ITMI20001210A1 - Apparato per la rivelazione in continuo di oli su superfici acquose mediante riflessione superficiale. - Google Patents
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Description
La presente invenzione si riferisce ad un apparato per la rivelazione in continuo di oli presenti su superfici acquose mediante riflessione superficiale.
Sono generalmente note tecniche per la rivelazione di inquinamento delle acque mediante l'individuazione di composti oleosi che possono arrecare danno all'ambiente, portando ad un'alterazione della qualità dell'acqua ed ad un'alterazione dei processi di scambio dell'ossigeno con conseguenze dannose sulla vita acquatica.
Queste tecniche vengono adoperate in diversi casi, come ad esempio il monitoraggio delle acque di scarico di impianti industriali, il controllo della qualità delle acque destinate alla potabilizzazione, il monitoraggio delle acque di dilavamento provenienti dalle aree aeroportuali.
Le sostanze oleose sono preferibilmente distribuite sulla superficie dell'acqua in funzione della loro diversa densità è ciò comporta l'utilizzo di tecniche di analisi che sondino l'interfaccia fra i due mezzi. Il parametro "idrocarburi totali" risulta essere esplicitamente indicato nella vigente normativa relativa agli scarichi delle acque (DLgs n° 152 in data 11 maggio 1999). La sua determinazione presuppone l'utilizzo di tecniche di analisi semplici, rapide, economiche ed affidabili, possibilmente in continuo ed in automatico.
Una tecnica per la rivelazione degli oli superficiali deVe avere le seguenti caratteristiche:
- possibilità di effettuare misure ad elevata frequenza o in continuo per rivelare tempestivamente la presenza di oli;
- semplicità di funzionamento per poter essere applicata affidabilmente su qualsiasi tipo di impianto;
- basso impatto ambientale;
- sensibilità sufficiente per consentire la rivelazione di film sottili di oli sulla superficie delle acque;
- ridotta manutenzione;
- possibilità di eliminare falsi segnali positivi derivanti dalla presenza di componenti superficiali di diversa natura (foglie, detriti, etc);
- ridotta influenza di parametri esterni come l'altezza e l'agitazione della superficie delle acque e la riflessione della luce solare;
- possibilità di trasmissione di segnali di allarme in caso di superamento di valori di soglia prefissati.
Gli strumenti e le tecniche attualmente in uso per la rivelazione superficiale di oli sono essenzialmente di due tipi:
- a riflessione, che prevede la misura della variazione dell'intensità di una radiazione in presenza di uno strato di olio presente in superficie;
- a fluorescenza, che prevede la misura della fluorescenza emessa dallo strato di olio eccitato da un raggio di luce di opportuna lunghezza d’onda.
In entrambi i casi lo strumento non entra in contatto con la superficie dell'acqua.
Gli strumenti a riflessione sono generalmente i più utilizzati; la radiazione da essi emessa per la rivelazione di oli può essere perpendicolare alla superficie dell'acqua ed in tal caso gli strumenti vengono posizionati ad una distanza fissa dalla superficie acquosa compresa in un intervallo variabile da alcune decine di centimetri a qualche metro, o può formare con la stessa superficie un angolo diverso da un angolo retto ed in tal caso gli strumenti risentono maggiormente dell influenza del livello dell'acqua e devono adottare degli accorgimenti per compensare questo svantaggio.
In vista dello stato della tecnica descritto, scopo della presente invenzione è quello di presentare un apparato per la rivelazione in continuo di oli su superfici acquose mediante riflessione superficiale che sia esente dall'inconveniente suddetto.
In accordo con la presente invenzione, tale scopo viene raggiunto mediante un apparato per la rivelazione in continuo di oli su una superficie acquosa, comprendente almeno una sorgente luminosa che invia un raggio luminoso con una data lunghezza d’onda lungo una prima direzione inclinata rispetto a detta superficie acquosa, un dispositivo di rivelazione munito di almeno un mezzo di ricezione posizionato in modo da ricevere la radiazione luminosa riflessa da detta superficie acquosa lungo una seconda direzione simmetrica rispetto alla prima, un sistema di acquisizione ed elaborazione di dati provenienti da detto dispositivo di rivelazione, caratterizzato dal fatto che detta sorgente luminosa e detto mezzo di ricezione sono disposti su una piattaforma galleggiante posizionata su boe in modo da trovarsi ad una distanza sostanzialmente fissa da detta superficie acquosa.
Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione pratica, illustrata a titolo di esempio non limitativo negli uniti disegni, nei quali:
la figura 1 è una vista schematica di un apparato per la rivelazione in continuo di oli secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;
la figura 2 è uno schema a blocchi dell'apparato di figura 1 ;
la figura 3 è una sezione secondo un piano verticale di un esempio realizzativo dei dispositivi di eccitazione e di ricezione di onde luminose di figura 1 ;
la figura 4 è uno schema di una parte dell'apparato secondo una variante alla forma di realizzazione di figura 1 ;
la figura 5 è una vista dall'alto dell'apparato di figura 1 disposto su una piattaforma.
Con riferimento alla figura 1 è mostrato un apparato 1 di rivelazione di oli in continuo su una superficie acquosa 50 secondo una forma di realizzazione dell'invenzione. L'apparato 1 comprende un apparecchio 100 costituito da un dispositivo di eccitazione 2 ed un dispositivo di rivelazione 3 disposti su una piattaforma 4 (figura 5) posta ad una distanza costante dalla superficie dell'acqua mediante boe 5, a loro volta disposte ad una distanza sufficiente dal punto di misura per non alterare le caratteristiche fisiche del campione. II dispositivo di eccitazione 2 invia un fascio luminoso obliquo con una data lunghezza d'onda e modulato sulla superficie dell'acqua, che riflette in modo simmetrico la radiazione luminosa in una percentuale dipendente dagli indici di rifrazione dei mezzi aria-olio-acqua, radiazione che viene rivelata dal dispositivo di rivelazione 3. Quest'ultimo registra dati sotto forma di segnali elettrici diversi a seconda della presenza di oli in superficie e li invia ad un sistema di acquisizione ed elaborazione dati 6, mostrato in figura 2, che registra e immagazzina questi dati.
Il dispositivo di eccitazione 2 è costituito da un diodo laser in grado di emettere un raggio di diametro dell'ordine del millimetro con una potenza dell'ordine dei milliwatt e, ad esempio, con una frequenza di 10 Hz mediante applicazione di un'onda quadra con lunghezza d’onda di 670 nm.
Il dispositivo di rivelazione 3, meglio mostrato a titolo di esempio in figura 3, comprende componenti ottici posizionati rispetto al raggio incidente in modo da poter raccogliere la luce riflessa anche per variazioni dell'angolo di incidenza di circa ± 14°. Il dispositivo di rivelazione 3 comprende un fotodiodo al silicio 10 sensibile alla radiazione riflessa ed avente un'area sensibile 11 di 100 rum , che è preceduto nella direzione di arrivo della radiazione riflessa, da un dispositivo in grado di filtrare la luce solare che comprende due lenti 7 e 8 ed un filtro interferenziale 9, atto a filtrare la luce solare, disposto fra le due lenti 7 e 8 ed avente un diametro di 50 mm ed un FWHM (Full Width Half Maximum) di 10 nm. Il dispositivo di rivelazione 3 comprende anche un dispositivo ottico 12 in grado di impedire la formazione di condensa sulle lenti 7 e 8, esemplificativamente costituito da una resistenza elettrica 40 munita di un termostato di regolazione 41, visibile in figura 2.
Il fotodiodo 10, le lenti 7 e 8, il filtro 9 e il dispositivo ottico 12 sono disposti all’interno di un corpo 13 collegato tramite una flangia 14 ad un corpo centrale 15; allo stesso corpo centrale 15 è collegato il diodo laser 2 mediante una flangia 16. L'apparecchio 100 è disposto all'interno di un corpo cilindrico cavo 17 munito di un coperchio 18 per proteggerlo dagli agenti atmosferici. Il diodo laser 2 ed il dispositivo di rivelazione 3 sono progettati in modo da funzionare per angoli non ortogonali alla piattaforma 4, ad esempio a 30°.
Il sistema di acquisizione ed elaborazione dati 6 comprende una scheda di acquisizione dati 20 disposta all'intemo di un'interfaccia 21 capace di scambiare dati con un computer 22. Quest'ultimo comprende un sistema di elaborazione 23 dei dati provenienti dall'interfaccia 21 ed un display 24 per la visualizzazione dei dati elaborati. La scheda 20 acquisisce segnali analogici provenienti dal dispositivo rivelatore 3 e passanti attraverso un filtro passa basso 25 a 115 Hz ed invia segnali analogici al diodo laser 2 per pilotarne la modulazione.
L'interfaccia 21 comprende anche alimentatori 31 e 32 in continua, per esempio a 15 V e a -15 V il 31 e a 24 V il 32, in modo da alimentare sia il diodo laser 2 che il dispositivo di rivelazione 3 con l'alimentatore 31, e per alimentare la resistenza elettrica 40 mediante l'alimentatore 32. L'interfaccia 21 e l'apparecchio 100 sono collegati tramite connettori BNC e multipolari.
L'apparato 1 comprende anche un dispositivo di allarme 60 acustico o luminoso (led) o elettronico situato nel computer 22 ed interfacci ab ile con eventuali sistemi di controllo del processo; tale dispositivo di allarme viene attivato una volta che il valore di uno dei dati rivelati supera una soglia prefissata.
La piattaforma 4 è costituita da un materiale poco riflettente e di dimensioni tali da schermare il dispositivo di rivelazione 3 dalla luce solare.
L'apparato 1 secondo l’invenzione consente di rivelare la presenza di oli in superficie ad uno spessore minimo teorico di 10 nm.
Al fine di migliorare la qualità della misura è possibile, secondo una variante della forma di realizzazione dell'invenzione descritta, estendere l’area di indagine effettuando n punti di misura. In tal caso la trasmissione del segnale ottico sia in eccitazione che in ricezione viene realizzata mediante l’utilizzo di fibre ottiche ma il processo di elaborazione del segnale segue lo stesso iter della prima forma di realizzazione. L’apparato 1 comprende un altro tipo di apparecchio 200, come visibile in figura 4, in cui il diodo laser 2 è collegato ad un interruttore ottico 201 ad un ingresso ed n uscite che consente di inviare il fascio laser in sequenza in n fibre ottiche 300 terminate all’altra estremità con opportune lenti. Il dispositivo di rivelazione 3 può essere costituito da un unico fotodiodo 10 collegato alle estremità delle n fibre ottiche di ricezione 600, o in alternativa può essere costituito da n fotodiodi 10 che sostituiscono le n fibre ottiche 600. In ogni caso il dispositivo di rivelazione 3 è collegato con il sistema di acquisizione ed elaborazione dati 6 descritto precedentemente. Con tale apparecchio 200 è possibile effettuare più rilevamenti in punti diversi con conseguente migliore definizione del grado di inquinamento delle acque. Inoltre i componenti elettroottici sono separati dal punto di misura dato che solo le estremità delle fibre ottiche 300 e 600 sono disposte nella piattaforma galleggiante 4, e precisamente su un supporto 401 lungo un foro rettangolare 400 della piattaforma. Il superamento del segnale di soglia viene stabilito sulla base del confronto degli n segnali provenienti dalle n fibre 600 con rispettivi valori di soglia secondo criteri prefissati. La modalità di allarme rimane quella precedentemente descritta.
Preferibilmente le n fibre ottiche 300 sono fibre ottiche multimodo e l’area sensibile 11 del fotodiodo 10 del dispositivo di rivelazione 3, utilizzato nella variante alla forma di realizzazione dell'invenzione sopra descritta, è dell'ordine di 100 mm<2>.
L’apparato 1 delle due forme di realizzazioni descritté presenta:
una sensibilità adeguata a rilevare la presenza di oli anche in strati molto sottili, dello stesso ordine di grandezza di quelli percettibili all’occhio umano come iridescenza superficiale, in modo da poter risolvere controversie che possono nascere dall’osservazione di possibili fenomeni di inquinamento superficiale da oli,
una robustezza costruttiva ed una dipendenza nulla dalle condizioni ambientali che la rendono adatta all’uso anche in condizioni critiche,
un’indipendenza dalla variazione del livello della superficie dell’acqua mediante la connessione della piattaforma a boe che non influiscono sul flusso di possibili chiazze oleose,
un’assenza di taratura e di interferenza positiva dovuta alla presenza di corpi estranei galleggianti,
un’attendibilità ed affidabilità della misura ed una economicità realizzativa per l’utilizzo di componentistica non sofisticata ma idonea a garantire le prestazioni attese,
assenza dei fenomeni di sporcamente e di condensazione superficiale sulle parti ottiche grazie all’approccio non invasivo della misura ed alla presenza di un dispositivo di riscaldamento a resistenza.
Claims (15)
- RIVENDICAZIONI 1. Apparato per la rivelazione in continuo di oli su una superficie acquosa (50), comprendente almeno una sorgente luminosa (2; 2, 300) che invia un raggio luminoso con una data lunghezza d’onda lungo una prima direzione inclinata rispetto a detta superficie acquosa (50), un dispositivo di rivelazione (3) munito di almeno un mezzo di ricezione (3; 3, 600) posizionato in modo da ricevere la radiazione luminosa riflessa da detta superficie acquosa (50) lungo una prima direzione simmetrica alla prima, un sistema di acquisizione ed elaborazione di dati (6) provenienti da detto dispositivo di rivelazione (3), caratterizzato dal fatto che detta sorgente luminosa (2; 2, 300) e detto mezzo di ricezione (3; 3, 600) sono disposti su una piattaforma galleggiante (4) posizionata su boe (5) in modo da trovarsi ad una distanza sostanzialmente fissa da detta superficie acquosa (50).
- 2. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta almeno una sorgente luminosa (2) è un diodo laser posto su detta piattaforma (4).
- 3. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta almeno una sorgente luminosa (2, 300) è composta da n fibre ottiche (300) con estremità di ingresso collegate ad un diodo laser (2) esterno alla piattaforma (4) ed estremità di uscita fissate sulla piattaforma (4).
- 4. Apparato secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che dette estremità di ingresso delle n fibre ottiche (300) sono collegate a detto diodo laser (2) mediante un interruttore ottico (201).
- 5. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto almeno un mezzo di ricezione (3) è un fotodiodo (10) disposto su detta piataforma (4).
- 6. Apparato secondo le rivendicazioni 5, caratterizzato dal fatto che deto dispositivo di rivelazione (3) comprende un dispositivo ottico che precede detto fotodiodo (10) nella direzione di arrivo della radiazione riflessa, detto dispositivo otico costituito da un filtro interferenziale (9) interposto tra due lenti focali (7, 8), detto filtro (9) avendo il compito di filtrare la luce solare.
- 7. Apparato secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo rivelatore (3) comprende un dispositivo di riscaldamento a resistenza (12) capace di impedire la formazione di condensa su dette lenti focali (7, 8).
- 8. Apparato secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto fotodiodo (10) ha un'area sensibile (11) sostanzialmente uguale a 100 mm<2 >.
- 9. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fato che deto almeno un mezzo di ricezione (3, 600) è composto da n fibre ottiche di ricezione (600) con estremità di uscita collegate ad almeno un fotodiodo (10) esterno alla piattaforma (4) ed estremità di ingresso fissate sulla piattaforma (4).
- 10. Apparato secondo la rivendicazione 9, caraterizzato dal fatto che dete estremità di uscita delle n fibre ottiche (600) di ricezione sono collegate ad un unico fotodiodo (10).
- 11. Apparato secondo la rivendicazione 9, caraterizzato dal fatto che detto almeno un mezzo di ricezione (3, 600) è composto da n fotodiodi (10).
- 12. Apparato secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detto almeno un fotodiodo (10) ha un'area sensibile (11) dell’ordine di 100 mm<2>.
- 13. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto sistema di acquisizione ed elaborazione di dati (6) comprende un sistema di allarme (60) che viene attivato una volta che il valore di uno di detti dati provenienti dal dispositivo di rivelazione (3) supera una soglia prefissata.
- 14. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette boe (5) sono disposte in modo da non impedire il naturale scorrimento dell'acqua e delle eventuali chiazze di olio da rilevare.
- 15. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta piattaforma (4) è costituita da un materiale poco riflettente ed ha dimensioni tali da schermare detto dispositivo di rivelazione (3) dalla luce solare.
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