ES2908338T3 - Sistema de sensores para la detección de contaminantes en el líquido - Google Patents

Sistema de sensores para la detección de contaminantes en el líquido Download PDF

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Abstract

Un sistema de sensores (10) para detectar contaminantes dentro de una corriente de líquido, el sistema de sensores comprende: un cuerpo sensor (30); una fuente de luz dispuesta en el cuerpo del sensor y configurada para dirigir un haz de luz hacia el exterior desde una salida (92) del cuerpo del sensor; y un sensor de luz (40) dispuesto en el cuerpo del sensor y el cuerpo del sensor con una entrada (100) dispuesta frente al sensor de luz, en el que la entrada está posicionada para recibir y dirigir la luz hacia el sensor de luz; en el que el sistema sensor comprende además un brazo que se extiende desde el cuerpo del sensor hasta un extremo distal (36) del brazo, en el que el brazo es insertable en la corriente de líquido; la fuente de luz está configurada para dirigir el haz de luz hacia el exterior desde la salida del cuerpo del sensor hacia el extremo distal del brazo; en el que el sistema de sensores comprende además un vertedero de haces (132) situado en el extremo distal del brazo opuesto a la fuente de luz para absorber al menos una porción del haz de luz dirigido hacia el extremo distal del brazo, para de este modo que la porción absorbida del haz de luz se refleje de nuevo hacia la entrada; caracterizado porque el brazo incluye un estante (134) que se dispone intermedio entre el cuerpo del sensor y el extremo distal del brazo, en el que el estante está configurado para restringir parcialmente un campo de entrada de luz en la entrada.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de sensores para la detección de contaminantes en el líquido
Campo de la invención
La presente invención se refiere en general a la monitorización de contaminantes, y más particularmente a un sistema de sensores para la monitorización de una corriente de líquido para detectar un nivel de contaminante en la corriente de líquido.
Antecedentes
Los sistemas de reabastecimiento de combustible son conocidos en la técnica, por medio de los cuales el combustible se transfiere desde una fuente de combustible a un dispositivo que lo consume, tal como un vehículo. En un ejemplo de dicho sistema, un vehículo de reabastecimiento proporciona una fuente de combustible para reabastecer a un segundo vehículo. Los vehículos de reabastecimiento, por ejemplo, se utilizan habitualmente para reabastecer aeronaves. El combustible que entra en el segundo vehículo es típicamente monitorizado por contaminantes, tales como contaminantes sólidos, líquidos y aerosoles líquidos. Los contaminantes pueden desgastar los componentes y/o se pueden acumular con el tiempo para obstruir los equipos o disminuir la eficiencia de los sistemas de líquidos. De este modo, los contaminantes pueden tener efectos perjudiciales en los sistemas de líquidos, provocar fallos críticos o acortar los ciclos de vida típicos de los componentes.
A fin de minimizar los contaminantes dentro de dichos sistemas de flujo de combustible, se puede implementar un equipo de filtración y separación. No obstante, permanece la necesidad de verificar el nivel de limpieza, o viceversa, para evaluar el nivel de contaminación, en el flujo de líquidos que entran en los sistemas de líquidos o que ya circulan por ellos. Los sistemas de sensores convencionales para monitorizar el flujo de líquido para el nivel de contaminantes a menudo no proporcionan resultados adecuados con respecto al nivel real de contaminantes debido a la incapacidad de proporcionar resultados estables con flujos de combustible variables, o debido a una sensibilidad demasiado grande a los cambios ópticos o al cambio de medición relacionado con los sistemas de sensores. Además, los tamaños y las configuraciones de los sistemas de sensores convencionales para ser insertados en las corrientes de líquidos en los sistemas de líquidos son demasiado grandes o tienen una forma incorrecta para su uso con los accesorios convencionales, tales como los accesorios NPT estándar de un cuarto de pulgada, que se proporcionan comúnmente con estos sistemas de líquidos. En consecuencia, las secciones de las tuberías a menudo deben ser cortadas especialmente o dotadas de accesorios no deseados o especialmente diseñados para permitir la inserción de sistemas de sensores convencionales.
El documento US 5 652 810 A desvela un sistema de sensores para la detección contaminantes dentro de una corriente de líquido, el sistema de sensores comprende: un cuerpo del sensor; una fuente de luz dispuesta en el cuerpo del sensor y configurada para dirigir un haz de luz hacia fuera desde una salida del cuerpo del sensor; y un sensor de luz dispuesto en el cuerpo del sensor y el cuerpo del sensor que tiene una entrada dispuesta frente al sensor de luz, en el que la entrada está posicionada para recibir y dirigir la luz hacia el sensor de luz; en el que el sistema de sensores comprende además un brazo que se extiende desde el cuerpo del sensor hasta un extremo distal del brazo, en el que el brazo es insertable en la corriente de líquido; la fuente de luz está configurada para dirigir el haz de luz hacia el exterior desde la salida del cuerpo del sensor hacia el extremo distal del brazo, en el que el sistema sensor comprende además un vertedero de haces situado en el extremo distal del brazo frente a la fuente de luz para absorber al menos una porción del haz de luz dirigido hacia el extremo distal del brazo, para de este modo impedir que la porción absorbida del haz de luz se refleje de nuevo hacia la entrada.
La publicación de patente de los Estados Unidos núm. US-2002/0039186 A1 desvela un sistema de análisis espectral para determinar las propiedades físicas y químicas de una muestra por medio de la medición de las características ópticas de la luz emitida por la muestra. Un cabezal de sonda para su uso con un espectrómetro incluye un reflector para iluminar un volumen de muestra dispuesto circunferencialmente alrededor de la fuente de luz del cabezal de sonda. El cabezal de la sonda puede incluir un elemento de bloqueo óptico para forzar la trayectoria óptica entre la fuente de luz y un captador óptico conectado ópticamente al espectrómetro en la muestra. El cabezal de la sonda también incluye un obturador de referencia para bloquear selectivamente la luz emitida por la muestra para que no llegue al captador óptico y de este modo facilitar la calibración del espectrómetro.
La publicación de patente del Reino Unido núm. GB-2265217 A desvela un aparato para la detección de la presencia de partículas fibrosas en un líquido, que comprende una zona de dispersión de luz óptica a través de la cual se alimenta una muestra de líquido bajo prueba y que está iluminada por una pluralidad de fuentes que transmiten haces de luces en ángulo entre sí y que se extienden transversalmente a la zona de detección. La luz dispersada por una partícula fibrosa es recogida por detectores situados en ángulos con respecto a las fuentes asociadas, y las señales provocadas por la luz dispersada detectada se envían a procesadores electrónicos que interpretan las señales y proporcionan una indicación de la presencia o no de partículas fibrosas.
La publicación de patente de los Estados Unidos núm. US-2004/0004717 A1 desvela un procedimiento que implica la dilución automática, en línea, de soluciones de polímeros y/o coloides, de forma que, cuando la corriente de polímeros diluidos fluye a través de detectores adecuados, se pueden monitorizar los procedimientos de no-equilibrio, tales como la polimerización, la degradación y la agregación. Se desvela una sonda de luz sumergible que incluye un miembro de anillo hecho de un material oscuro y opaco, que tiene incrustada en él una pluralidad de fibras ópticas que se pueden conectar a detectores ópticos alejados de la sonda. Los extremos de las fibras ópticas están en contacto directo con el líquido que se examina. En una primera variación, se hace fluir el líquido a través de la sonda. En una segunda variación, se añade una placa base de forma que el miembro de anillo pueda contener un líquido a examinar. En una tercera variación, se coloca un recipiente transparente que contiene el líquido a examinar a través del miembro de anillo. Cuando la sonda no es sumergible, los fotodetectores pueden sustituir a las fibras ópticas.
Sumario de la invención
La presente invención proporciona un sistema de sensores como se reivindica en la reivindicación 1.
En las reivindicaciones dependientes se definen otras características opcionales del sistema de sensores.
La presente invención proporciona configuraciones mejoradas de sistemas de sensores, en particular para su uso con sistemas de abastecimiento de combustible o reabastecimiento, que mejoran una o más de las deficiencias de los sistemas de sensores convencionales. Los sistemas de sensores de la presente invención utilizan una fuente de luz (que puede ser una fuente de luz láser) para generar un haz de luz (que puede ser un haz de láser), y pueden comprender una guía de luz de fibra óptica para transmitir la luz recibida en una entrada del sistema de sensores a un sensor de luz. Esta combinación proporciona un sistema de sensores estable y menos sensible con respecto a los cambios ópticos y al desplazamiento de la medición que suelen experimentar los sistemas convencionales. Además, los sistemas de sensores de la presente invención se pueden configurar para su inserción en una sección de tubería mediante el uso de un accesorio NPT estándar de un cuarto de pulgada. Es posible que no sea necesario cortar secciones de tubería o accesorios especialmente diseñados.
Por ejemplo, una realización del sistema de sensores, para detectar contaminantes dentro de una corriente de líquido de un sistema de líquidos, incluye un cuerpo del sensor y un brazo que se extiende desde el cuerpo del sensor hasta un extremo distal del brazo, una fuente de luz láser configurada para dirigir un haz de luz hacia fuera desde una salida del cuerpo del sensor, y un sensor de luz. Una guía de luz de fibra óptica está dispuesta en el cuerpo del sensor y se extiende desde el sensor de luz hasta una entrada del cuerpo del sensor para dirigir la luz al sensor de luz. En el extremo distal opuesto a la fuente de luz se coloca un vertedero de haces para absorber al menos una porción del haz de luz dirigido hacia el extremo distal. Un miembro de bloqueo del brazo (en forma de estante) está dispuesto intermedio entre el cuerpo del sensor y el extremo distal y está configurado para restringir parcialmente un campo de entrada de luz en la entrada.
La fuente de luz puede ser una fuente de luz láser dispuesta en el cuerpo para emitir un haz de láser, la fuente de luz láser alineada para dirigir el haz de láser hacia el exterior desde una salida del cuerpo del sensor. Una guía de luz puede estar dispuesta en el cuerpo del sensor y se puede extender desde el sensor de luz hasta un extremo distal opuesto al sensor de luz en una entrada del cuerpo del sensor. La guía de luz puede estar alineada para dirigir la luz a través del cuerpo del sensor hacia el sensor de luz para permitir la recepción de la luz por el sensor de luz.
La guía de luz puede ser una guía de luz de fibra óptica.
La entrada del cuerpo del sensor puede estar situada junto a la salida del cuerpo del sensor.
La guía de luz se puede extender a lo largo de un eje guía que es transversal a un eje de proyección del haz de láser que se extiende desde la fuente de luz láser hasta la salida del cuerpo del sensor.
El sistema de sensores puede incluir además un procesador dispuesto en el cuerpo del sensor y configurado para convertir las señales eléctricas del sensor de luz en datos digitales relativos a uno o ambos de la intensidad o consistencia de la luz recibida por el sensor de luz.
El sistema de sensores puede incluir además un procesador conectado operativamente a la fuente de luz y al sensor de luz para alimentar la fuente de luz y el sensor de luz, y para calcular los niveles de contaminantes en la corriente de líquido correspondientes a las propiedades de la luz recibida por el sensor de luz.
El sistema de sensores incluye un brazo que se extiende desde el cuerpo del sensor, el brazo incluye una repisa dispuesta de forma intermedia entre el cuerpo del sensor y el extremo distal del brazo, por lo que se puede posicionar para limitar un campo de entrada de luz de la entrada.
La guía de luz se puede extender a lo largo de un eje guía y el estante posicionado para ser intersecado por el eje guía.
El estante se puede colocar a lo largo del brazo entre el cuerpo del sensor y un extremo distal del brazo opuesto al cuerpo del sensor.
El sistema de sensores incluye además un vertedero de haces posicionado en el extremo distal del brazo, en el que la fuente de luz puede estar posicionada para dirigir el haz de láser hacia el vertedero de haces para absorber al menos una porción de luz del haz de láser.
El estante puede ser posicionado para bloquear al menos una porción de la luz dispersada por el vertedero de haces de ser recibido en la entrada.
El sistema de sensores puede incluir además roscas externas para asegurar el sistema de sensores dentro de una abertura en un sistema de líquidos.
El sistema de sensores en las roscas externas puede estar dimensionado para ser recibido en un accesorio NPT de un cuarto de pulgada.
El sistema de sensores de la invención es para detectar contaminantes dentro de una corriente de líquido, e incluye un cuerpo sensor y un brazo que se extiende desde el cuerpo sensor hasta un extremo distal del brazo. El sistema de sensores incluye además una fuente de luz dispuesta en el cuerpo del sensor y configurada para dirigir un haz de luz hacia el exterior desde una salida del cuerpo del sensor hacia el extremo distal del brazo. Un sensor de luz está dispuesto en el cuerpo del sensor y el cuerpo del sensor tiene una entrada dispuesta frente al sensor de luz. La entrada está colocada para recibir y dirigir la luz hacia el sensor de luz. En el extremo distal opuesto a la fuente de luz se coloca un vertedero de haces para absorber al menos una porción del haz de luz dirigido hacia el extremo distal, para de este modo evitar que la porción absorbida del haz de luz se refleje de nuevo hacia la entrada. El brazo incluye un estante dispuesto de forma intermedia entre el cuerpo del sensor y el extremo distal, y el estante está configurado para restringir parcialmente un campo de entrada de luz de la entrada.
El estante se puede extender transversalmente con respecto a un eje longitudinal del brazo a lo largo del cual se extiende el brazo.
El estante puede ser posicionado para bloquear al menos una porción de luz dispersada y no absorbida por el vertedero de haces de ser recibida en la entrada.
El brazo puede incluir un pasaje a través del brazo para permitir el flujo de la corriente de líquido a través del mismo para minimizar el efecto del brazo en la corriente de líquido.
El cuerpo del sensor puede incluir roscas externas para asegurar el sistema de sensores dentro de una abertura en un sistema de líquidos, y el sistema de sensores en las roscas externas puede estar dimensionado para ser recibido en un accesorio NPT de un cuarto de pulgada.
El sistema de sensores puede estar en combinación con un sistema de líquidos que tiene un accesorio NPT de un cuarto de pulgada que define un puerto para recibir de forma segura el sistema de sensores. El cuerpo del sensor puede tener roscas externas dimensionadas para ser recibidas en el accesorio NPT de un cuarto de pulgada, y el accesorio puede tener roscas de ajuste correspondientes para enganchar las roscas externas.
También se desvela un procedimiento de detección de contaminantes dentro de una corriente de líquido, pero no forma parte de la presente invención, e incluye las etapas de: (a) emitir un haz de láser en la corriente de líquido que puede incluir un contaminante, (b) recibir en una guía de luz la luz del haz de láser reflejada en la corriente de líquido, (c) transmitir la luz a lo largo de la guía de luz a un sensor de luz, (d) analizar una o más propiedades de la luz y (e) determinar el nivel de contaminante en vista de las una o más propiedades.
El procedimiento puede incluir además la absorción parcial de la luz del haz de láser para evitar que la porción absorbida del haz de láser se refleje de nuevo hacia la entrada.
El procedimiento puede incluir además el bloqueo parcial de la luz que se recibe en la guía de luz con un miembro de bloqueo espaciado desde un extremo distal de la guía de luz opuesto al sensor de luz.
Lo que precede y otras características de la invención se describen a continuación con mayor detalle en referencia a los dibujos adjuntos.
Breve descripción de los dibujos
Los dibujos anexos, que no están necesariamente a escala, muestran varios aspectos de la divulgación.
La Fig. 1 es una vista esquemática de un sistema de líquidos para tener un flujo de líquido a través del sistema de líquidos para el análisis por un sistema de sensores ejemplar de la presente invención.
La Fig. 2 es una vista en alzado del sistema de sensores ejemplar de la presente invención.
La Fig. 3 es una vista en sección transversal del sistema de sensores de la Fig. 2, tomada a lo largo de la línea A-A de la Fig. 2.
La Fig. 4 es una vista en sección transversal del sistema de sensores de la Fig. 2, tomada también a lo largo de la línea A-A de la Fig. 2, y mostrada acoplada a un accesorio en una sección de tubería de un sistema de líquidos.
Descripción detallada
Los principios de la presente invención tienen una aplicación general a la medición y detección de la acumulación de contaminantes en un líquido, y una aplicación más particular a la medición y detección de contaminantes, tales como el agua, en el combustible que se transfiere, por ejemplo, desde un contenedor de reabastecimiento a un vehículo que utiliza el combustible para generar energía. Por ejemplo, un sistema de sensores de acuerdo con la presente invención se puede utilizar como sensor de calidad de combustible final antes de que el combustible entre en un recipiente de almacenamiento de un vehículo, tal como una aeronave, un vehículo terrestre, un vehículo marino o similar, tal como si se insertara en un extremo distal de una línea de reabastecimiento de un servidor de bocas de riego, un carro de bocas de riego o un camión cisterna de reabastecimiento móvil. Se apreciará que los principios de la presente invención pueden tener aplicación en entornos de reabastecimiento militares o comerciales, y también pueden ser adecuados para la medición y detección de contaminantes en el líquido hidráulico, el aceite, tal como el aceite de turbina, o el refrigerante. Un líquido analizado por el sistema de sensores incluye un líquido, y puede incluir alternativamente un gas, un aerosol, o ambos. El sistema de sensores puede estar configurado para detectar niveles de líquido, gas, aerosol, niebla o contaminante sólido, o una combinación de uno o más de estos contaminantes.
Con referencia primero a la Fig. 1, un dibujo esquemático ilustra un uso típico de un sistema de sensores 10 de acuerdo con la presente invención, en un sistema de líquidos 20. El sistema de líquidos 20 incluye un primer dispositivo 22 que tiene un primer recipiente de almacenamiento 24. El primer recipiente de almacenamiento 24 está en comunicación fluida con un segundo recipiente de almacenamiento 26 de un segundo dispositivo 30 por medio de una sección de tubería que define un pasaje para permitir la transferencia de líquido desde el primer recipiente de almacenamiento 24 al segundo recipiente de almacenamiento 26.
El sistema de sensores 10 está acoplado al sistema de líquidos 20, en la sección de tubería 32, adyacente al segundo dispositivo 30. En el pasaje 32, en el que se recibe el sistema de sensores 10, hay un accesorio, tal como un accesorio NPT estándar. Esta posición del sistema de sensores 10 cerca del segundo recipiente de almacenamiento 26 permite que el sistema de sensores 10 proporcione un control de calidad final del líquido antes de que éste entre en el segundo recipiente de almacenamiento 26. El sistema de líquidos 20 puede incluir una bomba (no mostrada) en cualquiera de los dos dispositivos 22 o 30 para bombear el líquido entre los primeros y segundos recipientes de almacenamiento 24 y 26.
En una realización, el primer dispositivo 22 puede ser un vehículo para reabastecer y el segundo dispositivo 24 puede ser un vehículo que necesita reabastecer, en los que cada uno de ellos tiene un respectivo tanque de almacenamiento de combustible 24 o 26 para almacenar combustible. La sección de tubería puede ser una sección de tubería de transferencia de fue extendida entre el primer y segundo tanque de almacenamiento 24 y 26. El sistema de sensores 10 puede estar configurado específicamente para determinar un nivel de contaminante en un tipo específico de combustible que se transfiere a través de la sección de tubería 32. En algunas realizaciones, el sistema de líquidos 20 puede incluir una válvula de cierre dispuesta en un extremo de la sección de tubería, corriente abajo del sistema de sensores 10. El sistema de sensores 10 puede servir como un indicador para determinar si el combustible tiene un nivel de calidad suficiente antes de entrar en el tanque de almacenamiento 26. El sistema de sensores 10 puede estar configurado para proporcionar una señal a la válvula de cierre o a un dispositivo de control que controle la válvula de cierre para provocar el cierre de la válvula de cierre si se alcanza un nivel umbral de contaminante en la corriente de combustible analizado por el sistema de sensores 10.
Con referencia ahora a las Figs. 2 y 3, se muestra en detalle el sistema de sensores 10, que incluye un cuerpo del sensor 30, un brazo que se extiende desde el cuerpo del sensor 30, una fuente de luz 34 configurada para emitir un haz de luz hacia un extremo distal 36 del brazo, y un sensor de luz 40 configurado para recibir la luz para su análisis. Generalmente, el sistema de sensores 10 está configurado para ser insertado directamente en una corriente de líquido y para emitir el haz de luz en la corriente de líquido. La luz del haz de luz que se refleja en el contaminante del líquido se recibe en el sensor de luz 40, que está configurado para medir una o más propiedades de la luz recibida, tal como la intensidad, la consistencia y la cantidad de la luz.
El cuerpo del sensor 30 está configurado, por ejemplo, con una forma y una cavidad interna 42, para alojar al menos una porción de una o ambas fuentes de luz y del sensor de luz 40 en relación con el otro. La cavidad interna 42 está definida por una porción de cuerpo principal 44 y una porción de capuchón 46 que es acoplable a la porción de cuerpo principal 44, tal como por ejemplo por medio de roscas. Como se representa en la Fig. 3, el sensor de luz 40 y la fuente de luz se extienden cada uno de ellos desde sus respectivos receptáculos en la porción del cuerpo principal 44 hasta la cavidad interna 42.
La porción de capuchón 46 incluye un pasaje 48 que se extiende a través de la porción de capuchón 46 hacia la cavidad interna 48 para permitir el acceso a los componentes dentro de la cavidad interna 42, sin retirar la porción de capuchón 46 de la porción de cuerpo principal 44. El pasaje 48 puede ser sellado por un tapón (no mostrado), que puede ser acoplado a la porción de capuchón 46 por cualquier medio adecuado tal como roscas, fijadores, porciones de enclavamiento, o comparables. Una junta 50, tal como una junta tórica, proporciona una junta entre la porción del cuerpo principal 44 y la porción del capuchón 46.
La porción de cuerpo principal 44 se extiende a lo largo de un eje de cuerpo 52 entre un extremo proximal 54 adyacente a la porción de capuchón 46 y un extremo distal 56 dispuesto frente al extremo proximal 54. Un receptáculo de fuente de luz 60 se extiende a lo largo del eje del cuerpo 52 entre los extremos proximal y distal 54 y 56, tal como extendiéndose completamente a través de la porción de cuerpo principal 44, para recibir la fuente de luz y una guía de fuente de luz 61.
Un receptáculo de sensor de luz 62 está dispuesto adyacente al receptáculo de fuente de luz 60 en el extremo proximal 54 de la porción de cuerpo principal 44. Un receptáculo de guía de luz 64 se extiende entre el receptáculo del sensor de luz 62 y el extremo distal 56 de la porción del cuerpo principal 44, generalmente a lo largo del eje del cuerpo 52, aunque alineado en un ángulo desplazado del eje del cuerpo 52, para recibir una guía de luz 66.
El brazo se extiende desde el extremo distal 56 de la porción de cuerpo principal 44 hacia afuera de la porción de cuerpo principal 44 y a lo largo del eje del cuerpo 52 hasta el extremo distal 36 del brazo.
El brazo generalmente tiene forma cilíndrica y un perfil transversal mínimo ortogonal al eje del cuerpo 52 para permitir un efecto mínimo en la corriente de líquido de un sistema de líquidos en el que se inserta el brazo. El brazo 32 también define un pasaje 70 a través del brazo.
El pasaje 70 se extiende longitudinalmente a lo largo del eje del cuerpo 52 y también se extiende lateralmente a través del brazo en una dirección ortogonal al eje del cuerpo 52. El pasaje 70 separa el brazo en porciones de brazo adyacentes que se extienden longitudinalmente 71, cada una de las cuales se extiende a lo largo del eje del cuerpo 52 y define el pasaje 70 entre las porciones de brazo 71. La inclusión del pasaje 70 permite además que el brazo 32 tenga un efecto minimizado sobre la corriente de líquido que fluye alrededor, más allá y a través del brazo, tal como para proporcionar un arrastre mínimo en la corriente de líquido.
El cuerpo del sensor 30 y el brazo están hechos de un material adecuado para la inserción en una corriente de líquido particular para la cual el sistema de sensores 10 se utiliza para medir el contaminante. Por ejemplo, el cuerpo del sensor 30 y el brazo pueden estar hechos de aluminio u otro metal adecuado.
La fuente de luz recibida en el receptáculo de la fuente de luz 60 del cuerpo del sensor 30 está configurada para dirigir un haz de luz hacia el exterior desde una salida 92 del cuerpo del sensor 30 hacia el extremo distal 36 del brazo.
En la realización representada, la fuente de luz es una fuente de luz láser que está configurada para emitir un haz de láser. Una fuente de luz láser ejemplar, tal como para su uso en la detección de contaminantes de agua emulsionados en el combustible, proporciona luz que tiene un color rojo. Por ejemplo, el láser puede proporcionar una luz que tenga una longitud de onda en el intervalo de aproximadamente 620 nm a aproximadamente 750 nm, o de aproximadamente 660 nm a aproximadamente 710 nm, o de aproximadamente 660 nm. Alternativamente, el láser puede proporcionar luz de color ultravioleta. La potencia de salida de la fuente de luz láser ejemplar puede estar en el intervalo de aproximadamente 10 mw a aproximadamente 50 mw, o aproximadamente 15 mw a aproximadamente 35 mw, o aproximadamente 20 mw a aproximadamente 30 mw, o aproximadamente 25 mw, o aproximadamente 35 mw.
El receptáculo de la fuente de luz 60 que recibe la fuente de luz está alineado en la porción del cuerpo principal 44 de forma que un eje de proyección 94, a lo largo del cual se emite el haz de láser, se extiende hacia el extremo distal 36 del brazo y lo interseca.
El eje de proyección 94 se extiende paralelamente al eje del cuerpo 52, lo que permite que el sistema de sensores 10 mantenga un perfil mínimo dispuesto alrededor del eje del haz 52 de una porción del sistema de sensores 10 que se recibe en el sistema de líquidos respectivo. El eje de proyección 94 y el receptáculo de la fuente de luz 60 pueden estar alineados de otra manera en otras realizaciones.
La fuente de luz está alineada en el cuerpo del sensor 30 de forma que la fuente de luz se extiende entre la cavidad 42 en un extremo proximal de la fuente de luz 96 y la guía de la fuente de luz 61. La guía de la fuente de luz 61 se extiende entre la fuente de luz y la salida 92 en un extremo distal de la guía de la fuente de luz 98. El extremo distal de la guía de la fuente de luz 98 está generalmente alineado de forma que la guía de la fuente de luz 61 no se extiende más allá o fuera del cuerpo del sensor 30 en la salida 92, para evitar el bloqueo de la luz al sensor de luz 40 en una entrada 100 del cuerpo del sensor 30, que está dispuesta adyacente a la salida 92.
La guía de la fuente de luz representada 61, que se muestra como una varilla de cristal, se alinea adyacente a las fuentes de luz a través de su colocación en el receptáculo de la fuente de luz 60. En algunas realizaciones la guía de la fuente de luz 61 puede estar acoplada a la fuente de luz, tal como por ejemplo estar acoplada de forma removible. En algunas realizaciones, la guía de la fuente de luz 61 puede incluir una combinación de cristal y polímero.
La fuente de luz láser y la guía de la fuente de luz 61 están selladas en el cuerpo del sensor 30, por ejemplo, por medio de un adhesivo en uno o ambos extremos proximal y distal 96 y 98. Por ejemplo, se puede utilizar un adhesivo de uretano.
Con referencia ahora a la recepción de la luz en el cuerpo del sensor 30, la luz se recibe en el sensor de luz 40 por medio de la entrada 100 y la guía de luz 66. La luz puede ser recibida desde el haz de láser emitido por la fuente de luz láser y reflejada desde una corriente de líquido respectiva, tal como por ejemplo, desde un contaminante en la corriente de líquido. El sensor de luz 40 se representa como un fotodiodo, aunque otros sensores de luz pueden ser adecuados. El sensor de luz de fotodiodo 40 representado está configurado para emitir señales eléctricas relacionadas con la luz recibida en el sensor de luz de fotodiodo 40, tal como por ejemplo a un procesador 110, que se detallará más adelante.
La luz recibida en el sensor de luz 40 se recibe primero en la entrada 100 del cuerpo del sensor 30. La entrada 100 está dispuesta en el extremo distal 56 de la porción de cuerpo principal 44, adyacente a la salida 92. La provisión de la entrada 100 adyacente a la salida 92 permite minimizar el tamaño de la porción del cuerpo del sensor 30 recibida en un sistema de líquidos respectivo. La colocación adyacente es posible gracias a que el sensor de luz 40 recibe la luz del haz de luz láser o la luz reflejada por el contaminante, en lugar de que el sistema de sensores 10 esté configurado para dirigir el haz de luz láser directamente o de forma reflectante hacia la entrada 100, y de este modo requiere un perfil de sistema de sensores más grande.
Además, se proporciona una única entrada 100 para recibir y dirigir la luz hacia el sensor de luz 40, a diferencia de las múltiples entradas 100. La entrada 100 está dispuesta en el pasaje 70 a través del brazo 32, en la que el eje de proyección 94 del haz de láser está desplazado radialmente de la entrada 100 y del brazo, en la ubicación de la entrada 100 y la salida 92. Se apreciará que se pueden incluir dos o más entradas en realizaciones alternativas.
La guía de luz 66 ilustrada se extiende desde la entrada 100 hasta el sensor de luz 40. La guía de luz 66 representada es una guía de luz de fibra óptica 66 que incluye un material de cable de fibra óptica adecuado, tal como el que tiene un núcleo de varilla de cristal encerrado en una cubierta de polímero. Algunas realizaciones pueden incluir un polímero que se utiliza como medio de transmisión óptica o una combinación de cristal y polímero. En otras realizaciones, la guía de luz 66 puede no incluir componentes de fibra óptica.
La guía de luz de fibra óptica 66 representada se extiende a lo largo de un eje guía 112 que es transversal, es decir, en ángulo con respecto al eje de proyección 94 de la fuente de luz láser representada.
El ángulo relativo de la guía de luz de fibra óptica 66 en relación con el eje de proyección 94 permite que la luz del haz de láser se reciba más fácilmente en la entrada 100 del extremo distal 114 de la guía de luz de fibra óptica 66 y se transmita finalmente al sensor de luz 40. Al menos el extremo distal 114 de la guía de luz 66 se asegura en el receptáculo de la guía de luz 64, tal como por ejemplo por medio del uso de un adhesivo, tal como un adhesivo de uretano, para ayudar a asegurar el extremo distal 114 en relación con un frente final 116 del extremo distal 56 de la porción de cuerpo principal 44. El extremo distal 114 de la guía de luz de fibra óptica 66 termina en el frente final 116 de la porción de cuerpo principal 44, y no se extiende más allá del extremo distal 56 o hacia afuera de la porción de cuerpo principal 44. Esta alineación ayuda a evitar que la luz del haz de láser emitida inicialmente en la salida 92 sea recibida inmediatamente en el extremo distal 114.
Con referencia ahora a la Fig. 4, se detallan aspectos adicionales del sistema de sensores 10. Una sección de acoplamiento 118 de la porción de cuerpo principal 44 está dispuesta en el extremo distal 56 y adyacente al brazo.
La sección de acoplamiento 118 incluye roscas 120 dispuestas proximalmente del brazo, lo que permite asegurar el sistema de sensores 10 dentro de una abertura 122 en una sección de tubería 123 de un sistema de líquidos respectivo. Las roscas 120 se extienden completamente circunferencialmente alrededor del eje del cuerpo 52, y están dispuestas proximalmente del brazo.
A través de la posición de las roscas 120 a lo largo del eje del cuerpo 52, el cuerpo del sensor 30 está configurado para permitir que una longitud completa del brazo, que está dispuesto distalmente de las roscas 120, sea recibida en la abertura 122 y en el sistema de líquidos respectivo.
Las roscas 120 y la sección de acoplamiento 118 están dimensionadas para ser recibidas en un accesorio NPT del sistema de líquidos respectivo, tal como por ejemplo en un accesorio NPT estándar de un cuarto de pulgada 124 acoplado a la sección de tubería 123 del sistema de líquidos respectivo. El accesorio NPT de un cuarto de pulgada 124 define un puerto 125 para recibir el sistema de sensores 10. El accesorio NPT de un cuarto de pulgada 124 incluye roscas de ajuste internas 130 para acoplar las roscas externas 120 de la sección de acoplamiento 118. El sistema de sensores 10 puede ser dimensionado para su recepción en el accesorio NPT de un cuarto de pulgada 124 en vista de la alineación longitudinal del receptáculo de la fuente de luz 60 y el receptáculo de la guía de luz 64 paralelos entre sí.
En realizaciones alternativas, las roscas 120 y la sección de acoplamiento 118 pueden estar dimensionadas para ser recibidas en un accesorio de un tamaño diferente, tal como un accesorio NPT estándar de tres cuartos de pulgada. En algunas realizaciones, el accesorio NPT 124 puede no estar acoplado a una sección de tubería y, en cambio, puede estar acoplado a cualquier otra porción de un sistema de líquidos respectivo que permita insertar el brazo en una corriente de líquido que fluya a través del sistema de líquidos respectivo.
Con referencia ahora a las características específicas adicionales del brazo 32 del sistema de sensores 10 mostrado en las Figs. 2-4, el brazo incluye tanto un vertedero de haz de luz 132 como un miembro de bloqueo 134, cada uno de los cuales está posicionado para restringir la luz recibida en la entrada 100.
El vertedero del haz 132 está dispuesto en el extremo distal 36 del brazo y está posicionado para ser intersecado por el eje de proyección 94 de la fuente de luz láser representada.
De este modo, la fuente de luz láser se alinea en la porción del cuerpo principal 44 para dirigir el haz de láser, identificado en 136 en la Fig. 4, hacia el vertedero del haz 132. El vertedero del haz 132 está configurado para absorber al menos una porción de la luz del haz de láser 136, tal como por ejemplo a través de la construcción del material y/o el color del vertedero del haz 132. La absorción ayuda a evitar que al menos una porción de la luz del haz de láser 136 se refleje hacia la entrada 100 desde el extremo distal 36 del brazo.
El vertedero del haz 132 protege además el material de la sección de tubería 123 de ser afectado por el haz de láser 136.
Intermediando el extremo distal 36/vertedero del haz 132 y el extremo distal 56 de la porción de cuerpo principal 44, el miembro de bloqueo 134, también referido en la presente memoria como estante de sombra 134, está posicionado para bloquear al menos una porción de luz de ser recibida en la entrada 100. El estante de sombra 134 se extiende transversalmente en relación con el eje del cuerpo 52, tal como lateralmente entre las porciones de brazo adyacentes 71 como se ilustra en la Fig. 2. El estante de sombra 134 está posicionado y dimensionado para evitar la intersección del estante de sombra 134 por el haz de láser 136. En su orientación a lo largo del brazo, el estante de sombra 134 está posicionado para bloquear al menos una porción de la luz del haz de láser 136 que se dispersa y no es absorbida por el vertedero del haz 132 de ser recibido en la entrada 100.
El estante de sombra 134 está espaciado del extremo distal 114 de la guía de luz de fibra óptica 66 y está posicionado para ser intersecado por el eje de guía 112. De esta manera, como se muestra particularmente en la Fig. 4, el estante de sombra 134 está posicionado para restringir un campo de entrada 138 de luz de la entrada 100 por medio del bloque de al menos una porción de luz de ser recibida en la entrada 100.
Una vez que la luz es recibida en el sensor de luz 40 a través de la entrada 100 y la guía de luz de fibra óptica 66, un procesador 110 en la cavidad interna 42, y operativamente conectado al sensor de luz 40, analiza una salida eléctrica del sensor de luz 40. El procesador 110 está situado en una conexión eléctrica, tal como una placa de circuito 142 que está retenida en la cavidad interna 42, tal como por ejemplo por medio del acoplamiento a la porción de cuerpo principal 44. Cada uno de los sensores de luz 40 y la fuente de luz láser están conectados al procesador 110 a través de la placa de circuito 142.
El procesador 110 está configurado para convertir las señales eléctricas del sensor de luz 40 en datos digitales relativos a uno o más de la intensidad, consistencia o cantidad de la luz recibida por el sensor de luz 40. Por ejemplo, el procesador 110 puede incluir un componente de hardware de control tal como un circuito integrado de aplicación específica, un dispositivo lógico programable, un dispositivo de memoria que contenga instrucciones, o similares. El procesador 110 está configurado para calcular los niveles de contaminantes en la corriente de líquido correspondientes a las propiedades de la luz recibida por el sensor de luz 40, tal como por ejemplo en unidades de partes por millón. El procesador 110 también está configurado para proporcionar uno o más de (i) una indicación de alarma, tal como a un dispositivo externo conectado comunicativamente al sistema de sensores 10 cuando se alcanza un umbral de contaminante, y (ii) una señal de salida para controlar una válvula de cierre conectada operativamente al sistema de sensores 10 tal como para evitar la transferencia de líquido contaminado corriente abajo de la válvula de cierre, y/o para proporcionar una salida legible del nivel de contaminante tal como en una pantalla de un dispositivo externo conectado operativamente al sistema de sensores 10.
El procesador 110 puede dar salida a los datos a un dispositivo externo para permitir una alarma audible o visual, un análisis adicional de los datos, o la visualización de los datos a través de una transmisión por cable o inalámbrica al dispositivo externo. Para proporcionar la transmisión, un elemento de transmisión (no mostrado) puede estar unido a la placa de circuito 142 o puede estar incluido en el procesador 110, y de este modo operativamente conectado al procesador 110. Un elemento de transmisión adecuado puede permitir la conexión por cable o inalámbrica del sistema de sensores 10 a un procesador externo del dispositivo externo, que como se ha mencionado, puede tener una pantalla conectada operativamente al procesador externo. Por ejemplo, cuando el procesador 110 incluye el elemento de transmisión, el procesador 110 puede estar configurado para transmitir los datos convertidos desde el sensor de luz 40 a través del elemento de transmisión por medio de cualquier conexión de red adecuada, tal como por celular, WiFi, Ethernet, Bluetooth, de anillo token, Zigbee, o similares.
La placa de circuito 142 también puede proporcionar la alimentación de la fuente de luz láser y del sensor de luz 40. Una fuente de energía (no mostrada) puede estar operativamente conectada a la placa de circuito 142 y localizada en la cavidad interna 42. Alternativamente, una fuente de energía puede tener una conexión que se extienda a través del pasaje 48 en la porción del capuchón 46 a la placa de circuito 142, y por lo tanto puede estar ubicada fuera del cuerpo del sensor 30. El procesador 110, a través de la placa de circuito 142, controla la energía transmitida a la fuente de luz láser.
Por ejemplo, el procesador 110 puede controlar la fuente de luz láser para que emita continuamente un haz de láser 136, o sólo para que emita el haz de láser 136 a intervalos predefinidos.
En algunas realizaciones, la fuente de luz láser puede ser controlada alternativamente por un componente de hardware de control externo al sistema de sensores 10, tal como por ejemplo al estar conectado a la placa de circuito 142 a través de una conexión que se extiende a través del pasaje 48 en la porción del capuchón 46. En otras realizaciones, la comunicación con un componente de hardware de control externo puede ser inalámbrica.
En resumen, un sistema de sensores 10 para la detección de contaminantes dentro de una corriente de líquido de un sistema de líquidos incluye un cuerpo del sensor 30 y un brazo que se extiende desde el cuerpo del sensor 30 hasta un extremo distal 36 del brazo, una fuente de luz láser configurada para dirigir un haz de láser 136 hacia afuera desde una salida del cuerpo del sensor 30, y un sensor de luz 40. Una guía de luz de fibra óptica 66 está dispuesta en el cuerpo del sensor 30 y se extiende desde el sensor de luz 40 hasta una entrada 100 del cuerpo del sensor 30 para dirigir la luz al sensor de luz 40. En el extremo distal 36, opuesto a la fuente de luz láser, se coloca un vertedero de haz 132 para absorber al menos una porción del haz de láser 136 dirigido hacia el extremo distal 36. Un miembro de bloqueo 134 del brazo está dispuesto entre el cuerpo del sensor 30 y el extremo distal 36 y está configurado para restringir parcialmente un campo de entrada 138 de luz en la entrada 100.
En uso, el sistema de sensores 10 se orienta en una sección de tubería 123 de un sistema de líquidos respectivo a través de las roscas 120, de forma que el campo de entrada 138 se orienta directamente en una corriente de líquido que fluye a través de la sección de tubería 123. Más concretamente, el sistema de sensores 10 está conformado para orientar el campo de entrada 138 espaciado radialmente hacia el interior de las paredes internas de la respectiva sección de tubería 123. De este modo, se puede interactuar con una porción de la respectiva corriente de líquido generalmente localizada centralmente dentro de la respectiva sección de tubería 123 que es representativa de la composición del líquido y se ve menos afectada por los efectos del flujo o las anomalías adyacentes a las paredes internas de la sección de tubería 123. El sistema de sensores 10, también a través de las roscas 120, está configurado para su inserción en una sección de tubería mediante el uso de un accesorio NPT estándar de un cuarto de pulgada. Para acoplar el sistema de sensores 10 a través de un accesorio de tamaño alternativo, no es necesario cortar secciones de tubería o accesorios especialmente diseñados.
Cuando el sistema de sensores 10 se inserta en una corriente de líquido y la fuente de luz láser ilustrada es activada por el procesador 110, el haz de láser 136 es emitido desde la fuente de luz láser ilustrada hacia el vertedero de haces 132 y el extremo distal 36 del brazo.
Los cambios en la luz del haz de láser 136, y la luz reflejada por el contaminante de agua en el combustible, se reciben en la entrada 100, y se transmiten a lo largo de la guía de luz de fibra óptica representada 166 al sensor de luz 40. La combinación de la fuente de luz láser representada y la guía de luz de fibra óptica 166 proporciona un sistema de sensores estable y menos sensible con respecto a los cambios ópticos y el desplazamiento de la medición que se experimenta típicamente en los sistemas convencionales.
Las señales eléctricas emitidas por el sensor 40 son convertidas y analizadas, para de este modo convertir las señales eléctricas en resultados relativos a la consistencia, cantidad e intensidad de la luz analizada, y en determinaciones del nivel de contaminante en el combustible, tales como por ejemplo en unidades de partes por millón. Como se ha mencionado, el procesador 110 puede estar configurado para proporcionar una indicación de alarma cuando se alcanza un umbral de contaminante, para controlar una válvula de cierre conectada operativamente al sistema de sensores 10, y/o para proporcionar una salida legible del nivel de contaminante, tal como en una pantalla conectada operativamente al sistema de sensores 10.
También se desvela un procedimiento de detección de contaminantes dentro de una corriente de líquido, pero no forma parte de la presente invención.
El procedimiento incluye (a) emitir un haz de láser 136 desde una fuente de luz láser en la corriente de líquido que puede incluir un contaminante, (b) recibir luz del haz de láser 136 reflejada desde la corriente de líquido en una guía de luz de fibra óptica 66, y (c) transmitir la luz a lo largo de la guía de luz de fibra óptica 66 a un sensor de luz 40. El procedimiento también incluye (d) analizar una o más propiedades de la luz, tales como la intensidad o la consistencia, y (e) determinar el nivel de contaminante en vista de las una o más propiedades, tales como en base a los cambios en la intensidad o la consistencia de la luz transmitida al sensor de luz 40. El procedimiento también puede incluir la absorción parcial de la luz del haz de láser 136 para evitar que la porción absorbida del haz de láser 136 se refleje de nuevo hacia la entrada 100, tal como por ejemplo por medio del uso de un vertedero de haces 132. El procedimiento puede incluir además el bloqueo parcial de la luz que se recibe en la guía de luz de fibra óptica 166 con un miembro de bloqueo 134 espaciado desde un extremo distal 114 de la guía de luz de fibra óptica 66 frente al sensor de luz 40.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de sensores (10) para detectar contaminantes dentro de una corriente de líquido, el sistema de sensores comprende:
un cuerpo sensor (30);
una fuente de luz dispuesta en el cuerpo del sensor y configurada para dirigir un haz de luz hacia el exterior desde una salida (92) del cuerpo del sensor; y
un sensor de luz (40) dispuesto en el cuerpo del sensor y el cuerpo del sensor con una entrada (100) dispuesta frente al sensor de luz, en el que la entrada está posicionada para recibir y dirigir la luz hacia el sensor de luz; en el que
el sistema sensor comprende además un brazo que se extiende desde el cuerpo del sensor hasta un extremo distal (36) del brazo, en el que el brazo es insertable en la corriente de líquido;
la fuente de luz está configurada para dirigir el haz de luz hacia el exterior desde la salida del cuerpo del sensor hacia el extremo distal del brazo; en el que
el sistema de sensores comprende además un vertedero de haces (132) situado en el extremo distal del brazo opuesto a la fuente de luz para absorber al menos una porción del haz de luz dirigido hacia el extremo distal del brazo, para de este modo que la porción absorbida del haz de luz se refleje de nuevo hacia la entrada; caracterizado porque
el brazo incluye un estante (134) que se dispone intermedio entre el cuerpo del sensor y el extremo distal del brazo, en el que el estante está configurado para restringir parcialmente un campo de entrada de luz en la entrada.
2. El sistema de sensores (10) de la reivindicación 1, en el que el estante (134) se extiende transversalmente con respecto a un eje longitudinal del brazo a lo largo del cual se extiende el brazo.
3. El sistema de sensores (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que el estante (134) está posicionado para bloquear al menos una porción de la luz dispersada y no absorbida por el vertedero de haces (132) para que no sea recibida en la entrada (100).
4. El sistema de sensores (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el brazo incluye un pasaje (70) a través del brazo para permitir el flujo de la corriente de líquido a través de él para minimizar el efecto del brazo sobre la corriente de líquido.
5. El sistema sensor (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el cuerpo del sensor (30) incluye roscas externas (120) para asegurar el sistema sensor dentro de una abertura (125) en un sistema de líquidos (20), y en el que el sistema sensor en las roscas externas está dimensionado para ser recibido en un accesorio NPT de un cuarto de pulgada (124).
6. El sistema de sensores (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en combinación con un sistema de líquidos (20) que tiene un accesorio NPT de un cuarto de pulgada (124) que define un puerto (125) para recibir de forma segura el sistema de sensores en el mismo, el cuerpo del sensor que tiene roscas externas (120) dimensionadas para ser recibidas en el accesorio NPT de un cuarto de pulgada, y el accesorio que tiene roscas de ajuste correspondientes (130) para enganchar las roscas externas.
7. El sistema de sensores (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1-6, comprende además una guía de luz (66) dispuesta en el cuerpo del sensor (30) y que se extiende desde el sensor de luz (40) hasta un extremo distal (98) de la guía de luz opuesto al sensor de luz en la entrada (100) del cuerpo del sensor, en el que la guía de luz está alineada para dirigir la luz a través del cuerpo del sensor hacia el sensor de luz para permitir la recepción de la luz por el sensor de luz.
8. El sistema de sensores (10) de la reivindicación 7, en el que la guía de luz (66) es una guía de luz de fibra óptica.
9. El sistema de sensores (10) de cualquiera de las reivindicaciones 7-8, en el que la guía de luz (66) se extiende a lo largo de un eje de guía (112) que es transversal a un eje de proyección (94) del haz de luz que se extiende desde la fuente de luz (34) hasta la salida (92) del cuerpo del sensor (30).
10. El sistema de sensores (10) de cualquiera de las reivindicaciones 7-9, en el que la guía de luz (66) se extiende a lo largo de un eje de guía (112) y en el que el estante (134) está posicionado para ser intersecado por el eje de guía.
11. El sistema de sensores (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en el que la entrada (100) del cuerpo del sensor (30) está situada junto a la salida (92) del cuerpo del sensor.
12. El sistema de sensores (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1-11, incluye además un procesador (110) dispuesto en el cuerpo del sensor (30) y configurado para convertir las señales eléctricas del sensor de luz (40) en datos digitales relativos a uno o ambos de la intensidad o consistencia de la luz recibida por el sensor de luz.
13. El sistema de sensores (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1-12, incluye además un procesador (110) conectado operativamente a la fuente de luz y al sensor de luz (40) para alimentar la fuente de luz y el sensor de luz, y para calcular los niveles de contaminantes en la corriente de líquido correspondientes a las propiedades de la luz recibida por el sensor de luz.
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