Дистанционный измеритель толщины нефтяной пленки Советский патент 1985 года по МПК G01B21/08 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тех,нике измерения толп1ины тонких пленок и может быть использовано,например, в самолетных и судовых автоматических средствах экспресс-контроля загрязнения нефтью водоемов. Цель изобретения - повьшение точности и быстродействия измерений тол щины нефтяной пленки. На фиг. 1 показана структурная схема Дистанционного измерителя тол1ЦИНЫ 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 пленкиJ на фиг. 3 - переключающие характеристики (зависимость ступенчато изменяющегося напряжения от текущих значений толщины пленки). Дистанционный измеритель толщины нефтяной пленки содержит источник 1 монохроматического оптического луча светоделитель 2,сканирующий элемент 3 первый 4 и 5 фотоприемники,выхо ды которых соединены с первым и вто рым входами системы 6 обработки, а третий вход системы 6 обработки соединен со сканирующим элементом 3, причем система 6 обработки содержит блок 7 выделения максимумов и минимумов, устройство 8 сравнения, преобразователь 9 угол-напряжение, электронный ключ 10, функциональный преобразователь 11, блок 12 квантования и усреднитель 13, выход которого является выходом системы 6 обра .ботки сигнала. Выход преобразователя 9 через электронный ключ 10 соеди иен с первым входом функционального преобразователя 11, управляющий вход . электронного ключа 10 и второй вход функционального преобразователя 11 соединены с выходом устройства 8 срав нения, авыход 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 вто рым входами системы 6 обработки. сканирующий элемент 3 соединен с .входом преобразователя 9, являющимся третьим входом системы 6 обработки. Дистанционный 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 сканирующего элемента 3 зондируют под разньми 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 приём 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 толищна пленки по траектории движения носителя изменяется по закону, показанному на фиг.2 а (зависимость при перемещении от периферии к центру нефтяного пятна) . В течение процесса измерений последовательно во времения фиксируются максимальные V и минимальные V. значения сигнала с выхода первого фотоприемника 4 (фиг. 25), а напряжение V сигнала с выхода второго фотоприемника 5. (фиг. 2 г) сравнивается в устройстве 8 сравнения с заданным порогом сравнения Vp , например, равным ОП т V где Vj - максимальное 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 открытьш ключ 10 с выхода преобразователя 9 угол-напряжение напряжение Vj, соответствующее оп3.

ределенному в этот момент времени t углу сканирования oi (фиг. 2в), подается на информационный вход функционального преобразователя 11 в котором хранится зависимость h f(oL), где h - толщина пленки (фиг, 2е-). Этот сигнал V, пропорциональный oLf, разрешает считьшание значения h| в выходную ячейку памяти функционального преобразователя 11 до следующего момента времени t 1 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 h 1дЬ переключающей характеристики Кет f(hK,) (фиг. 4c,S), 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. 3«, для максимумов - фиг. 25), 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. 4о() переключающа характеристика квантования, а счетчик (не показан) через управляющийвход О при этом устанавливается в нулевое состояние. Затем происходит срабатьгоание, другой триггер открывает ключ (не показан), через который на счетный вход счетчика поступает последовательность тактовых импульсов частоты счетчик

850814

осуществляет счет количества импульсов, а дешифратор на его выходе соответственно преобразует их в сигнал управления KOMMyTatopoM (не показан). 5 На выход коммутатора поступает ступенчатое напряжение h, задаваемое резистивным делителем. Каждый квант ступенчатого напряжения задается последовательно включенными резисторами, причем, опрос резистивногр делителя начинается с резистора, задающего максимальньш уровень ступенчатого напряжения (фиг. 3). Ступенчато изменяющееся напряжение h подается на первый вход схемы сравнения (не показана), на второй вход которой подается напряжение h Ьц + дК/2, сформированное в сумматоре (не показан), причем максимальное значение ступенчатого напряжения задано при начале измерений, а лЬ равно Л/2п, где А- длина волны монохроматического оптического источника, п - показатель пре-г

25 ломпения нефти, определяемый по справочным данным.

В момент выполнения соотношения hp (hц + 4h/2) происходит срабатывание схемы сравнения, и управляющий импульс с ее выхода опрокидывает второй триггер, выходной потенциал которого является сигналом для остановки работы всего блока 12

5 квантования. При этом также открывается ключ блока 12, на выход которого поступает кватованное значение h., формируемое из ступенчатого напряжения Кр в момент срабатывания

0 схемы сравнения. Полученный ряд квантованных значений h поступает на вход усре;а;нителя 13, в котором осуществляется их усреднение. Результат усреднения сформированного

5 ряда квантованных значений

m

1

-- N

является значением толщины пленки нефти в измеряемом нефтяном пятне на водной поверхности.

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.

г 3 5 6 7

Фие. 3