Технические науки/12. Автоматизированные системы управления на производстве

Леонидова З.Е.

Уфимский государственный авиационный технический университет, Россия

Преобразователь с двумя неподвижными лазерными источниками и матричным приемником излучения, предназначенный для бесконтактного измерения уровня в условиях ограниченного доступа к объекту.

Большинство бесконтактных способов измерения уровня предполагают доступ к объекту измерения «сверху», то есть расположение преобразователя перпендикулярно уровню жидкости. Доступ к объекту измерения «сверху» невозможен, например, для задач измерения уровня сточных вод в безнапорных трубопроводах; контроле уровня реки, озера; измерении уровня в подземных нефтехранилищах и т.д. В этом случае возникает необходимость проектирования и установки конструкций обеспечивающих необходимое расположение преобразователя, что не всегда возможно.

На основе бесконтактных преобразователей уровня жидкости с матричными приемниками излучения [1-3], автором статьи предложен преобразователь уровня жидкости с двумя неподвижными лазерными источниками и матричным приемником излучения, расположенными под углом к поверхности жидкости, который позволяет обеспечить необходимое расположение преобразователя (рис.1).

Преобразователь состоит из двух лазеров, многоэлементного приемника излучения (камеры) и микроконтроллера (рис. 1, 2).

Оптическая ось объектива камеры расположена под углом γ₂ к вертикали. Лазеры 1 и 2 расположены параллельно друг другу и оптической оси объектива камеры. Лучи лазеров, пересекая поверхностный слой жидкости, дают изображение двух лазерных меток A и B. Цифровое изображение лазерных меток фиксирует фотокамера и передает полученное изображение в микроконтроллер, где после обработки изображения вычисляется уровень жидкости.

Рис.1-Функциональная схема преобразователя уровня жидкости с двумя неподвижными лазерными источниками и матричным приемником излучения, расположенными под углом к поверхности жидкости

Рис.2 - Преобразователь уровня жидкости с двумя неподвижными лазерными источниками и матричным приемником излучения, расположенными под углом к поверхности жидкости

Формула для расчета уровня предложенного датчика:

(1),

где: h₂ – измеряемый уровень жидкости; r₂ - точное положение объектива камеры или величинf отрезка ОО₁= r₂(фокусное расстояние объектива); a₂, b₂ – расстояния между оптической осью объектива и лазерами OL₁=a₂ и OL₂= b₂; γ2 – угол между оптической осью объектива и вертикалью; l3 – расстояние между лазерными метками на изображении A1B1= l3; c2 – конструктивная величина.

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 принятой системе координат; 4) определение длины отрезков между центрами масс лазерных меток N1, B1, D1, F1; 5) вычисление значения измеряемого уровня жидкости по полученным данным.

Предложенный преобразователь уровня жидкости обеспечивает требуемое расположение датчика, 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