Тухнические науки/12. Автоматизированные системы управления на производстве

Леонидова З.Е.

Уфимский государственный авиационный технический университет, Россия

Бесконтактный способ измерения уровня жидкости с несколькими лазерными источниками и матричными приемниками излучения для систем управления очистки сточных вод

Перед сбросом в водоем сточная вода нуждается в очистке. Качество очистки регламентируется законодательством. Из сточной воды должны быть удалены все примеси представляющие опасность для окружающей среды. Условно типовой процесс по очистке сточных вод можно разделить на несколь-ко основных этапов: хранение сточных вод; непосредственно очистка воды; отделение и переработка осадка.

Датчики уровня жидкости используются практически на всех этапах техно-логического процесса очистки сточных вод (рис.1). Они выполняют такие зада-чи как контроль и измерение уровня различных жидкостей, защита от сухого запуска насосов и перелива, контроль степени загрязненности фильтра механи-ческой очистки, учет очищенных сточных вод. Диапазоны измерения использу-емых датчиков уровня в такой системе обычно не превышают 20м.

В ряде случае, например, при измерении уровня реагентов, учете очищен-ных сточных вод и и т. д., необходимо применять бесконтактные способы изме-рения уровня, обеспечивающие высокую точность, малую зону нечувствитель-ности, высокое быстродействие и взрывобезопасность, а также возможность построения наклонного канала измерения.

К бесконтактым относятся оптические, ультразвуковые, радарные способы измерения уровня.

Оптические способы измерения уровня обеспечивают самую высокую точ-ность (0,01...3%), быстродействие (0,5мс...1с) и требуемую взрывобезопас-ность. Тем не менее, они имеют значительную зону нечувствительности (0,05...0,5м) и не всегда обеспечивают возможность построения наклонного канала измерения.

Предложен бесконтактный способ измерения уровня жидкости с несколь-кими лазерными источниками и матричными приемниками излучения. Этот способ является сочетает в себе элементы и операции лазерных способов измерения уровня, способов измерения уровня с матричными приемниками излучения, а также способа измерения положения позиционно-чувствительных фотодатчиков.

В качестве матричного приемника излучения может выступать видео или фотокамера, а также любой другой матричный приемник излучения соответствующий поставленной задаче. В качестве источников излучения используются несколько лазеров. Предложенный способ заключается в следующем [1,2]:

1. Матричный приемник излучения фиксирует изображение видимых точек пересечения лучей лазеров с поверхностью измеряемой жид-кости – лазерных меток, а также с поверхностями вспомогательных элементов. Вспомогательным элементом является объект, расположе-ние которого, относительно датчика, известно и обладающий доста-точно высоким коэффициентом диффузного отражения, например, тонкая прозрачная пленка, планка, расположенные в прямой видимости приемника излучения и т.п.

2. По полученному изображению определяются расстояния между изображениями лазерных меток. Соотношение расстояний между изображениями лазерных меток и известным опорным расстоянием между лазерными метками на поверхности жидкости позволяет вычислить уровень жидкости.

Обработка изображения в предложенном способе включает в себя решение следующих задач:

3. сегментация – отделение всех областей лазерных меток от фона изображения;

4. классификация лазерных меток – отделение разных областей лазер-ных меток друг от друга и присвоение каждой области порядкового номера;

5. определение координат центра изображения каждой лазерной метки в принятой системе координат;

6. определение длины отрезков между лазерными метками;

7. вычисление значения измеряемого уровня жидкости по полученным данным.

Предложенный способ позволяет уменьшить зону нечувствительности за счет использования матричного приемника излучения и нескольких лазерных источников, обеспечить возможность построения наклонного канала измерения, и обеспечить требуемые точность, быстродействие и взрывобезопасность.

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