ES2948141T3 - Sensor para medición de nivel y turbidez - Google Patents

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Fredrik Hallgren
Joel Wanemark
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Abstract

La presente invención se refiere a un sistema de monitoreo para medir y comunicar propiedades de un líquido, en donde dicho sistema de monitoreo está configurado para estar dispuesto en una posición montada encima y a una distancia de una superficie del líquido, y en donde dicho sistema de monitoreo comprende: un fuente de luz configurada para emitir luz hacia la superficie de dicho líquido, de manera que al menos una parte de dicha luz se transmita a través de dicho líquido; un detector de luz configurado para detectar luz que ha sido emitida desde dicha fuente de luz y transmitida a través de dicho líquido y para generar una representación de la intensidad y distribución espacial de la luz emitida que ha sido detectada; estando configurado un circuito de procesamiento para determinar la turbidez del líquido basándose en dicha representación. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sensor para medición de nivel y turbidez
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un sistema de monitoreo y un método para medir y comunicar propiedades de un líquido.
Antecedentes
En muchas aplicaciones, tal como en el monitoreo de una red de tuberías de drenaje en una ciudad o en un proceso de fabricación en una industria química, es deseable poder medir la turbidez de un líquido. Esto puede ser de interés, por ejemplo, cuando se determina la gravedad de desbordamientos potenciales en la red de tuberías de drenaje, como un mecanismo de detección de fallas en pasos de proceso donde no se espera turbidez, o como una medida del estado de un líquido de procesamiento en un proceso industrial tal como limpieza o sedimentación, o por razones similares. Las soluciones actualmente disponibles para medir la turbidez incluyen la medición de la atenuación de la luz a medida que pasa a través de una columna de muestra de líquido. Estas mediciones se realizan a menudo al colocar un fotodetector en un cuerpo de líquido e iluminando el cuerpo de líquido con una fuente de luz que tiene una intensidad predeterminada. Por lo tanto, la cantidad de luz detectada por el fotodiodo se puede usar para calcular la turbidez del líquido.
La solución mencionada anteriormente tiene varios inconvenientes, entre los que se encuentran el hecho de que los niveles variables de un líquido pueden dar como resultado diferentes niveles calculados de turbidez, y que la sumersión de una fuente de luz en el líquido puede ser tal que el proceso experimentado por el líquido se ve perturbado o interferido. Además, la sumersión de una fuente de luz dificulta que un usuario realice el mantenimiento en los sistemas de monitoreo actualmente disponibles.
Además, se pueden realizar mediciones de turbidez en un laboratorio, donde se extrae una muestra del cuerpo líquido que se va a medir, tras lo cual se analiza la muestra. Este es un método que consume tiempo y mano de obra para analizar la turbidez de un líquido.
Breve descripción de la invención
Un objeto de la presente invención es, por lo tanto, mitigar los problemas mencionados anteriormente y proporcionar un sistema de monitoreo para medir y comunicar propiedades de un líquido.
Los anteriores y otros objetos que serán evidentes a partir de la siguiente descripción se logran mediante un sistema de monitoreo y un método de acuerdo con la presente invención.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de monitoreo para medir y comunicar propiedades de un líquido, donde el sistema de monitoreo se configura para disponerse en una posición montada por encima y a una distancia de una superficie del líquido, y donde el sistema de monitoreo comprende: una fuente de luz configurada para emitir luz hacia la superficie del líquido, de modo que al menos una porción de la luz se transmite a través del líquido; un detector de luz configurado para detectar la luz que se ha emitido desde la fuente de luz y transmitido a través del líquido y para generar una representación de la intensidad y distribución espacial de la luz emitida que se ha detectado; una circuitería de procesamiento que se configura para determinar la turbidez del líquido con base en la representación.
Se debe entender que la turbidez es la turbidez u opacidad de un fluido causada, por ejemplo, por un gran número de partículas individuales que en general son invisibles a simple vista. La medición de la turbidez es importante para determinar la calidad del agua y, por lo tanto, un sistema y método mejorados para hacerlo proporciona una forma mejor y más eficiente de determinar la calidad del agua.
En lo siguiente, se entenderá que cualquier referencia al líquido también se refiere a partículas que pueden estar suspendidas en el mismo.
Un sistema de monitoreo de acuerdo con la presente invención es beneficioso por varias razones, entre las cuales permite una mejor usabilidad. Esto se debe al hecho de que el sistema no requiere que se configure a una distancia específica de la superficie del líquido para poder medir sus propiedades, lo que facilita su instalación. Después de montar el sistema de monitoreo a una distancia de la superficie del líquido, el sistema se puede calibrar para tener en cuenta la distancia esperada entre el detector de luz y/o la fuente de luz y la superficie del líquido.
Otro beneficio de la presente invención es que ninguna parte del sistema de monitoreo tiene que estar en contacto con el líquido para determinar sus propiedades, haciéndolo así menos propenso a la contaminación y reduciendo así la necesidad de mantenimiento. Esto es beneficioso tanto desde el punto de vista económico como desde el punto de vista de confiabilidad.
El sistema de monitoreo de acuerdo con la presente invención se puede usar, por ejemplo, para detectar y medir propiedades en varias aplicaciones diferentes. El sistema de monitoreo se puede usar, por ejemplo, en un drenaje pluvial para monitorear la turbidez y/o los niveles de agua en el mismo. Esto se puede hacer para detectar y registrar la frecuencia de desbordamiento de drenajes pluviales y para evaluar la gravedad de los mismos. Adicional o alternativamente, el sistema de monitoreo de la presente invención se puede usar en aplicaciones de la industria de procesamiento con el fin de medir propiedades de un líquido procesado en el mismo. En estos casos, el sistema de monitoreo puede formar parte de un sistema de control dispuesto para controlar un proceso, por ejemplo, un proceso de tratamiento, proceso de fabricación o proceso de producción, con base en las propiedades y parámetros medidos del líquido.
De acuerdo con una realización de ejemplo, la circuitería de procesamiento se dispone en comunicación con el detector de luz. Esta comunicación puede ser, por ejemplo, comunicación alámbrica o inalámbrica.
De acuerdo con una realización de ejemplo, la circuitería de procesamiento se configura para comunicarse con un dispositivo externo. Este dispositivo externo se puede configurar para registrar mediciones de nivel y/o turbidez de un líquido. Este dispositivo externo también se puede configurar para comunicarse con una pluralidad de circuiterías de procesamiento de una pluralidad de sistemas de monitoreo de acuerdo con la presente invención. Por lo tanto, se proporciona una red de sistemas de monitoreo para medir y comunicar propiedades de un líquido en una pluralidad de puntos de medición. Esto permite que un usuario del sistema analice una porción más grande del líquido de lo que es posible con un solo sistema de monitoreo.
De acuerdo con una realización de ejemplo, el sistema de monitoreo comprende un alojamiento, donde la fuente de luz, el detector de luz y la circuitería de procesamiento están todos dispuestos en el alojamiento.
Por lo tanto, un usuario puede montar el sistema de monitoreo en su lugar de uso previsto más fácilmente. Además, el alojamiento permite que los componentes del sistema de monitoreo estén protegidos del contacto involuntario con el líquido que se va a medir, reduciendo así el riesgo de falla de equipo.
De acuerdo con una realización de ejemplo, el detector de luz se configura para detectar la luz que se ha reflejado por el líquido. Esto se debe entender que significa que el detector de luz se configura para detectar reflexiones tanto especulares como difusas, es decir, luz reflejada desde la superficie del líquido, y luz reflejada desde partículas suspendidas en el líquido, es decir, luz transmitida a través del líquido y reflejada por partículas suspendidas en el mismo.
De acuerdo con una realización de ejemplo, la representación es una representación digital. Una representación digital podría ser, por ejemplo, una matriz de valores, cada entrada que comprende al menos valores que representan la intensidad y la distribución espacial de la luz transmitida a través del líquido.
De acuerdo con al menos una realización de ejemplo, la representación es una representación numérica.
La representación que es numérica permite un análisis y determinación rápidos y eficientes del nivel y la turbidez del líquido, sin la necesidad de usar más algoritmos de análisis de imágenes pesados del procesador.
De acuerdo con al menos una realización de ejemplo, la representación es una representación de imagen.
La representación que es una representación de imagen permite una determinación segura y fiable del nivel y turbidez del líquido, ya que la gran cantidad de datos presentes en una representación de imagen permite el uso de algoritmos de análisis de imagen complejos. Además, la gran cantidad de datos presentes en una representación de imagen permite el uso de algoritmos de reconocimiento de imágenes de autoaprendizaje.
De acuerdo con una realización de ejemplo, la circuitería de procesamiento se configura para determinar el nivel y la turbidez del líquido con base en la representación.
En la presente invención, el nivel del líquido, es decir, la cantidad de líquido presente en un volumen dado, se mide determinando la distancia entre el sistema de monitoreo y la superficie del líquido. Esta distancia se puede relacionar entonces con un valor de nivel máximo predeterminado. Este valor máximo se puede calibrar al instalar el sistema de monitoreo y puede corresponder a que la distancia entre el sistema de monitoreo y la superficie del líquido sea cero o cercana a cero. La distancia determinada también o alternativamente puede estar relacionada con un valor de nivel mínimo predeterminado del líquido (por ejemplo, sin líquido presente) que corresponde a que la distancia entre la superficie del líquido y el sistema de monitoreo está en un máximo predeterminado. Este valor de nivel mínimo o distancia máxima entre el sistema de monitoreo y la superficie del líquido se puede calibrar al instalar el sistema de monitoreo.
De acuerdo con una realización de ejemplo, la circuitería de procesamiento se configura para determinar el nivel del líquido con base en la representación.
De acuerdo con una realización de ejemplo, el detector de luz y la fuente de luz se disponen de manera que el eje óptico del detector de luz se inclina con respecto al eje óptico de la fuente de luz.
De acuerdo con una realización de ejemplo, un eje óptico del detector de luz y un eje óptico de la fuente de luz se disponen en ángulo entre sí.
De acuerdo con una realización de ejemplo, los ejes ópticos respectivos del detector de luz y la fuente de luz no son paralelos entre sí. Esto mejora la precisión de la medición de las propiedades del líquido, ya que el detector de luz puede detectar con mayor precisión la intensidad y la distribución espacial de la luz emitida desde la fuente de luz.
Se entenderá que un eje óptico es una línea a lo largo de la cual hay cierto grado de simetría rotacional en un sistema o componente óptico, por ejemplo, un detector de luz o una fuente de luz.
En una realización de ejemplo, cuando el sistema de monitoreo está en uso para medir y comunicar propiedades de un líquido, la luz emitida desde la fuente de luz se transmite a través del líquido en un ángulo de refracción que es menor que el ángulo de incidencia.
En una realización de ejemplo, un eje óptico del detector de luz se dispone en un ángulo con respecto al ángulo de refracción de la luz emitida desde la fuente de luz y transmitida a través del líquido.
Esto es para evitar que el detector de luz se disponga en paralelo con el eje óptico de la porción de la luz emitida desde la fuente de luz que se transmite a través del líquido. Disponer el detector de luz en un ángulo con respecto a este eje óptico de luz refractada permite una detección más precisa de la intensidad y la distribución espacial de la luz emitida desde la fuente de luz.
El eje óptico de la fuente de luz se puede denominar alternativamente como el eje óptico de la luz emitida desde la fuente de luz, o como el eje óptico de la luz emitida. El eje óptico de la porción de la luz emitida desde la fuente de luz que se transmite a través del líquido se puede denominar eje óptico de luz refractada.
De acuerdo con una realización de ejemplo, cuando el sistema de monitoreo se usa para medir y comunicar propiedades de un líquido, el detector de luz se dispone a una distancia de la fuente de luz en un plano geométrico que es paralelo a la superficie del líquido.
Al disponer la fuente de luz y el detector de luz a una distancia entre sí, se logra una mejor discernibilidad de la distribución espacial de la luz emitida que se ha detectado.
De acuerdo con una realización de ejemplo, el detector de luz y la fuente de luz se disponen de manera que el eje óptico del detector de luz es paralelo al eje óptico de la fuente de luz.
De acuerdo con una realización de ejemplo, el ángulo entre el eje óptico del detector de luz y el eje óptico de la fuente de luz es mayor que 2°, preferentemente mayor que 4°, más preferentemente mayor que 6°, más preferentemente mayor que 8°, más preferentemente mayor que 10°, más preferentemente mayor que 12°, más preferentemente mayor que 14°, más preferentemente mayor que 16°, o más preferentemente mayor que 18°.
De acuerdo con una realización de ejemplo, el ángulo entre el eje óptico del detector de luz y el eje óptico de la fuente de luz es menor que 40°, preferiblemente menor que 36°, más preferiblemente menor que 32°, más preferiblemente menor que 28°, más preferiblemente menor que 26°, más preferiblemente menor que 24°, más preferiblemente menor que 22°, más preferiblemente menor que 20°, más preferiblemente menor que 18°, más preferiblemente menor que 16°, más preferiblemente menor que 14°, más preferiblemente menor que 12°, más preferiblemente menor que 10°, más preferiblemente menor que 8°, o más preferiblemente menor que 6°.
De acuerdo con una realización de ejemplo, la fuente de luz se configura para emitir luz hacia la superficie del líquido con un ángulo de incidencia que es mayor de 2°, preferiblemente mayor de 4°, más preferiblemente mayor de 6°, más preferiblemente mayor de 8°, más preferiblemente mayor de 10°, más preferiblemente mayor de 12°, más preferiblemente mayor de 14°, más preferiblemente mayor de 16°, o lo más preferiblemente mayor de 18°.
De acuerdo con una realización de ejemplo, la fuente de luz se configura para emitir luz hacia la superficie del líquido en un ángulo de incidencia que es menor que 40°, preferentemente menor que 36°, más preferentemente menor que 32°, más preferentemente menor que 28°, más preferentemente menor que 26°, más preferentemente menor que 24°, más preferentemente menor que 22°, más preferentemente menor que 20°, más preferentemente menor que 18°, más preferentemente menor que 16°, más preferentemente menor que 14°, más preferentemente menor que 12°, más preferentemente menor que 10°, más preferentemente menor que 8°, o más preferentemente menor que 6°.
Al tener el ángulo entre el eje óptico del detector de luz y el eje óptico de la fuente de luz en ángulo entre sí de 2° a 40°, tal como de 2° a 10°, o al tener la fuente de luz configurada para emitir luz hacia la superficie del líquido en un ángulo de incidencia que está entre 2° y 40°, tal como de 2° a 10°, es posible una medición precisa del nivel y la turbidez del líquido. Si el ángulo es menor de 2° y la fuente de luz y el detector están dispuestos uno cerca de otro, el detector de luz puede no ser capaz de detectar con precisión cualquier diferencia significativa en la posición donde la luz emitida se cruza con la superficie del líquido que se va a medir, por lo que no es capaz de detectar niveles de líquido variables.
De acuerdo con una realización de ejemplo, el detector de luz se configura para detectar una posición en la que la luz emitida se cruza con la superficie del líquido, donde la posición se debe entender como una posición en un plano geométrico que es paralelo a la superficie del líquido.
Cuando el sistema de monitoreo está en uso para medir y comunicar el nivel y la turbidez de un líquido, la luz emitida desde la fuente de luz se transmite a través del líquido con un ángulo de refracción que es mayor de 2°, preferiblemente mayor de 4°, más preferiblemente mayor de 6°, más preferiblemente mayor de 8°, más preferiblemente mayor de 10°, más preferiblemente mayor de 12°, más preferiblemente mayor de 14°, más preferiblemente mayor de 16°, o lo más preferiblemente mayor de 18°.
Cuando el sistema de monitoreo está en uso para medir y comunicar el nivel y la turbidez de un líquido, la luz emitida desde la fuente de luz se transmite a través del líquido en un ángulo de refracción que es menor que 40°, preferiblemente menor que 36°, más preferiblemente menor que 32°, más preferiblemente menor que 28°, más preferiblemente menor que 26°, más preferiblemente menor que 24°, más preferiblemente menor que 22°, más preferiblemente menor que 20°, más preferiblemente menor que 18°, más preferiblemente menor que 16°, más preferiblemente menor que 14°, más preferiblemente menor que 12°, más preferiblemente menor que 10°, más preferiblemente menor que 8°, o más preferiblemente menor que 6°.
De acuerdo con una realización de ejemplo, la representación comprende información relacionada con la velocidad de difusión de la porción de la luz emitida que se transmite a través del líquido.
Una baja velocidad de difusión corresponde a una baja turbidez, ya que esto significa que hay menos partículas suspendidas en el líquido que pueden reflejar la luz transmitida a través del mismo. Una mayor velocidad de difusión corresponde a una mayor turbidez, ya que esto significa que hay más partículas suspendidas en el líquido que pueden reflejar la luz transmitida a través de ellas. La velocidad de difusión está relacionada con la distribución espacial de la luz emitida que se ha detectado.
De acuerdo con una realización de ejemplo, la circuitería de procesamiento se configura para determinar la velocidad de difusión de la porción de la luz emitida que se transmite a través del líquido con base en la representación.
De acuerdo con una realización de ejemplo, la información sobre la velocidad de difusión de la porción de la luz emitida que se transmite a través del líquido se puede deducir de la representación.
De acuerdo con una realización de ejemplo, la circuitería de procesamiento se configura para determinar el tamaño promedio de las partículas suspendidas en el líquido con base en la representación. Los diferentes tamaños promedio de partículas generan diferentes distribuciones espaciales e intensidades de la luz detectada, generando así diferentes representaciones. Por ejemplo, las partículas más grandes causan una difusión proporcionalmente menor en relación con la caída de intensidad de la luz que las partículas más pequeñas. De manera adicional o alternativa, el tamaño promedio de las partículas se puede determinar mediante el análisis de la distribución espacial de la luz dispersada desde el punto donde la luz se cruza con la superficie del líquido. Una menor dispersión en la superficie del líquido es indicativa de un tamaño promedio mayor de las partículas suspendidas en el mismo.
De acuerdo con una realización de ejemplo, la circuitería de procesamiento se configura para determinar la turbidez del líquido como una función de la profundidad del líquido. Por lo tanto, se pueden determinar diferentes niveles de turbidez a diferentes niveles de profundidad del líquido. En la aplicación de drenajes pluviales, esto permite que el sistema diferencie entre diferentes tipos de desbordamientos. Por ejemplo, un desbordamiento que tiene baja turbidez en la porción más superior del líquido de desbordamiento (potencialmente combinado con una alta turbidez en la porción más inferior del líquido de desbordamiento) puede requerir una respuesta diferente que un líquido de desbordamiento que tiene alta turbidez hasta el final. En aplicaciones de la industria de procesos, esto permite que el sistema, por ejemplo, mida la sedimentación y la velocidad de sedimentación de partículas suspendidas en el líquido. Esta información se puede usar entonces para controlar el proceso al que se somete el líquido.
De acuerdo con una realización de ejemplo, la representación comprende información sobre una posición donde la luz emitida se cruza con la superficie del líquido.
De acuerdo con una realización de ejemplo, el detector de luz se configura para detectar la posición en la que la luz que se ha emitido desde la fuente de luz se cruza con la superficie del líquido y para generar una representación de la intensidad y la distribución espacial de la luz emitida que se ha detectado, donde la representación comprende información sobre la posición en la que la luz emitida se cruza con la superficie del líquido.
Por lo tanto, esta representación se puede usar para correlacionar la posición en la que la luz emitida se cruza con la superficie del líquido con valores o posiciones de intersección predeterminados para diferentes niveles del líquido.
De acuerdo con una realización de ejemplo, la circuitería de procesamiento se configura para relacionar la intensidad y/o la distribución espacial de la luz emitida que se ha detectado con una ruta de referencia de transmisión a través del líquido. Por lo tanto, la turbidez y/o el nivel del líquido se pueden determinar mediante la comparación de la ruta de referencia con la intensidad detectada y/o la distribución espacial de la luz emitida. La ruta de referencia puede ser, por ejemplo, una línea recta que se extiende sin difusión desde la fuente de luz hasta la parte inferior del volumen en el que se mantiene el líquido que se va a medir. La ruta de referencia puede formar parte de una representación 3D o una representación 2D con la que se compara la intensidad detectada y la distribución espacial de la luz emitida para determinar la turbidez y/o el nivel del líquido.
De acuerdo con una realización de ejemplo, la fuente de luz se configura para emitir un haz de luz enfocado.
Al usar un haz de luz enfocado, se puede lograr una mejor discernibilidad de la distribución espacial de la luz transmitida a través del líquido. Esto permite una determinación más confiable de la turbidez y el nivel del líquido.
De acuerdo con una realización de ejemplo, la fuente de luz comprende un elemento de enfoque.
Al tener un elemento de enfoque, tal como una lente, un espejo o una configuración óptica similar, se puede lograr un haz de luz enfocado utilizando una fuente de luz omnidireccional. Como fuentes de luz omnidireccionales, por ejemplo, se pueden proporcionar led o bombillas más baratas que las fuentes de luz unidireccionales, por ejemplo, láseres, se puede lograr un sistema de monitoreo más barato al usar un elemento de enfoque para proporcionar un haz de luz enfocado.
De acuerdo con una realización de ejemplo, la fuente de luz es un láser.
El uso de un láser proporciona una precisión y confiabilidad mejoradas del sistema de monitoreo. Debido a las propiedades inherentes de un láser, se puede usar un sistema de monitoreo que usa un láser para proporcionar una determinación más precisa de la turbidez y el nivel de líquido que con otras fuentes de luz.
De acuerdo con una realización de ejemplo, la representación es una representación de imagen digital bidimensional.
Esta representación de imagen digital bidimensional define una dirección x, y una dirección y perpendicular a la dirección x. La dirección x y la dirección y definen colectivamente un plano de imagen.
Esta representación de imagen digital bidimensional puede comprender varios píxeles, donde cada píxel tiene una posición, color e intensidad de luz que corresponde a la intensidad y distribución espacial de la luz detectada.
De acuerdo con una realización de ejemplo, la circuitería de procesamiento se configura para determinar el nivel y la turbidez del líquido mediante el reconocimiento de imágenes.
El uso de algoritmos de reconocimiento de imágenes comúnmente disponibles permite que el sistema utilice retroalimentación de la ejecución de la detección y de la entrada de usuario. Por lo tanto, se puede proporcionar un sistema de monitoreo que se ha entrenado o es de autoaprendizaje. Este sistema tiene mejor precisión y confiabilidad que un sensor de escala de grises tradicional utilizado en las mediciones de turbidez.
De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un método para determinar las propiedades de un líquido, el método que comprende:
emitir luz hacia una superficie del líquido,
detectar una porción de la luz que se ha emitido hacia la superficie del líquido, después de que la porción de la luz se haya cruzado con la superficie del líquido,
generar una representación de la intensidad y la distribución espacial de la luz emitida que se ha detectado analizar la representación para determinar la turbidez del líquido.
De acuerdo con una realización de ejemplo, la luz se emite hacia la superficie del líquido en un ángulo de incidencia con respecto a la superficie del líquido, el método que comprende además:
proporcionar un detector y disponer el detector por encima de la superficie del líquido de manera que un eje óptico del detector esté en un ángulo con respecto al ángulo de incidencia.
De acuerdo con una realización de ejemplo, el método comprende además proporcionar una fuente de luz y disponer la fuente de luz por encima de la superficie del líquido.
De acuerdo con una realización de ejemplo, la representación es una representación de imagen digital, y donde la representación de imagen digital se analiza por medio de un algoritmo de reconocimiento de imágenes.
El método de acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención se puede usar con un sistema de monitoreo de acuerdo con las diferentes realizaciones del primer aspecto de la presente invención. Las ventajas descritas anteriormente para cualquiera de estas características también son válidas para el segundo aspecto de la presente invención.
Breve descripción de los dibujos
Lo anterior, así como objetos, características y ventajas adicionales de la presente invención, se entenderán mejor a través de la siguiente descripción detallada ilustrativa y no limitante de realizaciones de ejemplo de la presente invención, con referencia a las figuras anexas, donde:
La figura 1 es una vista esquemática de un sistema de monitoreo de acuerdo con una realización de ejemplo de la presente invención,
La figura 2 es una vista esquemática de un sistema de monitoreo de acuerdo con una realización de ejemplo de la presente invención,
La figura 3 es una vista esquemática de un sistema de monitoreo de acuerdo con una realización de ejemplo de la presente invención,
Las figuras 4a-d son vistas esquemáticas del sistema de monitoreo de la figura 1 que ilustran el método para determinar propiedades de un líquido.
Las figuras 5a-d son vistas esquemáticas de la representación generada por el sistema de monitoreo de la figura 1 mientras se realiza el método de las figuras 4a-d.
Descripción detallada de los dibujos
En la presente descripción detallada, las realizaciones de un sistema de monitoreo de acuerdo con la presente invención se analizan principalmente con referencia a los dibujos que muestran un sistema de monitoreo en uso para medir y comunicar propiedades del agua en un drenaje pluvial, así como porciones que son relevantes en relación con varias realizaciones de la invención. Se debe señalar que esto de ninguna manera limita el alcance de la invención, que también es aplicable en otras circunstancias, por ejemplo, con otros tipos o variantes de sistemas de monitoreo que no sean las realizaciones mostradas en los dibujos adjuntos, tal como un sistema de monitoreo para medir y comunicar propiedades de un líquido en un paso de un proceso de fabricación, proceso de tratamiento o proceso de producción. Además, que se mencionen características específicas en relación con una realización de la invención no significa que esos componentes no se puedan usar de manera ventajosa junto con otras realizaciones de la invención.
La invención ahora se describirá de forma más detallada a modo de ejemplo por medio de realizaciones y con referencia a las figuras anexas.
La figura 1 es una vista esquemática de un sistema de monitoreo 1 de acuerdo con una realización de ejemplo de la presente invención. El sistema de monitoreo 1 que se muestra en la figura 1 está en uso para medir y comunicar los niveles y la turbidez del agua 901 en un drenaje de aguas pluviales 903, y comprende una fuente de luz 101 y un detector 103, ambos dispuestos en un alojamiento 107 configurado para protegerlos de la contaminación por el agua que se va a medir. El alojamiento 107, con la fuente de luz 101 y el detector 103 dispuestos en el mismo, se monta cerca de la parte superior del drenaje de aguas pluviales 903, por encima de la superficie del agua 901 contenida en el mismo. El drenaje de aguas pluviales 903 comprende una tubería de escorrentía 905 para evitar que el agua pluvial 901 salga del drenaje de aguas pluviales 903 a través de la abertura superior del mismo. Por lo tanto, el sistema de monitoreo 1 que se muestra en la figura 1 se puede usar para detectar, rastrear y registrar el número y la frecuencia de desbordamientos a través de la tubería de escorrentía 905.
La fuente de luz 101 mostrada en la figura 1 se configura para emitir un haz de luz enfocado 109, ilustrado por la línea discontinua que se extiende desde la misma. La fuente de luz 101 se monta en el alojamiento 107 en un ángulo 111 con respecto a un plano horizontal, de manera que el haz de luz 109 emitido desde la misma se cruza con la superficie del agua 901 en un ángulo de incidencia. También son concebibles otros ángulos de incidencia distintos de los que se ilustran, como se describe en relación con las diversas realizaciones de la presente invención. Después de que se cruza con la superficie del agua 901, el haz de luz 109 continúa hacia abajo a través del agua 901, difundiéndose continuamente debido a las partículas 907 suspendidas en el agua 901, hasta que se cruza con el fondo 909 del drenaje de aguas pluviales 903.
El detector 103 mostrado en la figura 1 se monta sobre el alojamiento 107 orientado hacia abajo, en un ángulo perpendicular con respecto al plano horizontal. El detector 103 tiene un campo de visión de modo que se ve toda el ancho del drenaje de aguas pluviales 903, lo que permite la detección del haz de luz 109 que se cruza con la superficie del agua 901 a diversos niveles de agua. El detector 103 mostrado en la figura 1 es una cámara dispuesta para registrar la luz emitida desde la fuente de luz 101 y reflejada por la superficie de agua 901' y las partículas 907 suspendidas en el agua 901, y para generar una imagen 501 con base en esta luz registrada.
El detector 103 y la fuente de luz 101 se montan en el alojamiento 107 a una distancia d entre sí, para mejorar aún más la discernibilidad de la ruta a lo largo de la cual se transmite el haz de luz 109 a través del agua 901. Al incrementar la distancia d entre la fuente de luz 101 y el detector 103, el detector 103 puede detectar más fácilmente la luz que se ha emitido desde la fuente de luz 101 y transmitida a través del líquido 901, de modo que se puede generar una representación de imagen digital 501 de la intensidad y la distribución espacial de la luz emitida que se ha detectado.
Los ejes ópticos de la fuente de luz 101 y el detector 103, ilustrados en la figura 1 por la línea discontinua 109 y la línea discontinua 113, respectivamente, están dispuestos en un ángulo 115 entre sí. Esto permite que el detector 103 vea la ruta a lo largo de la cual se transmite el haz de luz enfocado 109 a través del agua 901. Esto permite la detección de diferentes niveles de agua y la turbidez en cada nivel. Esto se explicará adicionalmente en relación con las figuras 4a-d.
El sistema de monitoreo 1 de la figura 1 comprende además circuitería de procesamiento 105 configurada para determinar el nivel y la turbidez del agua 901 en el drenaje de aguas pluviales 903 con base en la imagen 501 generada por el detector 103. La circuitería de procesamiento 105 está dispuesta en comunicación con el detector 103. En la figura 1, esto se ilustra como una conexión alámbrica 117. Sin embargo, también son concebibles conexiones inalámbricas, como se describe en relación con las diversas realizaciones de la presente invención.
La figura 2 es una vista esquemática de un sistema de monitoreo 1' de acuerdo con una realización de ejemplo de la presente invención. A diferencia del sistema de monitoreo 1 de la figura 1, el sistema de monitoreo 1' mostrado en la figura 2 comprende un detector 103 que se monta en el alojamiento 107 en un ángulo 111' con respecto a un plano horizontal, de manera que el eje óptico 113 del mismo se puede cruzar con la superficie del agua en un ángulo de incidencia cuando el sistema 1' está en uso. También son concebibles otros ángulos de incidencia distintos de los que se ilustran, como se describe en relación con las diversas realizaciones de la presente invención. Además, la fuente de luz 101 mostrada en la figura 2 se monta sobre el alojamiento 107 orientado hacia abajo, en un ángulo perpendicular con respecto a la superficie 901' del agua. En otras palabras, en lugar de tener un detector alineado verticalmente 103 y una fuente de luz en ángulo 101, el sistema de monitoreo 1' de la figura 2 tiene una fuente de luz alineada verticalmente 101 y un detector en ángulo 103. Por lo tanto, se logra sustancialmente el mismo efecto de monitoreo con una configuración diferente de las partes constituyentes del sistema de monitoreo 1'.
La figura 3 es una vista esquemática de un sistema de monitoreo 1" de acuerdo con una realización de ejemplo de la presente invención. A diferencia de los sistemas de monitoreo 1, 1' de la figura 1-2, el sistema de monitoreo 1'' mostrado en la figura 2 comprende un detector 103 y una fuente de luz 101 que se montan en el alojamiento 107 de manera que ambos se orientan hacia abajo, en un ángulo perpendicular con respecto a la superficie del agua 901'. Como las realizaciones anteriores mostradas en las figuras 1-2, el detector 103 y la fuente de luz 101 están dispuestos a una distancia entre sí de manera que hay un ángulo entre una porción periférica del campo de visión del detector 103 y el eje óptico 109 de la fuente de luz 101. Por lo tanto, el detector de luz 103 puede detectar diferencias en la posición en la que la luz emitida 109 se cruza con la superficie 901' del líquido que se va a medir, pudiendo así detectar niveles de líquido variables, aunque el detector 103 y la fuente de luz 101 que están montados en el alojamiento 107 de manera que ambos están orientados hacia abajo.
Las figuras 4a-d son vistas esquemáticas del sistema de monitoreo 1 de la figura 1 que ilustran el método para determinar propiedades de un líquido. El nivel del líquido 901, es decir, la cantidad de líquido 901 presente en un volumen dado, se mide determinando la distancia entre el sistema de monitoreo 1 y la superficie 901' del líquido 901. Esta distancia se relaciona entonces con un valor de nivel máximo predeterminado. Este valor máximo se calibra tras instalar el sistema de monitoreo 1 y corresponde a que la distancia entre el sistema de monitoreo 1 y la superficie 901' del líquido 901 sea cero o cercana a cero.
Como se ha descrito en relación con la figura 1, el sistema de monitoreo 1 está en uso para medir y comunicar los niveles y la turbidez del agua 901 en un drenaje de aguas pluviales 903, y comprende una fuente de luz 101 y un detector 103, ambos dispuestos en un alojamiento 107 configurado para protegerlos de la contaminación por el agua 901 que se va a medir. La fuente de luz 101 se dispone para emitir luz 109 en un ángulo de incidencia hacia la superficie 901' del agua 901, en la que el haz de luz enfocado 109 se cruza con la superficie 901' y se refracta de manera que continúa a través del líquido 901 en un ángulo de refracción. El detector 103 se dispone directamente por encima de la superficie 901' del agua 901 y un eje óptico 113 del mismo se dispone en ángulo tanto con el ángulo de incidencia como con el ángulo de refracción.
La figura 4a muestra el sistema de monitoreo 1 de la figura 1, cuando está en uso para medir el nivel y la turbidez del agua 901 en un drenaje de aguas pluviales 903. El nivel de agua en el drenaje de aguas pluviales 903 en la figura 4a está a un nivel tal que se desborda a través de la tubería de escorrentía 905 conectada al drenaje de aguas pluviales 903. El agua 901 más cercana a la superficie 901' comprende pocas o ninguna partícula suspendida 907, en tanto que el agua 901 más cercana al fondo 909 del drenaje de aguas pluviales 903 comprende una mayor concentración de partículas 907. El haz de luz enfocado 109 emitido desde la fuente de luz 101 se cruza con la superficie 901' del agua 901, se refracta de este modo y, después de eso, se transmite a través del agua 901 hacia el fondo 909 del drenaje de aguas pluviales 903. El detector 103 detecta una porción de la luz 109 que se ha emitido hacia la superficie 901' del líquido 901, después de que esta porción de la luz 109 se haya cruzado con la superficie 901' del líquido 901 y genere una representación de imagen digital 501 basada en la luz 109 así detectada.
La figura 5a muestra una vista esquemática de la representación de imagen digital 501 generada por el sistema de monitoreo 1 de la figura 1 mientras se realiza el método descrito en relación con la figura 4a. La representación de imagen digital 501 comprende un punto 503 correspondiente a una posición en la que el haz de luz enfocado 109 se cruza con la superficie del agua, y un punto 505 correspondiente al eje óptico 113 del detector 103. La representación de imagen digital 501 comprende además una línea 507 que representa la ruta a lo largo de la cual se transmite el haz de luz enfocado a través del líquido 901. Las posiciones más cercanas al lado izquierdo de la imagen 501 corresponden a posiciones más cercanas a la superficie 901' del agua 901, en tanto que las posiciones más cercanas al lado derecho corresponden a posiciones más cercanas al fondo 909 del drenaje de aguas pluviales 903. A medida que la densidad de las partículas suspendidas 907 incrementa en una dirección descendente, la línea 507 se ensancha. Esto se debe a que la luz emitida se dispersa por las partículas 907 suspendidas en el líquido 901. De este modo, la información relacionada con la velocidad de difusión de la luz que se transmite a través del líquido 901 se puede deducir a través de la representación de imagen digital 501. Una baja tasa de difusión, tal como se ve en la porción izquierda de la imagen 501, corresponde a una baja turbidez, tal como en las porciones superiores del agua 901 contenida en el drenaje de aguas pluviales 903.
La circuitería de procesamiento 105 analiza la representación 501 generada por el detector 103 con el fin de determinar la turbidez y el nivel del líquido 901. La ubicación del punto 503 correspondiente a la posición en la que el haz de luz enfocado se cruza con la superficie 901' del agua 901 se usa para determinar el nivel del agua 901, en tanto que la distribución espacial de la línea 507 que se extiende desde allí, correspondiente a la ruta del haz de luz 109 a medida que se transmite a través del agua 901, se usa para determinar la turbidez del agua 901. Este análisis se realiza mediante software y algoritmos de reconocimiento de imágenes, comparando la representación de imagen digital 501 generada con una base de datos de casos conocidos para diferentes niveles y magnitudes de turbidez de un líquido.
La figura 4b muestra el sistema de monitoreo de la figura 1, cuando está en uso para medir el nivel y la turbidez del agua 901 en un drenaje de aguas pluviales 903. El nivel de agua en el aguas pluviales 903 en la figura 4b está a un nivel por debajo del de la figura 4a, de tal manera que no se desborda a través de la tubería de escorrentía 905 conectada al aguas pluviales 903. Al igual que la situación ilustrada en la figura 4a, el agua 901 más cercana a la superficie 901' comprende pocas o ninguna partícula suspendida 907, en tanto que el agua 901 más cercana al fondo 909 del drenaje de aguas pluviales 903 comprende una mayor concentración de partículas 907.
La figura 5b muestra una vista esquemática de la representación de imagen digital 501' generada por el sistema de monitoreo 1 de la figura 1 mientras se realiza el método descrito en relación con la figura 4b. La representación de imagen digital 501' comprende un punto 503 correspondiente a una posición en la que el haz de luz enfocado 109 se cruza con la superficie 901' del agua 901. En la figura 5b, este punto 503 está ubicado más hacia el lado derecho que el mismo punto 503 en la figura 5a. Esto corresponde a que el nivel de agua es menor en la figura 4b que en la figura 4a. Además, la línea 507 que representa la ruta a lo largo de la cual se transmite el haz de luz enfocado 109 a través del líquido 901 tiene una porción más corta que corresponde a una baja turbidez que la línea mostrada en la figura 5a.
La figura 4c muestra el sistema de monitoreo 1 de la figura 1, cuando está en uso para medir el nivel y la turbidez del agua 901 en un drenaje de aguas pluviales 903. El nivel de agua en el agua pluvial 903 en la figura 4c está a un nivel por debajo de aquel de la figura 4b. A diferencia de la situación ilustrada en la figura 4b, el agua 901 más cercana a la superficie 901' comprende partículas suspendidas 907. El agua 901 más cercana al fondo 909 del drenaje de aguas pluviales 903 comprende una concentración aún mayor de partículas 907.
La figura 5c muestra una vista esquemática de la representación de imagen digital 501" generada por el sistema de monitoreo 1 de la figura 1 mientras se realiza el método descrito en relación con la figura 4c. La representación de imagen digital 501" comprende un punto 503 correspondiente a una posición en la que el haz de luz enfocado 109 se cruza con la superficie 901' del agua 901. En la figura 5c, este punto 503 está ubicado más hacia el lado derecho que el mismo punto 503 en la figura 5b. Esto corresponde a que el nivel de agua es menor en la figura 4c que en la figura 4b. Además, la porción más a la izquierda de la línea 507 que representa la ruta a lo largo de la cual se transmite el haz de luz enfocado 109 a través del líquido 901 es más ancha que la porción más a la izquierda de la línea 507 mostrada en la figura 5b. Esto corresponde a que la turbidez es mayor en la superficie 901' del agua 901 en la situación ilustrada en la figura 4c que en la situación ilustrada en la figura 4b.
La figura 4d muestra el sistema de monitoreo 1 de la figura 1, cuando está en uso para medir el nivel y la turbidez del agua 901 en un drenaje de aguas pluviales 903. El nivel de agua en el agua pluvial 903 en la figura 4d está a un nivel por debajo de aquel de la figura 4c. Al igual que la situación ilustrada en la figura 4c, el agua 901 más cercana a la superficie 901' comprende partículas suspendidas 907.
La figura 5d muestra una vista esquemática de la representación de imagen digital 510" generada por el sistema de monitoreo 1 de la figura 1 mientras se realiza el método descrito en relación con la figura 4d. La representación de imagen digital 501" comprende un punto 503 correspondiente a una posición en la que el haz de luz enfocado 109 se cruza con la superficie 901' del agua 109. En la figura 5d, este punto 503 está ubicado más hacia el lado derecho que el mismo punto 503 en la figura 5c. Esto corresponde a que el nivel de agua es menor en la figura 4d que en la figura 4c. Además, la porción más a la izquierda de la línea 507 que representa la ruta a lo largo de la cual se transmite el haz de luz enfocado 109 a través del líquido 901 es más ancha que la porción más a la izquierda de la línea 507 mostrada en la figura 5c. Esto corresponde a que la turbidez es mayor en la superficie 901' del agua 901 en la situación ilustrada en la figura 4d que en la situación ilustrada en la figura 4c.
En general, todos los términos utilizados en las reivindicaciones se deben interpretar de acuerdo con su significado ordinario en el campo técnico, a menos que se defina explícitamente lo contrario en la presente. Todas las referencias a "un/una/el [elemento, dispositivo, componente, medio, paso, etc.]" se deben interpretar abiertamente como referencias a al menos un caso de ese elemento, dispositivo, componente, medio, paso, etc., a menos que se indique explícitamente lo contrario. Además, cualquier signo de referencia en las reivindicaciones no se debe interpretar como que limita el alcance.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de monitoreo (1, 1', 1") para medir y comunicar propiedades de un líquido (901), donde el sistema de monitoreo (1, 1', 1"') se configura para disponerse en una posición montada por encima y a una distancia de una superficie (901') del líquido (901), y donde el sistema de monitoreo (1, 1', 1"') comprende:
una fuente de luz (101) configurada para emitir luz hacia la superficie (901') del líquido (901) a lo largo de un eje óptico (109), de modo que al menos una porción de la luz se transmite a través del líquido (901), donde la fuente de luz (101) se configura para emitir un haz de luz enfocado (109),
un detector de luz (103) configurado para detectar la luz que se ha emitido desde la fuente de luz (101), reflejada por la superficie del líquido y transmitida a través del líquido (901) y para generar una representación de imagen (501, 501', 501”) de la intensidad y la distribución espacial de la luz detectada, y
una circuitería de procesamiento (105) que se configura para determinar la turbidez del líquido (901) con base en la representación de imagen (501) y donde la representación de imagen (501, 501', 501") se analiza por medio de un algoritmo de reconocimiento de imágenes.
2. Un sistema de monitoreo (1, 1', 1") de acuerdo con la reivindicación 1, donde la circuitería de procesamiento (105) se configura para determinar el nivel y la turbidez del líquido (901) con base en la representación de imagen (501,501', 501").
3. Un sistema de monitoreo (1, 1', 1'') de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el detector de luz (103) y la fuente de luz (101) están dispuestos de manera que un eje óptico (113) del detector de luz (103) está inclinado con respecto a un eje óptico (109) de la fuente de luz (101).
4. Un sistema de monitoreo (1, 1', 1") de acuerdo con la reivindicación 3, donde el ángulo entre el eje óptico (113) del detector de luz (103) y el eje óptico (109) de la fuente de luz (101) es mayor de 2°, preferiblemente mayor de 4°, lo más preferiblemente mayor de 6°.
5. Un sistema de monitoreo (1, 1', 1") de acuerdo con la reivindicación 3, donde el ángulo entre el eje óptico (113) del detector de luz (103) y el eje óptico (109) de la fuente de luz (101) es menor que 14°, preferiblemente menor que 12°, lo más preferiblemente menor que 10°.
6. Un sistema de monitoreo (1, 1', 1"') de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la representación (501, 501', 501"') comprende información relacionada con la velocidad de difusión de la porción de la luz emitida que se transmite a través del líquido (901).
7. Un sistema de monitoreo (1, 1', 1'') de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la representación (501,501', 501 '') comprende información sobre una posición donde la luz emitida se cruza con la superficie (901') del líquido (901).
8. Un sistema de monitoreo (1, 1', 1") de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la fuente de luz (101) es un láser.
9. Un sistema de monitoreo (1, 1', 1") de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la representación (501, 501', 501") es una representación de imagen digital bidimensional.
10. Un sistema de monitoreo (1, 1', 1") de acuerdo con la reivindicación 1, donde el detector de luz (103) y la fuente de luz (101) están dispuestos a una distancia entre sí en un plano geométrico que es paralelo a la superficie del líquido de manera que hay un ángulo entre una porción periférica de un campo de visión del detector de luz (103) y el eje óptico (109) de la fuente de luz (101).
11. Un método para determinar propiedades de un líquido (901), que comprende:
emitir luz, por medio de una fuente de luz (101) configurada para emitir un haz de luz enfocado (109), desde por encima de una superficie (901') del líquido (901) hacia la superficie (901') del líquido (901),
detectar, por medio de un detector de luz (103), desde por encima de la superficie del líquido (901) una porción de la luz que se ha emitido hacia la superficie (901') del líquido (901), después de que la porción de la luz se haya reflejado por la superficie (901') del líquido y se haya transmitido a través del líquido,
generar una representación de imagen (501, 501', 501") de la intensidad y la distribución espacial de la luz detectada y analizar la representación de imagen (501, 501', 501") para determinar la turbidez del líquido (901) por medio de un algoritmo de reconocimiento de imágenes.
12. Un método de acuerdo con la reivindicación 11, donde la luz se emite hacia la superficie (901') del líquido (901) en un ángulo de incidencia con respecto a la superficie (901') del líquido (901), el método que comprende además: proporcionar un detector (103) y disponer el detector (103) por encima de la superficie (901') del líquido (901) de manera que un eje óptico (113) del detector (103) esté en un ángulo con respecto al ángulo de incidencia.
13. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11-12, que comprende además: proporcionar una fuente de luz (101) y disponer la fuente de luz (101) por encima de la superficie (901') del líquido (901).
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