close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14431

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.06.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 14431
(13) C1
(19)
G 01F 23/28
(2006.01)
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДИСТАНЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ
УРОВНЯ РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА
(21) Номер заявки: a 20090068
(22) 2009.01.20
(43) 2010.08.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Марукович Евгений Игнатьевич; Марков Алексей Петрович;
Кац Александр Израилевич; Волченков Александр Владимирович;
Патук Елена Михайловна; Потапкин Вадим Вадимович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) МАРКОВ А.П. и др. // Литье и металлургия. - 2008. - № 3(47). - С. 185.
RU 2327959 C2, 2008.
RU 2334952 C1, 2008.
SU 523295, 1976.
SU 495541, 1976.
JP 57110921 A, 1982.
JP 2016418 A, 1990.
BY 14431 C1 2011.06.30
(57)
1. Способ дистанционного определения уровня расплавленного металла, заключающийся в том, что сканируют поверхность расплавленного металла по пространственно
разделенным оптическим каналам, формируют воспринятое излучение с радиальным
спектральным распределением в сходящийся световой поток, фокусируют спектральные
BY 14431 C1 2011.06.30
составляющие вдоль оси светового потока и при спектральном разложении изображения
каждого канала выявляют экстремальные значения интенсивностей, по соотношению экстремальных интенсивностей излучения в пространственно распределенном спектре идентифицируют уровень расплавленного металла.
2. Устройство дистанционного определения уровня расплавленного металла, содержащее оптически связанные оптические каналы, выполненные с возможностью параллельного сканирования поверхности расплавленного металла, каждый из которых
содержит защитное стекло, микрообъектив и световодный жгут; коммутатор, выполненный с возможностью подключения выхода каждого из оптических каналов с диафрагмой,
оптически связанной с последовательно расположенными вдоль оптической оси первым
объективом, точечной диафрагмой, дефлектором, светоделителем, отражающей поверхностью, вторым объективом, диафрагмой и светоприемником спектрально разложенного излучения, выполненным из входных торцов линейно распределенных световодов, выходы
которых разделены на два жгута и соединены соответственно через два фотоприемника с
блоком первичной обработки информации.
Изобретение относится к методам и средствам технологического контроля в литейном
производстве и металлургии и может быть использовано для измерения и контроля уровней агрессивных, взрывоопасных и других сред.
Известны способы контактных и бесконтактных измерений уровней и расходов в промышленности и других отраслях [1].
Известен термический метод [1], позволяющий с помощью термопар либо терморезисторов осуществлять измерения уровня жидкостей. Принцип измерения основан на определении напряжений на термоэлементах, установленных на дистанционном уровнемере.
Недостатки данного метода заключаются в инерционности контактных измерений и в
том, что он не позволяет измерять уровень химически агрессивных сред и сыпучих материалов.
Известны способы и устройства измерения уровня металла, расплава и других сред с
использованием методов оптических, ультразвуковых и лазерных дальномеров. По оптическому изображению светового пятна, формируемого из точки зондирования в плоскости
фотоприемного устройства совокупностью разнонаправленных световых пучков, поочередно освещающих поверхность, выбирают измерительный (информативный) световой
пучок, для которого определяют положение светового пятна в изображении и по результатам информационно-алгоритмической обработки устанавливают уровень [2, 3].
Однако слабая помехозащищенность и спектрально-энергетическая неопределенность
как в направлении, так и отражении световых пучков снижают чувствительность и достоверность измерений, особенно в условиях поверхностной неоднородности расплава.
Известны методы и устройства для определения уровня жидких сред в емкостях с токсичными, агрессивными и тому подобными средами. Электромагнитные излучения СВЧдиапазона направляют через волновод, опущенный в жидкую среду и сообщающийся через капилляр с открытыми торцами передающего волновода, и по амплитуде отраженной
волны судят об уровне [4].
Влияние нестабильной среды и источника излучений ограничивает метрологию, достоверность и области применения такого способа и средств.
Известен способ измерения уровня с помощью интерферометрического метода измерения расстояния [1, с. 35, 2]. Способ заключается в измерении разности фазовых углов
между направленным и отраженным лазерным лучом. Однако при высокой чувствительности возможности такого способа ограничены метрологией из-за влияния нестабильности отражающей поверхности (шлаки, окисные пленки на поверхности) и колебаний
окружающей среды.
2
BY 14431 C1 2011.06.30
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ
бесконтактного измерения уровня с помощью микроволн [1, с. 34-35]. Способ заключается
в том, что поверхность расплавленного металла сканируют, воспринятое излучение формируют в сходящийся световой поток, в изображении сканируемого участка поверхности анализируют и выявляют информативную составляющую о теплофизических параметрах.
Недостатками данного способа являются значительные аппаратные затраты на генератор высокочастотных излучений и электронную аппаратуру, влияние случайных факторов
(технологические шлаки на поверхности и другие возмущения случайного характера),
снижающее достоверность и производительность оперативного контроля уровня расплавленного металла.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство, содержащее оптико-механическую систему сканирования, систему формирования и управления световым потоком, источник в виде микроволнового передатчика и приемник с
рупорной антенной, установленные на крышке резервуара. Микроволны передатчика взаимодействуют с поверхностью среды, а отраженные микроволны по принципу радара
определяют расстояние от антенны до поверхности металла [1, с. 34].
Недостатками данного устройства являются громоздкость конструкции и затратность
на реализацию при ограниченной точности и производительности.
Единой технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение,
является повышение точности измерения и повышение производительности оперативного
контроля.
Задача решается следующим образом. В способе дистанционного определения уровня
расплавленного металла заключающемся в том, что сканируют поверхность расплавленного металла по пространственно разделенным оптическим каналам, формируют воспринятое излучение с радиальным спектральным распределением в сходящийся световой
поток, фокусируют спектральные составляющие вдоль оси светового потока и при спектральном разложении изображения каждого канала выявляют экстремальные значения
интенсивностей, по соотношению экстремальных интенсивностей излучения в пространственно распределенном спектре идентифицируют уровень расплавленного металла.
Задача достигается тем, что в устройстве дистанционного определения уровня расплавленного металла, содержащем оптически связанные оптические каналы, выполненные с возможностью параллельного сканирования поверхности расплавленного металла,
каждый из которых содержит защитное стекло, микрообъектив и световодный жгут; коммутатор, выполненный с возможностью подключения выхода каждого из оптических каналов с диафрагмой, оптически связанной с последовательно расположенными вдоль
оптической оси первым объективом, точечной диафрагмой, дефлектором, светоделителем,
отражающей поверхностью, вторым объективом, диафрагмой и светоприемником спектрально разложенного излучения, выполненным из входных торцов линейно распределенных световодов, выходы которых разделены на два жгута и соединены соответственно
через два фотоприемника с блоком первичной обработки информации.
На фигуре представлена схема устройства, реализующего заявленный способ.
Устройство содержит конструктивно и функционально связанные оптические элементы, с помощью которых отслеживается уровень расплавленного металла 1, защитные
стекла 2, микрообъективы 3, жгуты световодов 4, каретку-коммутатор 5, диафрагму 6,
первый объектив 7, точечную диафрагму 8, оптически связанную с дефлектором 9 и светоделителем 10, отражающую поверхность 11 и второй объектив 12 с диафрагмой 13 и
светоприемниками 14, выходы 15 и 16 которых связаны с фотоприемниками 17, 18 и блоком первичной обработки информации 19.
Устройство функционирует следующим образом. Излучение поверхности 1 одновременно воспринимается по оптическим каналам через защитное стекло 2 и фокусируется
микрообъективом 3 на входном торце каждого жгута световода 4. Посредством кареткикоммутатора 5 выход одного из световодных каналов через диафрагму 6 подключается на
3
BY 14431 C1 2011.06.30
вход оптической системы, первым объективом 7 излучение фокусируется на точечную диафрагму 8. Создаваемое за ней дифракционное поле с радиально симметричным спектрально-распределенным пучком дефлектором 9 направляется в сторону оптической оси. При
этом каждой спектральной компоненте соответствует свое расположение точки фокусировки на оптической оси. Сходящийся пучок излучения воздействует на отражающую поверхность 11, отраженным от светоделителя 10 излучением в задней фокальной плоскости
второго объектива 12 формируют информативное изображение. Посредством диафрагмы 13
центральная часть этого изображения формирует в дальней зоне дифракции информационную картину линейно распределенного спектра излучения. Линейно распределенное по
спектру излучение воспринимается входными торцами волоконно-оптического светоприемника 14, выходы которого разделены на два жгута 15 и 16 и направлены соответственно
на два фотоприемника 17 и 18 с различными спектрально-энергетическими характеристиками. Выходные сигналы фотоприемников воспринимаются блоком первичной обработки
информации 19, где по соотношению экстремальных интенсивностей спектральных составляющих идентифицируется уровень расплавленного металла.
Физико-оптическое преобразование первичной информации осуществляется путем создания дифракционного поля, представляющего совокупность асимметричных расходящихся парциальных пучков с соответствующей им определенной длиной волны.
Дефлектором падающий на него под некоторым углом световой поток определенной длины волны отклоняется в сторону оптической оси с сохранением его гомоцентричности. За
счет однозначной связи угла падения светового потока каждой точке фокусировки на оптической оси системы формирования соответствует определенная спектральная компонента с соответствующей длиной волны. Параметры формирующей системы с объективом
12 подобраны так, что отраженное от поверхности (экрана) излучение соответствует телескопическому ходу лучей в пространстве предметов. Из оптического изображения, формируемого в задней фокальной плоскости второго объектива 12, выделяется некоторая
информативная часть этого изображения, содержащая сфокусированную компоненту с
присутствием частичных потоков других длин волн. Формируемая в дальней зоне диафрагмы 13 дифракционная картина в виде распределенного спектра воспринимается
входными торцами светоприемника 14. Интенсивность светового сигнала является функцией координаты светоприемника, и по положению максимума амплитуды определяется
длина волны спектральной компоненты и соответствующее ей удаление (расстояние, уровень) контролируемой поверхности. Спектрально-энергетические различия в первичной
информации используются в программной обработке в блоке первичной обработки (документирования, хранения, отображения).
Источники информации:
1. Измерения в промышленности: Справ., изд. в 3-х кн. Кн. 2. Способы измерения и
аппаратура: пер. с нем. / Под ред. П.Профоса. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Металлургия,
1990. - С. 32-35.
2. Марков А.П. Современные способы и средства уровнеметрии в литье и металлургии /
А.П. Марков, Е.И. Марукович, Е.М. Патук и др. // Литье и металлургия. - № 3 (47). - 2008. С. 182-187.
3. Патент RU 2017076 C1. Устройство для определения уровня жидких сред, 1994.
4. Заявка на изобретение RU 2004119121 А. Способ измерения уровня расплава при
выращивании кристаллов / С.В. Михляев. Опубл. 2005.12.20.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
173 Кб
Теги
by14431, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа