Технические науки/12. Автоматизированные системы управления на производстве

Леонидова З.Е.

Уфимский государственный авиационный технический университет, Россия

Преобразователь уровня жидкости с четырьмя неподвижными лазерными источниками и матричным приемником излучения.

Разнообразие существующих способов измерения уровня жидкостей объясняется широким спектром систем управления в которых применяются уровнемеры: нефтедобывающая, нефтеперерабатывающая, химическая, пищевая промышленности, производство строительных материалов, металлургия, системы технического водоснабжения, транспортировка различных видов жидкости, жилищно-коммунальное хозяйство, системы очистки воды и канализация, сельское хозяйство, системы экологического мониторинга, судостроение и мореплавание и т.д.

Развитие матричных приемников излучения и возможностей обработки цифровых изображений дало начало новому направлению бесконтактных датчиков уровня жидкости с матричными приемниками излучения [1-5].

Автором статьи предложен бесконтактный преобразователь уровня жидкости с четырьмя неподвижными лазерными источниками и матричным приемником излучения (рис.1). Датчик уровня жидкости состоит из четырех лазеров, матричного приемника излучения или фотокамеры и микроконтроллера (рис. 1, 2). Камера и лазеры при необходимости могут быть полностью отделены от внутренней полости емкости прозрачным окном.

Лазеры 1 и 3 расположены под углом α₁ друг к другу. Лазеры 2 и 4 расположены параллельно друг другу и перпендикулярно поверхности жидкости. Лучи лазеров пересекая поверхность жидкости дают изображение четырех лазерных меток N_1, B₁, D₁, F₁. Цифровое изображение лазерных меток фиксирует фотокамера и передает полученное изображение в микроконтроллер, где после обработки изображения вычисляется уровень жидкости.

Обработка изображения лазерного ДУЖ с многоэлементным приемником излучения включает в себя решение следующих задач: 1. отделение всех областей лазерных меток от фона изображения; 2.отделение разных областей лазерных меток друг от друга и присвоение каждой области порядкового номера; 3. определение координат центра масс каждой области лазерной метки в принятой системе координат; 4. определение длины отрезков между центрами масс изображений лазерных меток N_1, B₁, D₁, F₁; 5. вычисление значения измеряемого уровня жидкости по полученным данным.

Рис.1 - Преобразователь уровня жидкости с четырьмя неподвижными лазерами и матричнымным приемником излучения

Формула вычисления уровня жидкости h₁:

(1);

где, l₁ и l₂ –расстояния между метками N₁ и B₁, D₁ и F₁ на поверхности жидкости; l_1изм и l_2изм – расстояния, в пикселях, между центрами масс меток N₁ и B₁, D₁ и F₁ на полученном изображении; α₁ – угол между лазерами 1 и 3; b₁ – величина определяемая из конструкции датчика.

Рис.2 - Функциональная схема преобразователя уровня жидкости с четырьмя неподвижными лазерами и матричнымным приемником излучения

Предложенный преобразователь уровня жидкости обеспечивает уменьшенную зону нечувствительности и высокую точность измерения за счет использования матричного приемника излучения и нескольких лазерных источников.

Литература:

1. Патент РФ на изобр. № 2338163 Способ и устройство для измерения уровня жидкости / Леонидова З.Е., Мукаев Р.Ю. 2008

2. Патент РФ на изобр. № 2332644 Способ и устройство для измерения уровня жидкости / Леонидова З.Е., Мукаев Р.Ю. 2008

3. Патент РФ № 2126529 Жидкостный уровнемер / Бодик М.К., Диканский В.П., Жильцов А.А., Коломоец А.В.,1999

4. Liquid-level measurement using a single digital camera Ti-Ho Wang , Ming-Chih Lu , Chen-Chien Hsu, Cheng-Chuan Chen, Jia-Dong Tan [Электронный ресурс] / Measurement 42 (2009), p. 604-610

5. Agile lensing-based non-contact liquid level optical sensor for extreme environments Syed Azer Reza, Nabeel A. Riza /Optics Communications 283 (2010) 3391–3397