close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

дистанционный способ измерения толщины толстых пленок нефтепродуктов на поверхности воды

код для вставки
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
RU
(19)
(11)
2 300 077
(13)
C1
(51) МПК
G01B 11/06
(2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
(21), (22) За вка: 2005134710/28, 10.11.2005
(72) Автор(ы):
Белов Михаил Леонидович (RU),
Городничев Виктор Александрович (RU),
Козинцев Валентин Иванович (RU),
Федотов Юрий Викторович (RU)
(24) Дата начала отсчета срока действи патента:
10.11.2005
(45) Опубликовано: 27.05.2007 Бюл. № 15
Адрес дл переписки:
107005, Москва, ул. 2- Бауманска , 5, МГТУ
им. Н.Э. Баумана, НИИ Радиоэлектроники и
лазерной техники, Директору НИИ В.Н.
Рождествину
(54) ДИСТАНЦИОННЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ТОЛСТЫХ ПЛЕНОК
2 3 0 0 0 7 7
(57) Реферат:
Дистанционный способ измерени толщины
толстых пленок нефтепродуктов на поверхности
воды включает облучение поверхности воды
оптическим излучением на трех специальным
образом выбранных длинах волн зондировани ,
регистрацию отраженного от поверхности сигнала и
последующее определение толщины пленки по
результатам
измерени отраженного
от
поверхности сигнала на трех длинах волн
зондировани . Дл определени толщины пленки d
длины волн зондировани ?1, ?2, ?3 выбирают из
условий:
нефтепродукта на длинах волн ?1, ?2; ?3 равна
длине
волны
максимума
поглощени нефтепродукта.
Технический
результат
определение толщин пленок более 4-5 мкм. 2 ил.
R U
где n2(?1), n2(?2) - показатели преломлени Страница: 1
RU
C 1
C 1
НЕФТЕПРОДУКТОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ
2 3 0 0 0 7 7
(73) Патентообладатель(и):
Научно Исследовательский Институт
Радиоэлектроники и лазерной техники (НИИ РЛ)
Московского Государственного Технического
Университета им. Н.Э. Баумана (RU)
R U
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: US 4645349 A, 24.02.1987. RU 96112581
A, 10.10.1998. SU 1779912 A1, 07.12.1992. SU
1185081 A, 15.10.1985.
RUSSIAN FEDERATION
(19)
RU
(11)
2 300 077
(13)
C1
(51) Int. Cl.
G01B 11/06
(2006.01)
FEDERAL SERVICE
FOR INTELLECTUAL PROPERTY,
PATENTS AND TRADEMARKS
(12)
ABSTRACT OF INVENTION
(21), (22) Application: 2005134710/28, 10.11.2005
(72) Inventor(s):
Belov Mikhail Leonidovich (RU),
Gorodnichev Viktor Aleksandrovich (RU),
Kozintsev Valentin Ivanovich (RU),
Fedotov Jurij Viktorovich (RU)
(24) Effective date for property rights: 10.11.2005
(45) Date of publication: 27.05.2007 Bull. 15
(54) REMOTE METHOD OF MEASURING THICKNESS OF OIL PRODUCT THICK FILMS ONTO
2 3 0 0 0 7 7
method.
EFFECT: increased precision of measurement.
2 dwg
R U
(57) Abstract:
FIELD: measuring technique.
SUBSTANCE: remote method of measurement of
oil product thick films onto water surface is
based upon irradiation of water surface by
optical
radiation
at
three
specific
proving
wavelengths,
registration
of
signal
reflected
from surface and subsequent measurement of
thickness of films from results of measurement of
signal reflected from water surface at three
specific
probing
wavelengths.
To
determine
thickness d of film, probing wavelengths ?1, ?2 and ?3
are taken from condition of n2(?1)/?2=2n2(?2)/ ?2,
where n2(?1), n2(?2) are refractivity factors of
oil product at wavelengths of ?1, ?2; and ?3 equals to
oil product's maximal
absorption wavelength.
Thickness of 4-5 mcm can be measured by the
Страница: 2
EN
C 1
C 1
WATER SURFACE
2 3 0 0 0 7 7
(73) Proprietor(s):
Nauchno Issledovatel'skij Institut
Radioehlektroniki i lazernoj tekhniki (NII
RL) Moskovskogo Gosudarstvennogo
Tekhnicheskogo Universiteta im. N.Eh. Baumana
(RU)
R U
Mail address:
107005, Moskva, ul. 2-ja Baumanskaja, 5, MGTU
im. N.Eh. Baumana, NII Radioehlektroniki i
lazernoj tekhniki, Direktoru NII V.N. Rozhdestvinu
RU 2 300 077 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано, в
частности, дл оперативного контрол толщины пленок при разливе нефтепродуктов на
речных, озерных и морских акватори х.
Известны способы измерени толщины пленки на поверхности материала [1-4],
заключающиес в том, что на поверхность пленки направл ют оптическое излучение,
регистрируют отраженный от поверхности сигнал, измер ют зависимость интенсивности
отраженного сигнала от длины волны и определ ют толщину пленки по результатам
вычислени рассто ни между экстремумами, числа экстремумов или параметров
аппроксимации кривой зависимости интенсивности отраженного сигнала от длины волны в
диапазоне перестройки.
Недостатком этих способов вл етс возможность по влени больших ошибок
измерени в случае толстых пленок из-за ослаблени излучени в пленке, особенно в
услови х шумов (имеютс в виду как внутренние шумы измерительной аппаратуры, так и
внешние помехи, привод щие к флуктуаци м принимаемого сигнала).
Избежать этого недостатка в случае толстых пленок нефтепродуктов (когда пропускание
пленки существенно отличаетс от единицы) можно тем, что согласно способу измерени толщины пленки на поверхности материала, включающему облучение поверхности
оптическим излучением, регистрацию отраженного от поверхности сигнала с последующим
анализом зависимости интенсивности отраженного сигнала от длины волны,
характеризующей толщину пленки, дл облучени поверхности используют три длины
волны зондировани ?1, ?2, ?3, выбранные из условий:
где n2(?1), n2(?2) - показатели преломлени нефтепродукта на длинах волн ?1, ?2; ?3
равна длине волны максимума поглощени нефтепродукта, и определ ют толщину пленки
по результатам измерени отраженного от поверхности сигнала на этих трех длинах волн.
Наличие отличительного признака указывает на соответствие критерию "новизна".
Указанные признаки неизвестны в научно-технической и патентной литературе и
поэтому предложенное техническое решение соответствует критерию "изобретательский
уровень".
Предлагаемый способ можно реализовать с помощью устройства, содержащего
источник излучени 1, направл ющего излучение на трех специальным образом выбранных
длинах волн зондировани ?1, ?2, ?3 на поверхность воды; фотоприемник 2 дл регистрации
излучени на трех длинах волн; блок обработки 3 дл определени по результатам
измерени отраженного от исследуемой поверхности сигнала на трех длинах волн
зондировани толщины пленки 4 на поверхности воды 5 (см. фиг.1).
Устройство работает следующим образом. Оптическое излучение источника 1 на каждой
из длин волн зондировани ?1, ?2, ?3 отражаетс пленкой нефтепродукта 4 (толщиной d) на
поверхности воды 5, интенсивность отраженного излучени регистрируетс фотоприемником 2, сигнал с фотоприемника поступает в блок обработки 3 дл определени по результатам измерени величины d. При облете исследуемой акватории с
целью контрол нефт ных загр знений результатом работы блока 3 вл етс массив
данных о значении толщины пленки нефтепродуктов на исследуемой акватории.
Фотоприемник 2 регистрирует мощности излучени Р(?1), Р(?2), Р(?3), отраженного
исследуемой поверхностью, на трех длинах волн зондировани .
Кажда из мощностей Р(?1), Р(?2), Р(?3) может быть представлена в виде (см.,
например, [6]):
P(?)=ARref(?, d),
Rref(?, d) - коэффициент отражени трехслойной системы «воздух - пленка
нефтепродукта - вода», завис щий от длины волны зондировани ? и толщины пленки d;
А - величина, завис ща от параметров источника излучени , приемника, рассто ни до
поверхности, неровностей водной поверхности (при зондировании, например,
Страница: 3
DE
RU 2 300 077 C1
5
10
взволнованной морской поверхности) и слабо (по сравнению с множителем Rref(?,d))
измен юща с с изменением длины волны излучени (так, что если длины волн
излучени ?1 и ?2 близки, то A(?1)5А(?2)).
Величина А во многих случа х точно неизвестна и часто даже вл етс случайной
(например, при зондировании взволнованной морской поверхности число отражающих
площадок на морской поверхности в поле зрени приемника и их наклоны вл ютс случайными).
Чтобы устранить вли ние на результаты измерени случайных изменений мощности
лазерных источников и неопределенности величин А, в блоке обработки 3 провод тс последовательно следующие процедуры:
- мощности Р(?1), Р(?2), Р(?3) нормируютс на мощности PS(?1), PS(?2), PS(?3),
излучаемые источником лазерного локатора на длинах волн ?1, ?2, ?3:
15
- вычисл ютс следующие относительные величины:
и
20
25
30
35
40
(дл упрощени описани метода считаетс , что длительности зондирующих импульсов
и расходимость излучени локатора одинаковы дл всех длин волн зондировани ; если это
не так, то различи могут быть учтены при обработке принимаемых лазерных локационных
сигналов).
После описанных процедур обработки величины С1 и С2 с высокой степенью точности
представл ют собой отношение коэффициентов отражени поверхности на длинах
волн ?1, ?3 и ?2, ?3 соответственно, и определ ютс при вертикальном падении излучени на поверхность следующим образом (с учетом того, что из данных, приведенных в [5],
дл нефти ?353,41 мкм и из-за большого поглощени нефти на длине волны ?353,41 при
толщинах пленок больше 4-5 мкм Rref(?3, d)?r12 2(?3))
где:
k2(?) - показатель поглощени нефтепродукта, завис щий от длины волны ?;
r12(?), r23(?) - коэффициенты отражени на границах «воздух - пленка нефтепродукта» и
«пленка нефтепродукта - вода», завис щие от длины волны ? и показателей преломлени и поглощени сред и не завис щие от толщины пленки d (индексы 1, 2, 3 относ тс ,
соответственно, к воздуху, нефтепродукту и воде).
Выберем длины волн ?1 и ?2 так, чтобы
45
50
При выполнении этого услови имеем: ? (?1, d)=2? (?2, d). Это позвол ет исключить из
(1) тригонометрические функции и получить следующее выражение дл определени толщины d дл толстых пленок:
Страница: 4
RU 2 300 077 C1
5
где:
10
15
20
25
30
35
40
45
50
T(?2) - пропускание пленки на длине волны ?2.
Выражение (2) содержит данные измерений (величины С1 и С2), оптические константы
(r12(?), r23(?), w) и величину Т, завис щую от толщины пленки нефтепродукта d. Наход (одним из численных методов) из (2) величину Т, можно однозначно определить толщину
пленки d.
Описанные выше процедуры определени толщины пленки d хорошо работают, когда
пропускание пленки Т существенно отличаетс от единицы.
Таким образом, описанный способ позвол ет, использу три специальным образом
выбранные длины волны зондировани , проводить измерени толщины толстых пленок,
когда пропускание пленки существенно отличаетс от единицы (например, пленок
нефтепродуктов при толщинах пленок больше 4-5 мкм).
Предлагаемый способ (использующий три специальным образом выбранные длины
волны зондировани ?1, ?2, ?3) позвол ет найти толщину пленки d по результатам
измерений, не только реша в блоке обработки (например, использу встроенный
спецпроцессор) нелинейные уравнени вида (2), (3), но и более простым способом непосредственно из данных измерений, использу численный алгоритм определени d,
основанный на поиске минимума нев зки:
где:
С1, С2 - нормированные величины, определ емые из данных измерений на длинах волн
зондировани ?1, ?2, ?3 (см. выше);
C1(?1, ?3, d)mod, C2(?2, ?3, d)mod - модельные значени соответствующих величин,
завис щие от толщины пленки d (представл ющие собой правые части формул (1)).
На фиг.2 приведены результаты математического моделировани работы
дистанционного способа измерени толщины толстых пленок нефтепродуктов на
поверхности воды. Здесь показана зависимость найденного (определенного численным
алгоритмом (4)) значени толщины пленки d от заданного при моделировании значени толщины пленки дл диапазона d?100 мкм.
За вл емое изобретение направлено, в частности, на решение задачи оперативного
контрол толщины толстых пленок нефтепродуктов при аварийных разливах нефти и
нефтепродуктов на речных, озерных и морских акватори х.
Измерительное устройство может быть собрано на предпри ти х РФ из компонент и
узлов, изготавливаемых в РФ, и соответствует критерию "промышленна применимость".
Источники информации
1. Устройство дл автоматического измерени толщины пленки. Патент 3-57407. Япони .
1993 г. Кл. G01В 11/06. (РЖ Изобретени стран мира,1993, выпуск 82, N3, с.45).
2. Method of measuring film thickness. United States Patent. Patent Number:
Страница: 5
RU 2 300 077 C1
5
10
15
4,645,349. Date of Patent: Feb. 24, 1987. Int. C1. G01В 11/06.
3. Дистанционный способ измерени толщины пленок. Патент РФ на изобретение
№2168151 от 27.05.01. МКИ G01В 11/06.
4. Способ измерени толщины пленок на подложке. Патент РФ на изобретение
№2207501 от 27.06.03. МКИ G01В 11/06.
5. Гуревич И.Я., Шифрин К.С. Отражение видимого и ИК-излучени нефт ными
пленками на море // Оптические методы изучени океанов и внутренних водоемов. Новосибирск: Наука, 1979. - С.166-176.
6. Оптико-электронные системы экологического мониторинга природной среды /
Козинцев В.И., Орлов В.М., Белов М.Л. и др. М.: Изд-во МГТУ, 2002, 528 с.
Формула изобретени Дистанционный способ измерени толщины толстых пленок нефтепродуктов на
поверхности воды путем облучени поверхности оптическим излучением, регистрации
отраженного от поверхности сигнала и определени толщины пленки по результатам
анализа зависимости интенсивности отраженного сигнала от длины волны, отличающийс тем, что облучение поверхности провод т на трех длинах волны зондировани ?1, ?2, ?3,
выбранных из условий
20
25
где n2(?1), n2(?2) - показатели преломлени нефтепродукта на длинах волн ?1, ?2; ?3
равна длине волны максимума поглощени нефтепродукта,
а толщину пленки определ ют по результатам анализа интенсивности отраженного
сигнала на этих трех длинах волн.
30
35
40
45
50
Страница: 6
CL
RU 2 300 077 C1
Страница: 7
DR
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
3
Размер файла
173 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа