Лазерно-телевизионный уровнемер

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для высокоточного измерения уровня жидкостей, например, топлива в баках подвижных объектов, резервуарных парков нефтебаз и автозаправок, а также в других емкостях, используемых для хранения и производства жидких продуктов. В предлагаемом устройстве четыре источника лазерного излучения разнесены в пространстве по углам квадрата, лежащего в плоскости, перпендикулярной оптической оси телевизионной камеры, проходящей через геометрический центр этого квадрата, а лучи лазерных источников направлены параллельно оптической оси. Телевизионная камера регистрирует изображение пересечения лазерных лучей с контролируемой поверхностью. В цифровом вычислительном устройстве выполняется анализ зарегистрированного изображения, на основании чего вычисляется уровень контролируемой жидкости с учетом положения контролируемой поверхности. По сравнению с аналогами, данное устройство обеспечивает более высокую точность измерений уровня жидкостей в емкостях, благодаря учету изменений положения контролируемой поверхности относительно емкости, содержащей жидкость.

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для высокоточного измерения уровня жидкостей, например, топлива в баках подвижных объектов, резервуарных парков нефтебаз и автозаправок, а также в других емкостях, используемых для хранения и производства жидких продуктов.

Известны аналогичные устройства для измерения уровня жидкости (патент 115886, МПК G01F 1/86, опубликован 10.05.2012, патент 135121, МПК G01F 1/86, опубликован 27.11.2013), содержащие помещенную в контролируемую среду вертикально расположенную трубку, на верхнем торце которой расположен лазерный дальномер, подключенный к блоку передачи данных.

Недостатком указанных устройств является сложность реализации, связанная с необходимостью обеспечения коэффициента отражения лазерного луча достаточного для выполнения измерений лазерным дальномером. Данная сложность может возникнуть в случае, когда контролируемая жидкость оптически прозрачная или когда ее уровень в баке совершает колебания.

Наиболее близким к заявляемому является устройство, реализующее способ для измерения уровня жидкости (МПК G01F 23/292, патент 2338163, опубликован 10.11.2008), заключающийся в получении и обработке информации о двух разделенных во времени двумерных изображениях пересечений двух лазерных лучей с контролируемой поверхностью, причем для получения первого изображения лазеры устанавливают таким образом, что их лучи направлены перпендикулярно плоскости измеряемого уровня и параллельно друг другу, а для получения второго - направлены под углом друг к другу. Устройство, реализующее данный способ, содержит четыре источника лазерного излучения, лучи которых находятся в одной плоскости, и телевизионную камеру, причем два лазерных источника разнесены в разные стороны относительно оптической оси телекамеры на фиксированные расстояния и облучают контролируемую поверхность параллельными лучами, а два других лазерных источника облучают контролируемую поверхность расходящимися лучами с фиксированным углом падения.

Недостатком прототипа и аналогов заявляемого устройства, а также прочих уровнемерных устройств является ограниченная точность измерений, обусловленная наклоном резервуара относительно горизонта или отсутствием учета эволюций жидкости в баке подвижного объекта.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение точности измерений уровня жидкости в емкостях благодаря учету изменений положения контролируемой поверхности относительно емкости, содержащей жидкость.

Поставленная задача достигается тем, что в лазерно-телевизионном уровнемере, содержащем четыре лазера, телекамеру и устройство обработки, входы которых подключены к выходу блока управления, согласно полезной модели все лазеры разнесены в пространстве по углам квадрата, центр которого находится на оптической оси телекамеры, а плоскость квадрата ортогональна оптической оси, параллельно которой направлены все лазерные лучи.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена структурная схема уровнемера, на которой представлены: телевизионная камера 1, цифровое вычислительное устройство 2, источники лазерного излучения 3, 4, 5, 6, блок управления 7, блок индикации 8.

На фиг. 2 представлено расположение лазерных меток на контролируемой поверхности.

На фиг. 3 представлено расположение лазерных меток на фотоприемной матрице телевизионной камеры.

Устройство работает следующим образом. Параллельные лазерные лучи создают на контролируемой поверхности метки, показанные на фиг. 2. По команде блока управления включаются излучатели, и телекамера делает снимок поверхности, который на экране монитора имеет вид, показанный на фиг.3. Блок управления по изображению определяет длину d отрезков AC и BD по формулам.

где µ_A, _A, µ_B, _B, µ_C, _C, µ_B, _B - координаты меток на плоском изображении (фиг. 3). В идеальном случае, когда оптическая ось телекамеры ортогональна контролируемой поверхности . Расстояние между метками на изображении зависит от уровня контролируемой жидкости и определяется по формуле

где - фокусное расстояние оптической системы (внешний фокус), d - расстояние между лазерными лучами, L и b - конструктивные размеры (см. фигуры 1, 2). Вывод этой формулы иллюстрируется фигурой 4 и следует из законов преобразования изображений оптической системой и из подобия треугольников. По длине отрезка d на изображении, определяется уровень жидкости по формуле, получаемой из (2).

В идеальном случае, когда оптическая ось ортогональна контролируемой поверхности, для определения уровня достаточно две метки, создаваемые параллельными лучами лазеров. Использование четырех меток позволяет повысить точность измерений при наклоне резервуара относительно горизонта. При этом для вычисления уровня в формулу (3) нужно подставлять значение , определяемое по формуле

Для вычисления уровня при наклонах для повышения точности возможны более сложные алгоритмы вычислений. Предложенная конструкция позволяет упростить процедуру измерения, так как не требует приема отраженного от контролируемой поверхности оптического сигнала. Повышается надежность измерений в условиях вибраций, динамических нагрузок и наклонах резервуара относительно горизонта.

Лазерно-телевизионный уровнемер, содержащий четыре лазера, телекамеру и устройство обработки, входы которых подключены к выходу блока управления, отличающийся тем, что все лазеры разнесены в пространстве по углам квадрата, центр которого находится на оптической оси телекамеры, а плоскость квадрата ортогональна оптической оси, параллельно которой направлены все лазерные лучи.

РИСУНКИ