ТЕЛЕВИЗИОННЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК G01L11/02 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности, к оптическим методам и может быть использовано для измерения давления оптически прозрачных газообразных и жидких сред.

Известны оптические методы измерения давления основанные на регистрации изменения интенсивности отраженного светового потока в зависимости от прогиба мембраны под действием давления (см. Жилин В. Г. Волоконно-оптические измерительные преобразователи скорости и давления. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - с.11-12; Авдошин Е.С. Волоконная оптика в военной технике США // Зарубежная электроника, 1989. - №11. - с.98-99; а.с. 1631329 G01L 11/00. Датчик давления; Бусурин В.И., Носов Ю. Р. Волоконно-оптические датчики: Физические основы, вопросы расчета и применения. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - с.40-41.; Волоконно-оптический датчик давления (патент RU №2269755, МПК G01L11/02, 2006 г. и др.)

Недостатком данных методов является невозможность учета и контроля влияния температуры на геометрические параметры преобразователей, а также технологические сложности при реализации метода.

Известен также оптический метод измерения давления с использованием загерметизированной по периметру и содержащей для подачи разности давлений входное и выходное отверстия оптической ячейки, выполненной в виде двух стеклянных пластин с заключенным между ними слоем жидкого кристалла через которую пропускают свет для регистрации изменения оптической прозрачности жидкого кристалла, по которой определяют давление (см. патент RU №2036447, МПК G01L11/02, 1995 г.).

Недостатком данного метода является сложность методики его реализации и возможность возникновения большой методической погрешности, обусловленной тем, что необходимо осуществлять дополнительную поляризацию света, пропускаемого через слой нематического жидкого кристалла, и перед прикладыванием к нему давления изменять угол ϕ между направлением распространения света и оптической осью жидкого кристалла с высокой степенью точности.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является принятый за прототип способ фокусирования лазерного излучения с использованием адаптивной оптики в виде герметизированной оптической ячейки (полость), содержащей для подачи оптически прозрачной (преломляющей) жидкости, при контролируемом давлении, входное отверстие (патрубок), а для пропускания лазерного излучения через жидкость два оптических окна (в виде упругих мембран), обладающих свойством прогиба (см. Романенко В.В., Дубнюк В.Л. Теоретическое обоснование и возможности реализации фокусирование лазерного излучения с помощью адаптивной оптики в полиграфических производстах // Технологія і техніка друкарства, № 4(30). 2010. С.108-115.).

Недостатком данного способа является низкая информативность и достоверность контроля, обусловленная невозможностью получения в реальном масштабе времени изображения упругих мембран преобразователя давления, а, следовательно, и формы прогиба. Кроме того, невозможность контроля состояния оптически прозрачной (преломляющей) жидкости, например, на наличие пузырьков газа, включений и других дефектов, а также окружающих условий.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение информативности и достоверности метода измерения давления.

Технический результат заявляемого решения выражен в повышении информативности и достоверности способа измерения давления за счет использования телевизионного способа визуализации и обработки изображения.

Технический результат достигается тем, что в способе измерения давления жидкости, включающем формирование оптической жидкой линзы путем управляемого ввода оптически прозрачной жидкости через отверстие в оптическую ячейку, содержащую входное и выходное оптические окна, обладающие чувствительностью по отношению к величине давления жидкости, пропускание света через входное окно, жидкую линзу и выходное окно, для одновременного измерения давления жидкости и визуализации дефектов оптических окон и жидкой линзы свет дополнительно пропускают через модулятор, обладающий регулярной структурой и регистрируют матричным фотоприемником сигнал, несущий информацию о нарушении исходной трансляции регистрируемого контраста изображения модулятора, а величину давления оптически прозрачной жидкости в ячейке определяют расчетным путем по углу отклонения светового луча образующейся жидкой линзы в рамках метода цифровой обработки телевизионных изображений.

Свет дополнительно пропускают через модулятор, обладающий регулярной структурой, и регистрируют матричным фотоприемником сигнал, несущей информацию о нарушении исходной трансляции (регулярности) регистрируемого контраста изображения модулятора. Таким образом, по картине искажения регулярной структуры изображения модулятора осуществляют визуализацию дефектов в виде оптических неоднородностей в окнах ячейки, в жидкой линзе в реальном масштабе времени (см. Хауф В., Григуль У. Оптические методы в теплопередаче. М. Мир 1973. С.28-41.; Васильев Л. А. Теневые методы. М.: Наука, 1968, С.84-110). Образующаяся жидкая линза вызывает отклонение лучей света на определенный угол, что позволяет в рамках метода цифровой обработки телевизионных изображений одновременно с визуализацией осуществлять расчет значений давления жидкости в ячейке по известной формуле (см. Романенко В.В., Дубнюк В.Л. Теоретическое обоснование и возможности реализации фокусирование лазерного излучения с помощью адаптивной оптики в полиграфических производстах // Технологія і техніка друкарства, № 4(30). 2010, формула 18), предварительно определив угол отклонения светового луча по алгоритму, основанному на сравнении эталонного регулярного (например, точечного) контраста, полученного при нормальном атмосферном давлении жидкости в ячейке и контраста, при избыточном (подлежащем измерению) давлении жидкости в ячейке, а по углу - фокусное расстояние жидкой линзы (см. Васильев Л.А. Теневые методы. М.: Наука, 1968, С.84-110.; Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2005611975 РФ. Программа визуализации и расчета распределения температур конвекционных потоков (Termo Vision 0.5) / Ильин С. В., Карачинов В. А., Торицин С. Б // Программы для ЭВМ, базы данных, топологии ИМС О.Б. - 2005).

Для достижения технического результата предложен способ измерения давления жидкости или газа путем управляемого ввода оптически прозрачной жидкости или газа через отверстие в оптическую ячейку, пропускание света соответственно через входное окно, оптически прозрачную жидкость или газ в ячейке и выходное окно, а также через модулятор света, и формирование с помощью матричного фотоприемника сигнала, несущего информацию о нарушении трансляции регистрируемого контраста изображения модулятора по которому судят о качестве входных окон и о состоянии оптически прозрачной жидкости. При этом величину давления оптически прозрачной жидкости в ячейке определяют расчетным путем по углу отклонения светового луча образующейся линзы в рамках метода цифровой обработки телевизионных изображений, основанного на сравнении эталонного регулярного контраста, полученного при нормальном атмосферном давлении жидкости в ячейке и контраста, полученного при избыточном (подлежащем измерению) давлении жидкости в ячейке.

На чертеже представлено устройство для реализации способа.

На чертеже и в тексте приняты следующие обозначения:

1 - входное окно; 2 - герметизированный корпус; 3 - выходное окно; 4 - модулятор света; 5 - матричный фотоприемник; 6 - отверстие; 7 - жидкая линза; 8 - канал связи; 9 - персональный компьютер с программным обеспечением.

Способ осуществляется следующим образом:

Как и в прототипе, через отверстие 6 в герметизированном корпусе 2 рабочая оптически прозрачная жидкость с определенным коэффициентом преломления управляемо вводится в оптическую ячейку, создавая внутри нее перепад избыточного давления ΔР, который вызывает упругую деформацию входного 1 и выходного оптически прозрачного окна 3 с образованием прогиба, который в свою очередь задает форму образующейся жидкой линзы 7. Через входное окно 1, жидкую линзу 7 и выходное окно 3, а также через модулятор света 4, расположенный на некотором расстоянии от фокальной плоскости F жидкой линзы, пропускают свет, который, попадая на матричный фотоприемник, 5 вызывает на его выходе формирование сигнала, несущего информацию о нарушении исходной трансляции (регулярности) регистрируемого контраста изображения модулятора 4, который передается по каналу связи 8 на ПЭВМ 9 и по которому судят о качестве окон 1, 3 и о состоянии жидкой линзы 7. Величину давления оптически прозрачной жидкости в ячейке определяют расчетным путем по известной формуле. (см. Романенко В.В., Дубнюк В.Л. Теоретическое обоснование и возможности реализации фокусирование лазерного излучения с помощью адаптивной оптики в полиграфических производстах // Технологія і техніка друкарства, № 4(30). 2010, формула 18):

где: p - измеряемое давление; В - жесткость оптического окна; r_M - радиус оптического окна; f - фокусное расстояние жидкой линзы; n - показатель преломления жидкости. Входящее в (18) значение фокусного расстояния f, образующейся жидкой линзы 7 рассчитывают на ПЭВМ 9, например, для модулятора с точечной структурой по углу отклонения светового луча образующейся линзы в рамках метода цифровой обработки телевизионных изображений, основанного на сравнении эталонного регулярного контраста, полученного при нормальном атмосферном давлении жидкости в ячейке и контраста, полученного при избыточном (подлежащем измерению) давлении жидкости в ячейке.( см. Васильев Л.А. Теневые методы. М.: Наука, 1968, С.12-45; Termo Vision 0.5) / Ильин С. В., Карачинов В. А., Торицин С. Б // Программы для ЭВМ, базы данных, топологии ИМС О.Б. - 2005).

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет:

- повысить информативность и достоверность количественной оценки давления жидкости (газа);

- визуализировать дефекты входных окон и оптически прозрачной жидкости;

- уменьшить методическую погрешность измерений;

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности, к оптическим методам и может быть использовано для измерения давления оптически прозрачных жидких и газообразных сред. Заявлен способ измерения давления жидкости, включающий формирование оптической жидкой линзы путем управляемого ввода оптически прозрачной жидкости через отверстие в оптическую ячейку, содержащую входное и выходное оптические окна, обладающие чувствительностью по отношению к величине давления жидкости, пропускание света через входное окно, жидкую линзу и выходное окно. При этом для одновременного измерения давления и визуализации дефектов оптических окон и жидкой линзы свет дополнительно пропускают через модулятор, обладающий регулярной структурой. Величину давления оптически прозрачной жидкости в ячейке определяют расчетным путем по углу отклонения светового луча образующейся жидкой линзы в рамках метода цифровой обработки телевизионных изображений. Технический результат: повышение информативности измерения давления и уменьшение методической погрешности. 1 ил.

Способ измерения давления жидкости, включающий формирование оптической жидкой линзы путем управляемого ввода оптически прозрачной жидкости через отверстие в оптическую ячейку, содержащую входное и выходное оптические окна, обладающие чувствительностью по отношению к величине давления жидкости, пропускание света через входное окно, жидкую линзу и выходное окно, отличающийся тем, что для одновременного измерения давления жидкости и визуализации дефектов оптических окон и жидкой линзы свет дополнительно пропускают через модулятор, обладающий регулярной структурой, и регистрируют матричным фотоприемником сигнал, несущий информацию о нарушении исходной трансляции регистрируемого контраста изображения модулятора, а величину давления оптически прозрачной жидкости в ячейке определяют расчетным путем по углу отклонения светового луча образующейся жидкой линзы в рамках метода цифровой обработки телевизионных изображений.