источника света в телевизионном кадре также уменьшается до тех пор, пока не достигнет минимального значения D_min, после которого ошибка измерений становится больше заданной.

Компромиссное (обеспечивающее необходимые диапазон и ошибку измерений) решение достигается, если диаметр кольцевых источников света определять по формуле:
D_n=K•(D_max/D_min)^n-1•H_min,
где D_n - диаметр n-го кольцевого источника света,
K - коэффициент пропорциональности,
D_max- максимальный диаметр изображения кольцевого источника света в телевизионном кадре,
D_min- минимальный диаметр изображения кольцевого источника света в телевизионном кадре,
H_min- минимальный измеряемый уровень жидкости, n-порядковый номер кольцевого источника света.

Преимуществом предлагаемого изобретения, помимо повышения точности измерений, служит также возможность, помимо уровня жидкости, измерять также наклоны сосуда относительно этого уровня (ввиду кольцевой формы источника света).

Предлагаемое изобретение может быть использовано, например, в гидростатическом нивелире для определения не только высотного положения, но и наклона контролируемых элементов и узлов протяженных объектов, например прокатных станов, блюмингов и пр.

Источники информации:
1. Измерения в промышленности. Справочник под редакцией проф. П.Профоса, М., "Металлургия", 1990, стр. 12-37.

2. Патент RU 2112922 1 от 10,06.98, кл. G 01 C 9/06 (прототип).

Использование: геодезическое приборостроение. Изобретение может быть использовано, например, в гидростатическом нивелире для определения не только высотного положения, но и наклона контролируемых элементов и узлов протяженных объектов, например прокатных станов, блюмингов и пр. Уровнемер состоит из корпуса 1, в котором установлен источник света 2, оптически связанный с фотоприемником в виде телекамеры 3. Источник света 2 выполнен в виде одного или нескольких кольцевых источников света, внутри которых размещена телекамера. Диаметры кольцевых источников света рассчитываются по формуле D_n = K•(D_max/D_min)^n-1•H_min, где D_n -диаметр n-го кольцевого источника света, К - коэффициент пропорциональности, D_max - максимальный диаметр изображения кольцевого источника света в телевизионном кадре, D_min - минимальный диаметр изображения кольцевого источника света в телевизионном кадре, H_min - минимальный измеряемый уровень жидкости, n - порядковый номер кольцевого источника света. Технический результат - повышение точности измерений и создание дополнительной возможности для измерения наряду с уровнем также наклона сосуда относительно уровня жидкости. 1 ил.

Уровнемер, содержащий источник света, оптически связанный с фотоприемником в виде телекамеры, отличающийся тем, что источник света выполнен в виде одного или нескольких кольцевых источников света, внутри которых размещена телекамера, при этом диаметры кольцевых источников света рассчитываются по формуле
D_n = Kх(D_max/D_min)^n-1xH_min,
где D_n - диаметр n-го кольцевого источника света;
K - коэффициент пропорциональности;
D_max - максимальный диаметр изображения кольцевого источника света в телевизионном кадре;
D_min- минимальный диаметр изображения кольцевого источника света в телевизионном кадре;
H_min - минимальный измеряемый уровень жидкости;
n - порядковый номер кольцевого источника света.