DK152312B - Apparat til detektering og maaling af olie i vand - Google Patents

Description

DK 152312B

i

Opfindelsen angår et apparat til detektering og måling af olie i vand og af den art, der har en lysspredende gennemstrømningscelle med udgangsvinduer til modtagelse af såvel direkte gennemgående som spredt gennemgående lys, som pas-5 serer gennem cellen, og en første lineær forstærker for at modtage et signal fra en detektor for lys, som spredes i en bestemt vinkel inde i cellen.

Fra beskrivelsen til dansk patentansøgning nr. 4841/77 kendes et detektorarrangement til måling af koncen-10 trationen af olieforurening i vand omfattende en spredningscelle, gennem hvilken det olieblandede vand tillades at flyde, en halvleder laser, der er operativ i det infrarøde område af spektret og er koblet til den ene side af cellen, og en eller flere foto-15 detektorer anbragt på en sådan måde, at de danner en vinkel med laserstrålen, således at de detekterer laserlys, der spredes af oliedråberne i vandet.

En automatisk forstærkningskontrol er beskrevet i nævnte ansøgning. Denne kontrol er konstrueret på en 20 sådan måde, at den vil fungere i det område af oliekoncentrationer, f.eks. i praksis fra 0 til 200 dele pr. million (ppm), for hvilket udgangen fra lysspredningscellen er direkte proportional med oliekoncentrationen.

På grund af den ikke-lineære udgang fra cellen uden for 25 dette område er anvendelsen af apparatet begrænset til detektering af olieniveauer i området 0-200 ppm.

Det er formålet med opfindelsen at formindske eller helt undgå denne ulempe.

Dette opnås ved at indrette et apparat af den i ind-30 ledningen nævnte art på den i krav l's kendetegnende del nærmere angivne måde.

2

DK 152312B

Opfindelsen vil nu blive nærmere beskrevet under henvisning til udførelseseksempler og tegningen, på hvilken fig. 1 illustrerer en demonteret lysspredningscelle, som 5 anvendes i et apparat ifølge den foreliggende opfindelse, fig. 2 er et snit gennem cellen, som viser lysvejene gennem cellen, fig. 3 viser kurver, som er karakteristiske for operationen af detektoren ifølge opfindelsen, 10 fig. 4 er et skematisk diagram over en forstærker og automatisk forstærkningsregulering ifølge opfindelsen, og fig. 5 er et blokdiagram over kredsløbet i fig. 4.

Under henvisning til fig. 1-3 involverer detektoren 13 og målearrangementet en lysspredningscelle C, der indbefatter et centralt ringformet cellelegeme 11, hvortil keglestubformede tilførselsrørstykker 12 er sikret ved tætningsringe 13. Lys, f.eks. fra en gallium-arsen-laser, ikke vist, fødes til lysindgangsåbningen 20 14 (fig. 2) i cellen C via en første optisk fiber 15 (fig. 1) og fødes via lysåbninger 16 og 17 til fibre 18 og 19, som igen er koblet til fotodetektoren. Et indad rettet pladeelement 20 kollimerer lysstrålen, der kommer ind i cellen C, for at reducere falske re-25 flekser.

Som vist i fig. 2 detekteres lys, der kommer ind fra indgangsåbningen 14, som et "lige igennem" signal via udgangsåbningen 16 og i en vinkel a i forhold til lys-

DK 152312 B

3 vejen via udgangsåbningen 17. Kurverne i fig. 3 viser typiske reaktioner på detektoren, der er koblet til åbningerne 16 og 17 henholdsvis. Ved tilstedeværelse af oliesmådråber falder den direkte stråle i intensi-5 tet på en negativ eksponential eller logaritmisk måde.

Det spredte lys tiltager i begyndelsen i det væsentlige lineært, men ved højere olieniveauer når det et maksimum og falder derefter. I det beskrevne arrangement indtræffer dette maksimum ved 300-400 ppm olie, 10 selv om den nøjagtige position af maksimum naturligvis vil variere alt efter apparatudformning og olietype.

Man har konstateret, at udgangssignalet, som repræsenterer det spredte lys, ændres mindre ved forekommende forurenende partikler såsom rust eller sand end signalet, som 15 går "lige igennem". Hvis f.eks. 1000 dele pr. million rust med en partikelstørrelse på 4 mikroner lades passere gennem anlægget, registrerer den direkte-stråle-udgang typisk ækvivalentet til 300 ppm olie, medens den spredte udgang kun registrerer 150 ppm.

20 Der er således en betydelig fordel ved at bruge den spredte udgang ved lave olieniveauer, således at virkningen af sand og rust holdes mindst muligt.

Man har opdaget, at i overensstemmelse med den foreliggende opfindelse kan hele 1000 ppm-området dækkes

O

25 ved at ændre detekteringsfremgangsmåden fra "lige igennem" til "spredning". Således anvendes det lineære område af spredningsudgangen ved små oliekoncentrationer, men når dæmpningen på grund af, at oliedråberne bliver større end spredningseffekten og udgangssignalet 30 nærmer sig et maksimum, sker der en automatisk omstilling til "lige igennem"-detekteringen. Dæmpningen af den direkte stråle lineariseres ved brug af en logaritmisk forstærker.

4

DK 152312 B

Et yderligere problem, som man er stødt på ved tekniske anlæg, der er baseret på optiske vinduer i kontakt med olievandet, er, at vinduerne i sig selv bliver snavsede og bevirker kalibreringsændring af anlægget. Kendte 5 fremgangsmåder sporer kontinuerligt signalet fra den direkte udgang og bruger dette til dynamisk at kompensere signalet fra spredningsudgangen. Ved høje olie-niveauer resulterer den ekstreme dæmpning imidlertid i et langtfra lineært udgangssignal. Det foreliggende 10 arrangement reducerer dette problem mest muligt med en automatisk forstærkningsstyring, som kun træder i funktion, når man ved, at apparatet indeholder rent vand.

Det kan vises, at lysabsorberingen A for væske i cellen er givet ved ligningen: 15 A = log lo-log It, hvor lo er indgangslyset og

It er udgangslyset.

Hvis lo holdes konstant, og A er proportional med oliekoncentrationen C, så C = k log Io-k log It, hvor k er en konstant.

20 For således at opnå en udgangsoliekoncentrationsudlæsning må "lige igennem" signalet fra cellen C fødes til en forstærker med en logaritmisk forstærkning. Også efterhånden som vinduerne bliver snavsede justerer anlægget signalforstærkerne, således at de opererer på 25 samme del af karakteristikkerne.

Detektoren og udgangskredsen er vist i fig. 4 og 5 og omfatter fotodetektorerne 41 og 42, detektorforstærkerne 43 og 44, et automatisk forstærkningsstyringssystem 45 og en halvlederstyret laser 45' med en driv-30 kreds 46. Styring af detektorkredsen udføres af det automatiske forstærkningsstyringssystem.

5

DK 152312 B

Kernen i forstærkningsstyringssystemet er en tovejs-digital/analog-omsætter (DAC) vist som IC15 og IC16.

Et passende organ til dette formål er den integrerede kreds type ZN425E, fremstillet af Ferranti Ltd., og 5 indbefatter en 8-bit-tæller til hver indgang. Udgangen af omsætteren er givet ved W _ ·η ref , 256 hvor ^ref er den tilsvarende indgangsspænding til stikben 15, n er antallet af impulser-op til 256-indgang til tælleren.

10 Når kalibrering af kredsløbet er påkrævet, sluttes en afbryder SI (fig. 4) midlertidigt, hvorvéd et tidsinddelingsorgan IC14 sættesi gang - kan være NE555 -, hvis ene udgang aktiverer en strømventil - ikke vist -i en pumpe P, som føder rent vand ind i cellen C. Efter 15 at rentvandsstrømningen er fortsat i en forudbestemt tid, f.eks. tre minutter, bevirker tidsinddelingsorganet IC14 afbrydelse af rentvandsstrømningen og skaber en udgangsimpuls for -nulstilling af tællerne i IC15 og IC16 og til at starte en flip-flop i IC10, f.eks. en SN7400.

20 Dette muliggør, at impulsen fra IC11, der er en astabil multivibrator, sender kloksignaler til tællerne IC15 og IC16. Udgangen fra IC15 tillades at stige, indtil den når 0,2 volt, på hvilket punkt IC13, som har tråd-føring som en komparator, skifter tilstand og trigger 25 flip-flop'en IC10, hvorved yderligere impulser forhindres i at nå IC15 og IC16. På denne måde får en logaritmisk forstærker IC2, en 755P, en konstant "nul-olie"-spænding. Forstærkningen af den spredte-lyskanal, dvs.

IC4, reguleres sammen med "lige igennem"-kanalen. I 30 tilfælde af, at en eller flere eller alle celle-åbningerne 14, 16 og 17 er blevet så snavsede, at "lige-igennem"-indgangen er mindre end 0,2 volt, skifter IC13 6

DK 152312B

ikke tilstand, og flip-flop'en IC10 trigges ikke, hvorved en advarselslampe tændes via udgangstransistoren TRI.

Kredsløbet, der indbefatter IC5, IC6 og IC7, er område-5 koblingsarrangementet. Områdekoblingen finder sted ved et olieniveau på omkring 200 ppm via et membranrelæ RL1.

Det er ikke muligt at kontrollere kalibreringen af spredt-lysforstærkeren IC4, f.eks. ved i lysvejen at indføre et filter, der svarer til en forudbestemt koncentration 10 af olie. Det er fordi i modsætning til ved "lige igennem"-signalvejen så er, hvis der ikke er olie til stede, udgangen fra spredningsdetektoren nul. Derfor for at kontrollere den rigtige kalibrering af anlægget, når kalibreringskontakten SI (fig. 5) betjenes, føres en 15 del af "lige igennem"-signalet til indgangen i spredningsanlægget. Hvis kalibreringen forbliver korrekt, skulle det resulterende udgangssignal være konstant.

Udgangene A og B med signaler, som repræsenterer den direkte lysgennemgang henholdsvis spredningslyset, er 20 koblet til omskifterkontakterne i relæet, hvis udgang er forbundet til en pufferudgangsforstærker ICI (fig. 4), som føder et kortregistreringsorgan eller en dataskærm.

Ved nogle anvendelser kan en yderligere udgangsåbning 25 (ikke vist) tilvejebringes i cellen for at modtage lys, der er spredt i en større vinkel end den, der er vist i fig. 2. Udgangssignalet fra en yderligere detektor koblet til denne yderligere udgangsåbning sammenlignes med udgangssignalet fra detektoren, der modtager 30 lys spredt i vinkel a. På denne måde kan virkningen fra faste forureningspartikler reduceres meget.

Claims (3)

15 Patentkrav:

1. Apparat til detektering og måling af olie i vand og af den art, der har en lysspredende gennemstrømnings-celle med udgangsvinduer (16, 17) til at modtage såvel direkte gennemgående som spredt gennemgående lys, som 20 passerer gennem cellen, og en første lineær forstærker (41, IC4) for at modtage et signal fra en detektor for lys, som spredes i en bestemt vinkel inde i cellen, kendetegnet ved, at det desuden omfatter en anden forstærker (42, IC2) med logaritmisk forstærk-25 ningskarakteristik til modtagelse af et signal, der svarer til lyset, som sendes direkte gennem cellen, en automatisk forstærkningsstyrekreds til kalibrering af forstærkerne, således at de kompenserer for transmissionstab i cellen, et middel (P) til at gennemskylle 30 cellen med rent vand, når kalibreringen udføres, og tærskelafbrydere (RLI) til selektivt at aktivere udgangen fra en af de to forstærkere til et udgangstrin (45, ICI), og hvor koblingsarrangementet er et sådant, DK 152312B s at udgangssignalerne fra begge forstærkerne hvert for sig repræsenterer olieindholdet af det vand, der flyder gennem cellen, og hvor afbryderne (RLI) er arrangeret på en sådan måde, at udgangen fra den lineære forstær-5 ker kobles til udgangstrinnet, når oliekoncentrationen ligger inden for et område, hvor udgangskarakteristikken for det spredte lys er praktisk taget lineær, medens udgangen fra den logaritmiske forstærker kobles til udgangstrinnet, når oliekoncentrationen overstiger 10 dette område.

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at forstærkningsstyrekredsen omfatter en digital/-analog-omsætter (IC15, IC16), der fødes fra en astabil multivibrator CIC11) og er indrettet til derudfra at 15 tilvejebringe kalibreringsspænding til de to forstærkere .

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at cellen har flere udgangsvinduer, og at signaler, som svarer til lyssignalerne fra disse udgangsvinduer, 20 j<an kobles til den første lineære forstærker.