Способ дистанционного измерения толщины нефтяной пленки на воде Советский патент 1984 года по МПК G01B11/06 

Изобретение относится к и:змерительной технике и может бьгть испо.чьзовано для дистанционного изг/ерения толщины нефтяной пленки на везде,, н самолетных и спутникор ьгх сисгемах контроля загрязнения нефтью морской поверхности, Известен бесконтактньй снособ измерения толщины нефтяной .шенки на поверхности водоемов, зак.чючающийся в том, что направляют на поверхность водоема два луча, первый HanpaBJi.qicT под фиксированньЕМ углом падения,, а второй сканируют в плоскости, перпендикулярной напраааению движения ветровых волн в водоеме, получают интерференционную картину в отрал;(н-ном первом луче 3 определяют знач(М1ие предельного угла падения второго Jtyча при котором интенсивность отраженного второго луча составляет 0,1-0,01 от его максимальной инте;;сивности, находят ряд значений толщины пленки как функции значений предельного угла падения второго в моменты экстремумов отражения г;ер-вого луча и определяют по ряду значений среднее значение то.чщинь пленки 1 , Недостатком этого способа являете высокая погрешность измерения при сильном волнении водной поверхности ( высота волн более ) м, скорость вет ра более 5 м/с )из-за сложности полу чения интерференцксиной картины в от раженном первом луче вследствие боль шой неоднородности нефтяной пленки по толщине, Кроме тог.о, известный способ имеет низкую оперативность из-за затрат времени на определение предельного угла сканирования второго луча, неприменим при больших дистанциях между носителем и морем, в частности и космических исследованиях, не позволяет получить документ о контроле. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ дистанционного измерен1-:я толшяны нефтяной 1гленки на воде j згклгочаювшй ся в том, что облучают нефтяную плен ку световьм лучом, измеряют интенсивность OTpasteHHoro луча, регистрируют экстремумы интенсивности отргженного луча за период редукции толщины пленкир определяют толщину плен ки как функцию числа экстремумов за период редукции толщины пленки и находят толпц-шу апенки по формуле h-h.-lN-liPt/in Ь,..1,.1;, при N - четное . 1 м Ю к с,М 1,1 н / Ь г;---- - при 14 - ечетное, м С1 k с д.тина гюлны светопо10 луча; псказатель П1)ело --иения нефти; число 3KCTjieivryMOH; измеряемая толпой на пленки,отрешенные сигналы, )тветствующие нач 1льной то/плине нофГЯ1-:ой пленки 5 .муку и максимуму KHTet;cnBHOcTH отраженного луча 2 , Этот способ имеет большую погрешность измерения на взволнованной воцной поверхности из-за неконтролируемо изменения толщины нефтяной плеэнки за период редукции вследствие нестационарности нефтяной пленки при волнении водной ловерхности. Способ -лкже не псззволяет получить высокую производительнос;ть измерения, что при решении арбитражных задач о привлече.чии нарушителей к ответственности, Цель изсбретения - повьш.ение точности и прсизводительности измерения толщинь: нефтянсзй пленки на взволнованной поверхности зоды. Поставленная цель достигается теМ;. что согласно способу дистандионнс го измерения толщины нефтяной пленхи на ноде J заключаюш, в том, что облучают нефтяную пленку световым лучом, измеряют интенсивность отралсенного луча,, регистрируют экстремумы интенсивности отр;м енно;-о луча за период редукции толтинь; штенки,, определяют толщину нефтяной гшенки как функцию чиспа экстремумов за период редукции толщины пленки, сканируют световой луч вдоль направления движения BerpOBOfi волнь:, принимают за период редукции наветренную часть, ветровой волны от впадины до вершиНЫ; определяют за период редукции одновременно с числом экстремумов расстояние 1-(ежду экстремумами и накодят толищну пленки по формуле

Г-rKi -..1

где ti - толщина пленки;

A длина волны светового луча; п - показатель преломления нефти

на длине волны Л; L - период редукции; N - число экстремумов на периоде

редукции;

,. расстояние между соседними экстремумами,

На фиг.1 изображена схема, реализующая способ дистанционного измерения толщины нефтяной пленки на воде; на фиг.2 - типичные кривые, характеризующие изменение интенсивности J отраженного луча (а) и толщины h пленки ( б ) вдоль ветровой волны от впадины до вершины ( на периоде редукции ).

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

Способ осуществляют следующим образом.

Источником 1 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 плен ки 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 i} , чтобы число различных интерференционных экстремумов бьшо 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 редукции и расстояния между ними на выбранной длине волны Л. Затем рассчитывают толщину пленки по формуле

{2N-i);i

зл

1) 1

;r-J

r

8n

где Ь - толщина пленки;

Л - длина волны светового луча; п - показатель преломления нефти

на длине волны. L - период редукции; N - число экстремумов за период

редукции; расстояния между соседними

экстрем мами.

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 м/с) во впадине на )1аветренной 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 монохроматиче ском свете J,

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 наветренной и псдватренной с ороне вситмгл нЫэ т об, средняя олш.ина плэнки ;навгтрега-:ой стороне сппелгл г-т с: кюю толщину плакк v: л след у iмим мест;/ неф яного аятна.

Pacc iSTpHBaK о де:;ьгл-ю B rpfurv волну, iiaseM-i -WT ее и.азетрачку ; частхл на :j:..j Юс адо:зтельн : ао.

ifj.itK

2;7/4n, .,.,

HHrep4Bpev;iuii) зкс-:ре1-Г. ;;;-:: женясго от всдьг моиохпомйтичес;о1 л;ч.з с волнь: см„ рил: :,О.Г1, i Т7Тв г.И В .- И

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