ITRM20110029A1 - COLORIMETRIC ANALYZER OF WATER SOLUTIONS (ACSA) - Google Patents
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Description
Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo: ANALIZZATORE COLORIMETRICO DI SOLUZIONI ACQUOSE Description of the industrial invention entitled: COLORIMETRIC ANALYZER OF WATER SOLUTIONS
(ACSA); (ACSA);
RIASSUNTO SUMMARY
Un apparato con sistema autopulente per l'analisi colorimetrica in linea, consente di eseguire un monitoraggio in tempo reale del colore presente in soluzioni acquose, con l'ausilio di telecamere, sia attraverso il calcolo della lunghezza d'onda dominante, altrimenti indicata con LCW (Liquid Color Wavelenght), che mediante l'elaborazione di un indice adimensionale normalizzato LCI (Liquid Color Index) (avente valori compresi nell'intervallo [0, 1]), che sintetizza l'informazione di presenza (valore 1) o assenza (valore 0) di coloranti nella sostanza acquosa in analisi mediante un unico parametro . An apparatus with a self-cleaning system for on-line colorimetric analysis allows for real-time monitoring of the color present in aqueous solutions, with the aid of cameras, both through the calculation of the dominant wavelength, otherwise indicated with LCW (Liquid Color Wavelenght), which through the processing of a normalized dimensionless index LCI (Liquid Color Index) (having values included in the interval [0, 1]), which summarizes the information of presence (value 1) or absence ( value 0) of dyes in the aqueous substance being analyzed by means of a single parameter.
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Il presente trovato riguarda il settore dei dispositivi per l'analisi colorimetrica delle soluzioni acquose e più in particolare un apparato con sistema autopulente per l'analisi colorimetrica in linea di soluzioni acquose che grazie all'interazione di una componente hardware denominata "cella di campionamento a passo variabile" e di un sistema software esperto denominato "ET Liquid Color Analyzer" (ETLCA), consente di effettuare, per dette soluzioni acquose, sia l'analisi colorimetrica che della lunghezza d'onda dominante (LCW), attraverso l'ausilio di telecamere. The present invention relates to the field of devices for the colorimetric analysis of aqueous solutions and more particularly to an apparatus with a self-cleaning system for the in-line colorimetric analysis of aqueous solutions which, thanks to the interaction of a hardware component called " variable pitch "and an expert software system called" ET Liquid Color Analyzer "(ETLCA), allows to perform, for said aqueous solutions, both the colorimetric analysis and the dominant wavelength (LCW), through the aid of cameras.
STATO DELLA TECNICA STATE OF THE TECHNIQUE
Le tecnologie e gli analizzatori attualmente disponibili in commercio consentono semplicemente di determinare, in continuo, lo stato della colorazione delle acque reflue o per via colorimetrica o per via spettrometrica. La misura del colore, attraverso le tecniche di analisi colorimetrica, viene normalmente effettuata attraverso "modelli di colore", ovvero attraverso modelli matematici che permettono di rappresentare i colori in forma vettoriale, tipicamente utilizzando tre o quattro dimensioni relative alle componenti cromatiche; tali modelli consistono in una funzione che associa ad un vettore multidimensionale un singolo elemento dello spazio cromatico: modello RGB, modello HSV, modello CMYK, ecc. The technologies and analyzers currently available on the market simply make it possible to continuously determine the state of the color of the waste water either by colorimetry or by spectrometry. The measurement of color, through colorimetric analysis techniques, is normally carried out through "color models", that is, through mathematical models that allow colors to be represented in vector form, typically using three or four dimensions relating to the chromatic components; these models consist of a function that associates a single element of the color space to a multidimensional vector: RGB model, HSV model, CMYK model, etc.
Ulteriori metodologie di misurazione del colore si basano attraverso la sua "temperatura" equivalente, ovvero attraverso il valore di temperatura (espresso in K) che viene associato ad una determinata caratteristica cromatica: quella assunta da un corpo nero riscaldato alla temperatura che produce il medesimo effetto ottico cromatico. In molti casi, per l'analisi colorimetrica vengono utilizzati dispositivi basati su spettrofotometri sferici che lavorano in riflessione. Further color measurement methods are based on its equivalent "temperature", or rather on the temperature value (expressed in K) that is associated with a specific chromatic characteristic: that assumed by a black body heated to the temperature that produces the same effect chromatic optic. In many cases, devices based on spherical spectrophotometers working in reflection are used for colorimetric analysis.
Le metodologie descritte, sono supportate da una serie di sensori che spesso risultano poco applicabili in ambiente industriale per il monitoraggio ed il controllo in real-time di soluzioni acquose, a meno di applicare ad essi significativi adattamenti. The methodologies described are supported by a series of sensors which are often not very applicable in an industrial environment for real-time monitoring and control of aqueous solutions, unless significant adaptations are applied to them.
In tale contesto si colloca l'analizzatore secondo la presente invenzione, che attraverso la sua tecnologia permette di superare le problematiche enunciate, sia in ambiente civile, che in ambiente industriale, consentendo un'agevole applicabilità in oqni ambito di misurazione continua di soluzioni acquose. L'analizzatore che si descrive è semplice, sicuro ed affidabile, può essere realizzato con costi sostanzialmente contenuti sia per quanto riquarda la sua produzione che per quanto concerne la sua qestione, ha bassissima richiesta di manutenzione e risulta un valido strumento anche per l'analisi ed il controllo di processo. The analyzer according to the present invention is placed in this context, which through its technology allows to overcome the above problems, both in civil and industrial environments, allowing an easy applicability in any field of continuous measurement of aqueous solutions. The analyzer described is simple, safe and reliable, it can be made with substantially contained costs both as regards its production and as regards its management, it has very low maintenance requirements and is also a valid tool for analysis. and process control.
Tali risultati sono stati ottenuti secondo il trovato con un analizzatore comprendente una componente hardware denominata "cella di campionamento a passo variabile" ed un sistema software esperto denominato "ET Liquid Color Analyzer" (ETLCA): l'interazione tra i due dispositivi consente di effettuare, per soluzioni acquose, sia l'analisi colorimetrica, che della lunqhezza d'onda dominante (LCW), attraverso l'ausilio di telecamere. These results were obtained according to the invention with an analyzer comprising a hardware component called "variable pitch sampling cell" and an expert software system called "ET Liquid Color Analyzer" (ETLCA): the interaction between the two devices allows , for aqueous solutions, both the colorimetric analysis and the dominant wavelength (LCW) analysis, with the aid of cameras.
L'analizzatore oqqetto dell'invenzione permette di visualizzare tutte le componenti colorimetriche dell'immaqine in analisi mediante appositi alqoritmi basati su tecniche di analisi colorimetrica: dalle componenti cromatiche venqono ricavate sia la lunqhezza d'onda dominante che un indicatore sintetico della rilevazione quantitativa di colorante presente nella soluzione acquosa; tale indicatore costituisce un parametro adimensionale, denominato LCI (Liquid Color Index), che prescinde dalla caratterizzazione cromatica specifica del refluo in esame, ma caratterizza l'intensità cromatica in esso presente nella suo complesso, in modo da disporre di un indice sintetico mediante il quale possono essere quantitativamente correlati i problemi di impatto: tale indice, infatti, può assume valori reali compresi nell'intervallo [0, 1] dove l'estremo inferiore indica una soluzione acquosa priva di coloranti, mentre l'estremo superiore caratterizza una soluzione acquosa con elevatissima presenza di coloranti. The object analyzer of the invention allows you to view all the colorimetric components of the image under analysis by means of special alqorithms based on colorimetric analysis techniques: both the dominant wavelength and a synthetic indicator of the quantitative detection of dye are obtained from the chromatic components. present in the aqueous solution; this indicator constitutes a dimensionless parameter, called LCI (Liquid Color Index), which is independent of the specific chromatic characterization of the wastewater in question, but characterizes the chromatic intensity present in it as a whole, so as to have a synthetic index by which impact problems can be quantitatively correlated: this index, in fact, can assume real values included in the interval [0, 1] where the lower extremity indicates an aqueous solution free of dyes, while the upper extremity characterizes an aqueous solution with very high presence of dyes.
Una ulteriore importante caratteristica del dispositivo proposto, secondo la presente invenzione, consiste nella capacità di monitorare in tempo reale i valori assunti nel tempo dal parametro LCI in un monitoraqqio continuo di una soluzione acquosa: tale caratteristica consente di "monitorare" la bontà, dal punto di vista colorimetrico della soluzione acquosa in esame e consente di poter innescare con assoluta tempestività situazioni di preallarme (Early Warninq) in modo da miqliorare l'impatto sui corpi idrici recettori (esempio scarichi civili e/o industriali, trattamenti di tintura, ecc.). A further important feature of the proposed device, according to the present invention, consists in the ability to monitor in real time the values assumed over time by the LCI parameter in a continuous monitoring of an aqueous solution: this feature allows to "monitor" the goodness, from the point colorimetric view of the aqueous solution in question and allows to trigger early warning situations with absolute timeliness (Early Warninq) in order to improve the impact on the receiving water bodies (for example civil and / or industrial discharges, dyeing treatments, etc.) .
Il sistema innovativo WCA può essere applicato, consentendo la misurazione colorimetrica continua, in molteplici ambiti sia essi civili che industriali: tessile, conciario, alimentare, cartiero, monitorag-gio di acque sorgive, impianti di depurazione, ecc. The innovative WCA system can be applied, allowing continuous colorimetric measurement, in many civil and industrial areas: textiles, tanning, food, paper mills, spring water monitoring, purification plants, etc.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno evidenti dalla descrizione particolareggiata che segue facendo riferimento alle allegate tavole di disegni che ne rappresentano, a solo titolo di esempio non limitativo, una preferita forma di realizzazione. Further characteristics and advantages of the invention will become evident from the detailed description which follows with reference to the attached drawings which represent, by way of non-limiting example only, a preferred embodiment thereof.
Nelle tavole: In the tables:
la fig. 1A è una vista in sezione della cella di campionamento o ispezione visiva a volume variabile dell'analizzatore secondo l'invenzione; fig. 1A is a sectional view of the variable volume sampling or visual inspection cell of the analyzer according to the invention;
La fig. 1B è una vista 3D parzialmente sezionata corrispondente alla precedente; Fig. 1B is a partially sectioned 3D view corresponding to the previous one;
la fig. 2 mostra schematicamente il collegamento all'analizzatore del sistema software esperto ETLCA che lavora su PC; fig. 2 schematically shows the connection to the analyzer of the ETLCA expert software system which works on a PC;
la fig. 3 è una vista esplosa della cella di campionamento volumetrica; fig. 3 is an exploded view of the volumetric sampling cell;
la fig. 4 mostra in sezione la camera d'ispezione con il sistema di pulizia pneumatico; la fig. 5 è una vista schematica in scala maggiore della camera a volume variabile con setto calibrato di fig. 1; fig. 4 shows in section the inspection chamber with the pneumatic cleaning system; fig. 5 is a schematic view on a larger scale of the variable volume chamber with calibrated septum of fig. 1;
la fig. 6 mostra in sezione una camera di ispezione a profondità variabile che costituisce una variante di quella della fig. 5; fig. 6 shows in section an inspection chamber with variable depth which constitutes a variant of that of fig. 5;
la fig. 7 mostra il layout del software ETLCA con i dati elaborati durante il monitoraggio di soluzioni acquose; fig. 7 shows the layout of the ETLCA software with the data processed during the monitoring of aqueous solutions;
la fig. 8 mostra una analisi reportistica dei dati acquisiti dal software ETLCA; fig. 8 shows a reporting analysis of the data acquired by the ETLCA software;
la fig. 9 è lo schema del flusso di elaborazioni eseguito dal software di analisi ETLCA. fig. 9 is the diagram of the processing flow performed by the ETLCA analysis software.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Con riferimento alle figure, l'analizzatore colorimetrico oggetto dell'invenzione (Water Color Analyzer), consiste in un dispositivo costituito da: una cella di campionamento o ispezione visiva a volume variabile 8, (Fig.l), un sensore 7 per l'analisi visiva (telecamera) ed un sistema software esperto denominato LCA (Liquid Colori Analyzer) per il controllo e l'analisi colorimetrica dei dati provenienti da detta telecamera 7, residente su un PC (Fig.2). With reference to the figures, the colorimetric analyzer object of the invention (Water Color Analyzer) consists of a device consisting of: a variable volume sampling or visual inspection cell 8, (Fig. 1), a sensor 7 for visual analysis (camera) and an expert software system called LCA (Liquid Colori Analyzer) for the control and colorimetric analysis of the data coming from said camera 7, residing on a PC (Fig. 2).
La cella di campionamento 8 (Fig.l) consiste in un sistema hardware costituito da un contenitore parallelepipedo con una fonte di illuminazione, ad esempio una lampada 11 a bassa tensione, che illumina la parte posteriore della camera di lettura 13, ricavata in un disco di materiale traslucido a fondo bianco 12 e delimitata dalla parte opposta da un vetro d'ispezione 16: su tale vetro viene posizionata la telecamera 7 per automatizzare il processo d'ispezione. The sampling cell 8 (Fig. 1) consists of a hardware system consisting of a parallelepiped container with a lighting source, for example a low voltage lamp 11, which illuminates the rear part of the reading chamber 13, obtained in a disk of translucent material with a white background 12 and bounded on the opposite side by an inspection glass 16: the camera 7 is positioned on this glass to automate the inspection process.
Il disco traslucido 12 è lavorato in modo da ottenere sulla sua superficie una serie di alveoli aventi diversa profondità così da costituire delle camere di analisi del liquido aventi diverso spessore in modo da poter adattare la lettura in funzione del grado di trasparenza del liquido da analizzare (alveoli o aree volume massimo IOa, alveoli o aree a volume minimo 10b). The translucent disc 12 is worked in such a way as to obtain on its surface a series of alveoli having different depths so as to constitute liquid analysis chambers with different thickness so as to be able to adapt the reading according to the degree of transparency of the liquid to be analyzed ( alveoli or areas with maximum volume 10a, alveoli or areas with minimum volume 10b).
Tra la lampada 11 ed il disco traslucido 12 è interposto un otturatore rotante costituito da un disco metallico 14 con un foro eccentrico 15. Between the lamp 11 and the translucent disc 12 a rotating shutter consisting of a metal disc 14 with an eccentric hole 15 is interposed.
Il disco 14 è messo in rotazione da un motore comandato dal sistema software esperto (ETLCA), e può essere posizionato in modo da illuminare soltanto un alveolo, lasciando gli altri privi di luce. La luce della lampada 11, attraverserà quindi il foro 15 dell'otturatore 14 ed illuminerà un solo alveolo della camera di analisi 13 e poi raggiungerà la telecamera 7 attraverso il vetro 16 (Fig. 3) The disc 14 is rotated by a motor controlled by the expert software system (ETLCA), and can be positioned in such a way as to illuminate only one cell, leaving the others devoid of light. The light from the lamp 11 will then pass through the hole 15 of the shutter 14 and will illuminate only one cell of the analysis chamber 13 and then will reach the camera 7 through the glass 16 (Fig. 3)
Tra l'otturatore 14 ed il disco traslucido 12 è interposto un setto calibrato 17 la cui funzione sarà illustrata dettagliatamente più avanti. A calibrated septum 17 is interposed between the shutter 14 and the translucent disc 12, the function of which will be illustrated in detail later on.
Una serie di sensori montati sul sistema, informerà il sistema software esperto (ETLCA) della posizione dell'otturatore 14 in modo da poter sapere in ogni momento quale è lo spessore del liquido attraversato dalla luce ed applicare i fattori correttivi appropriati. A series of sensors mounted on the system will inform the expert software system (ETLCA) of the position of the shutter 14 so as to be able to know at any time what is the thickness of the liquid crossed by the light and to apply the appropriate corrective factors.
Allo scopo di poter ottenere una lettura più precisa il sistema è in grado di controllare la tensione di alimentazione della lampada per adattare la quantità di luce emessa al tipo di liquido da analizzare. La lampada il può essere sostituita da sistemi diversi di emissione di luce come LED, OLED,, o altri dispositivi similari senza pregiudizio per la funzionalità del sistema. In order to obtain a more precise reading, the system is able to control the power supply voltage of the lamp to adapt the quantity of light emitted to the type of liquid to be analyzed. The lamp 11 can be replaced by different light emission systems such as LEDs, OLEDs, or other similar devices without compromising the functionality of the system.
In una variante dell'invenzione (fig.4 e 6), per l'utilizzo con sostanze acquose aventi elevata trasparenza, il sistema di lettura può essere invertito posizionando la lampada il o il sistema di illuminazione dallo stesso lato della telecamera 7, e la luce può essere inviata alla camera di analisi 13 direttamente o tramite l'ausilio di fibre ottiche In tale variante, la camera 20 a volume variabile può essere dotata di un sistema di auto pulizia pneumatica (Fig. 4 e 5) a mezzo di spazzola 18 comandata da un pistone a doppio effetto 19, mediante la quale vengono pulite automaticamente le aree sensibili per il monitoraggio (la parete a fondo bianco ed il vetro d'ispezione), oppure può essere attuata automaticamente dal sistema una pulizia chimica, con agenti in grado di distruggere lo sporco, seguita da un lavaggio sempre eseguito automaticamente . In a variant of the invention (fig. 4 and 6), for use with aqueous substances having high transparency, the reading system can be inverted by positioning the lamp or the lighting system on the same side of the camera 7, and the light can be sent to the analysis chamber 13 directly or with the aid of optical fibers In this variant, the variable volume chamber 20 can be equipped with a pneumatic self-cleaning system (Fig. 4 and 5) by means of a brush 18 controlled by a double-acting piston 19, through which sensitive areas for monitoring (the white background wall and the inspection glass) are automatically cleaned, or a chemical cleaning can be carried out automatically by the system, with agents capable of to destroy the dirt, followed by a washing always performed automatically.
Ulteriore ed importante requisito che estende notevolmente le applicazioni del dispositivo, consiste nella variabilità della profondità della camera che può essere ottenuta mediante la sostituzione del setto calibrato 17, consentendo all'operatore di poter effettuare misurazioni su diverse scale (Fig. 5). A further and important requirement that considerably extends the applications of the device consists in the variability of the depth of the chamber which can be obtained by replacing the calibrated septum 17, allowing the operator to be able to carry out measurements on different scales (Fig. 5).
Mediante tale sistema di camera a volume variabile, è possibile eseguire una gamma estesa di misurazioni colorimetriche di soluzioni acquose con diverse concentrazioni di colori; tale sistema consente, infatti, di variare, meccanicamente, la profondità della camera ed è predisposto per essere automatizzato, in modo da ottenere una autoregolazione della scala su cui effettuare le misurazioni . By means of this variable volume chamber system, it is possible to perform an extended range of colorimetric measurements of aqueous solutions with different color concentrations; this system allows, in fact, to vary, mechanically, the depth of the chamber and is designed to be automated, so as to obtain a self-regulation of the scale on which to carry out the measurements.
Il setto calibrato 17 è ottenuto con lavorazione meccanica di precisione ed il sistema di regolazione, mediante otturatore mobile comandato da un motore esterno, consente di ottenere una elevatissima precisione di lettura associata ad un posizionamento assolutamente non critico. Il setto calibrato 8 consente inoltre una assoluta ripetibilità delle misure in quanto è assolutamente esente da errori di posizionamento . The calibrated septum 17 is obtained with precision mechanical processing and the adjustment system, by means of a movable shutter controlled by an external motor, allows to obtain a very high reading precision associated with an absolutely non-critical positioning. The calibrated septum 8 also allows absolute repeatability of the measurements as it is absolutely free from positioning errors.
Una variante, alternativa al setto calibrato, consiste nella realizzazione di una camera d'ispezione 20 a profondità variabile come illustrato in Fig. 6, dove la superfice riflettente 22 è montata su una parete mobile 21 che è opposta alla parete trasparente 16 della camera di ispezione, sulla quale sono posizionate sia la telecamera 7 che il dispositivo di illuminazione 11. A variant, alternative to the calibrated septum, consists in the realization of an inspection chamber 20 with variable depth as illustrated in Fig. 6, where the reflecting surface 22 is mounted on a mobile wall 21 which is opposite to the transparent wall 16 of the chamber. inspection, on which both the camera 7 and the lighting device 11 are positioned.
A titolo indicativo indichiamo qui di seguito le caratteristiche degli ulteriori componenti del sistema WCA: As an indication, we indicate below the characteristics of the additional components of the WCA system:
In fig.8 è mostrata a titolo di esempio una tipica schermata visibile sull'elaboratore su cui è caricato il software ETLCA durante il monitoraggio di soluzioni acquose. Il sistema software esperto ETLCA (Fig. 2) permette di ricavare tutte le componenti di colore specifiche di una sottoarea (configurabile) relativa all'immagine ispezionata; tale sistema software consente, inoltre, di ricavare sia la lunghezza d'onda dominante della sottoarea in analisi, che l'indice normalizzato LCI (Liquid color Index) compreso nell'intervallo reale [0, 1] che identifica la quantità di colore/inquinante presente nella soluzione acquosa ed eventualmente consente l'innesco delle soglie di Early Warning. Fig. 8 shows as an example a typical screen visible on the computer on which the ETLCA software is loaded during the monitoring of aqueous solutions. The ETLCA expert software system (Fig. 2) makes it possible to obtain all the specific color components of a (configurable) sub-area relating to the inspected image; this software system also allows to obtain both the dominant wavelength of the sub-area under analysis, and the normalized LCI index (Liquid color Index) included in the real interval [0, 1] which identifies the quantity of color / pollutant present in the aqueous solution and eventually allows the triggering of the Early Warning thresholds.
Ulteriore caratteristica del sistema software esperto ETLCA consiste nella registrazione continua o spot dei dati acquisisti durante il monitoraggio, in modo da poter essere esportati, comparati ed elaborati successivamente (Fig. 9). A further feature of the ETLCA expert software system consists in the continuous or spot recording of the data acquired during monitoring, so that they can be exported, compared and processed later (Fig. 9).
Il processo di analisi e rilevazione colorimetrica che il sistema software, integrato nell'apparato ACSA, esegue, è costituito, come descritto nello schema riportato in fig. 10, dalle seguenti fasi operative : The process of colorimetric analysis and detection that the software system, integrated in the ACSA apparatus, performs, is constituted, as described in the diagram shown in fig. 10, from the following operational phases:
a) Il segnale proveniente dalla telecamera, collegata alla workstation di elaborazione, viene elaborato dal driver di acquisizione e trasformato in immagini sequenziali il cui intervallo di campionamento è definito da un apposito timer (Simple Camera Timer). a) The signal coming from the camera, connected to the processing workstation, is processed by the acquisition driver and transformed into sequential images whose sampling interval is defined by a special timer (Simple Camera Timer).
b) Ogni singola immagine acquisita viene decomposta in tre matrici separate, una per ogni componente dello spazio tricromatrico RGB (Red=Rosso, Green=Verde, Blue=Blu). b) Each single acquired image is decomposed into three separate matrices, one for each component of the RGB trichromatic space (Red = Red, Green = Green, Blue = Blue).
c) Le tre singole matrici risultanti vengono ridotte in tre sotto-matrici, attraverso un filtro di taglio rettangolare, in modo da consentire l'elaborazione di una specifica sotto-area dell'intera immagine. c) The three single resulting matrices are reduced into three sub-matrices, through a rectangular cut filter, in order to allow the processing of a specific sub-area of the entire image.
d) Ogni singola matrice di sotto-area viene successivamente convertita in un valore scalare dimensionale risultato della media ponderale dei valori che la compongono. d) Each single sub-area matrix is subsequently converted into a dimensional scalar value resulting from the weight average of the values that compose it.
e) Le tre componenti RGB medie vengono visualizzate all'utente e normalizzate in un intervallo (0,1) in modo da costituire un vettore normalizzato nello spazio RGB. e) The three average RGB components are displayed to the user and normalized in an interval (0,1) so as to constitute a normalized vector in the RGB space.
f) Attraverso il vettore RGB normalizzato, mediante due filtri di conversione non lineari, si ricava sia il corrispondente vettore dello spazio equivalente HSV (Hue = Tono, Saturation = Saturazione, Value = Luminosità) che il valore scalare della lunghezza d''onda dominante relativa alla sotto-area evidenziata, con valori interni all'intervallo (400nm,750nm). f) Through the normalized RGB vector, by means of two non-linear conversion filters, it is possible to obtain both the corresponding HSV equivalent space vector (Hue = Tone, Saturation = Saturation, Value = Brightness) and the scalar value of the dominant wavelength relative to the highlighted sub-area, with values within the range (400nm, 750nm).
g) Le componenti del vettore HSV ricavato ed il valore della lunghezza d'onda vengono visualizzati all'utente e combinati linearmente tra di loro in modo da poter essere successivamente elaborati mediante un algoritmo di selezione implementato in logica fuzzy; tale algoritmo consente di estrarre un valore scalare dimensionale che, normalizzato nell'intervallo (0,1) costituisce l'indice di colore LCI la cui funzione è quella di sintetizzare l'informazione di presenza (1) o assenza (0) di coloranti nella sostanza acquosa in analisi, mediante un unico parametro. g) The components of the obtained HSV vector and the wavelength value are displayed to the user and combined linearly with each other so that they can be subsequently processed by means of a selection algorithm implemented in fuzzy logic; this algorithm allows to extract a dimensional scalar value which, normalized in the interval (0,1) constitutes the LCI color index whose function is to synthesize the information of presence (1) or absence (0) of dyes in the aqueous substance being analyzed, using a single parameter.
h) Il valore ricavato viene visualizzato attraverso un apposito indicatore e, con l'ausilio di appositi timer, storicizzato in un DB, per successive elaborazioni statistiche, ed utilizzato per elaborarne la visualizzazione dell'andamento (trend) di tale indice in un intervallo temporale. h) The value obtained is displayed through a specific indicator and, with the aid of special timers, stored in a DB, for subsequent statistical processing, and used to process the display of the trend of this index in a time interval .
E' da evidenziare il fatto che, grazie alle caratteristiche innovative sia della parte hardware che del sistema software esperto che costituiscono l'apparato WCA, quest'ultimo permette di effettuare misure colorimetriche continue sia in ambito civile che industriale. Inoltre attraverso la possibilità di poter variare la profondità della camera si ha modo di ottenere misurazioni colorimetriche affidabili anche con diverse scale di concentrazioni di coloranti nelle soluzioni acquose in analisi. It should be noted that, thanks to the innovative features of both the hardware part and the expert software system that make up the WCA apparatus, the latter allows continuous colorimetric measurements to be carried out in both civil and industrial environments. Furthermore, through the possibility of varying the depth of the chamber, it is possible to obtain reliable colorimetric measurements even with different concentration scales of dyes in the aqueous solutions being analyzed.
Ulteriori potenzialità del prodotto sono fornite dal sistema software esperto, dal quale è possibile ricavare: le componenti colorimetriche, la lunghezza d'onda dominante e l'indice sintetico di colore (LCI); tali caratteristiche rendono il dispositivo competitivo sul mercato e rendendolo in molti casi sostituibile ad altre soluzioni maggiormente costose. Further potential of the product is provided by the expert software system, from which it is possible to obtain: the colorimetric components, the dominant wavelength and the synthetic color index (LCI); these characteristics make the device competitive on the market and in many cases making it replaceable with other more expensive solutions.
Il sistema WCA, per come è costituito tecnologicamente, può lavorare sia con soluzioni acquose fredde che calde (con temperature di lavoro che possono arrivare fino ad un massimo di 200°C ) con pressioni che possono raggiungere i 25 bar, inoltre, è dotato di un'alta resistenza alla corrosione da agenti chimici. The WCA system, as it is technologically constituted, can work with both cold and hot aqueous solutions (with working temperatures that can reach a maximum of 200 ° C) with pressures that can reach 25 bar. high resistance to chemical corrosion.
Da quanto sin qui detto, le caratteristiche più rilevanti dell'apparato secondo l'invenzione sono le seguenti: From what has been said so far, the most relevant characteristics of the apparatus according to the invention are the following:
• un sistema per la pulizia interna della camere, azionato attualmente manualmente, ma già predisposto per essere azionato in modo semi automatico o automatico attraverso il software di controllo (Fig. 4-5); • a system for internal cleaning of the chambers, currently operated manually, but already set up to be operated semi-automatically or automatically through the control software (Fig. 4-5);
• una camera di analisi a volume variabile, in modo da consentire una scalabilità della misura rispetto al liquido in analisi (Fig. 1). • a variable volume analysis chamber, in order to allow a scalability of the measurement with respect to the liquid being analyzed (Fig. 1).
• il calcolo della lunghezza d'onda dominante relativa al colore rilevato dall'immagine in analisi elaborata. • the calculation of the dominant wavelength relative to the color detected by the processed image being analyzed.
• il calcolo di un indice adimensionale normalizzato in un intervallo [0, 1], ricavato attraverso l'elaborazione, mediante appositi algortmi di calcolo e di selezione, delle componenti vettoriali di luminanza (brightness), saturazione (saturation) e tono (hue) caratterizzanti il colore elaborato dalla matrice RGB dell'immagine in anasili (Fig. 8). • l'uso di algoritmi complessi basati su tecniche di intelligenza artificiale, mediante i quali poter ottenere flussi elaborativi tipici di un sistema esperto ed in grado di poter gestire facilmente future evoluzioni e/o adattamenti del sistema in base alle necessità del mercato (Fig. 10). • the calculation of a dimensionless index normalized in an interval [0, 1], obtained through the processing, by means of specific calculation and selection algortms, of the vector components of luminance (brightness), saturation (saturation) and tone (hue) characterizing the color processed by the RGB matrix of the image in anasyluses (Fig. 8). • the use of complex algorithms based on artificial intelligence techniques, through which it is possible to obtain processing flows typical of an expert system and able to easily manage future evolutions and / or adaptations of the system based on market needs (Fig. 10).
• la possibilità di poter gestire vari canali di comunicazione (Ethernet, RS232, RS485, USB, ecc.) in modo da rendere il sistema già predisposto al dialogo con PLC, DCS o altri dispositivi elettronici, allo scopo di poter comandare attuatori (elettrovalvole, pompe, motori ecc.) o acquisire altri segnali, analogici o digitali, per l'elaborazione di controlli e regolazioni complesse, che vanno ad affiancare le elaborazioni già prodotte attualmente dal sistema. • the possibility of managing various communication channels (Ethernet, RS232, RS485, USB, etc.) in order to make the system already set up for dialogue with PLC, DCS or other electronic devices, in order to be able to control actuators (solenoid valves, pumps, motors, etc.) or acquire other signals, analog or digital, for the processing of complex controls and regulations, which go alongside the processing already produced by the system.
• la possibilità di poter utilizzare sia lampade normali, tenendo conto dei difetti di alterazione cromatica che producono, che lampade o led allo xeno, che consentono di ottenere un illuminazione della camera prossima a quella naturale, in quanto il software consente di poter regolare i pesi dei coefficienti di saturazione e luminosità per adattare il calcolo elaborativo alle proprie esigenze. • the possibility of being able to use both normal lamps, taking into account the chromatic alteration defects they produce, and xenon lamps or LEDs, which make it possible to obtain lighting of the room close to natural, as the software allows you to adjust the weights of the saturation and brightness coefficients to adapt the processing calculation to your needs.
Prospettive del prodotto Product perspectives
Dagli studi sia teorici che sperimentali eseguiti in laboratorio il prodotto risulta essere, con l'aggiunta di ulteriori processi elaborativi e piccole variazioni all'attuale sistema, già predisposto per le seguenti evoluzioni: From both theoretical and experimental studies carried out in the laboratory, the product appears to be, with the addition of further processing processes and small variations to the current system, already prepared for the following evolutions:
• analisi della trasparenza e riconoscimento del bianco, attraverso l'attivazione della elaborazione di una seconda finestra di analisi posizionata su un fondo nero della camera, lasciando la prima posizionata sul fondo bianco, in modo da consentire un'elaborazione congiunta di due indici che possano essere combinati linearmente tra loro. • transparency analysis and white recognition, by activating the processing of a second analysis window positioned on a black background of the chamber, leaving the first one positioned on the white background, in order to allow a joint processing of two indices that can be combined linearly with each other.
• l'uso di telecamere di nuova generazione, che tendano a valorizzare i toni del giallo, mediante l'uso di CCD che rilevano quattro matrici di colori RGBY . • the use of new generation cameras, which tend to enhance the shades of yellow, through the use of CCDs which detect four RGBY color matrices.
• l'uso di telecamere Full HD connesse mediante porta firewire, in modo da poter acquisire ed elaborare immagini ad alta definizione (fino a 1080p). • the use of Full HD cameras connected via firewire port, in order to acquire and process high definition images (up to 1080p).
• analisi multi-banda delle lunghezze d'onda componenti il colore rilevate nell'immagine analizzata, mediante la segmentazione dello spettro visibile in sotto-intervalli e la correlazione delle componenti colorimetriche rilevate ed i sotto- intervalli selezionati. • multi-band analysis of the wavelengths making up the color detected in the analyzed image, through the segmentation of the visible spectrum into sub-intervals and the correlation of the detected colorimetric components and the selected sub-intervals.
• analisi della presenza di corpi e/o solidi sospesi presenti nella soluzione acquosa analizzata, mediante algoritmi basati sull'analisi in frequenza delle immagini rilevate (DFT, Wavelet, ecc.) e/o mediante l'applicazione di filtri adattati (Convolutivi, Laplaciani, Gaussiani, ecc.) in correlazione con l'immagine rilevata, in modo da poter evidenziare: • analysis of the presence of suspended bodies and / or solids present in the aqueous solution analyzed, using algorithms based on the frequency analysis of the detected images (DFT, Wavelet, etc.) and / or by applying adapted filters (Convolutive, Laplacians , Gaussians, etc.) in correlation with the detected image, in order to highlight:
°il numero di particelle contigue presenti nell'immagine analizzata; ° the number of contiguous particles present in the analyzed image;
°la grandezza relativa dei soldi sospesi rispetto all'immagine analizzata (area minima, area massima); ° the relative size of the suspended money with respect to the analyzed image (minimum area, maximum area);
°l'area globale relativa alle particelle di contrasto rispetto all'area globale analizzata, per la valutazione di un indice di torbidità. ° the global area relative to the contrast particles with respect to the global area analyzed, for the evaluation of a turbidity index.
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| IT000029A ITRM20110029A1 (en) | 2011-01-25 | 2011-01-25 | COLORIMETRIC ANALYZER OF WATER SOLUTIONS (ACSA) |
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| IT000029A ITRM20110029A1 (en) | 2011-01-25 | 2011-01-25 | COLORIMETRIC ANALYZER OF WATER SOLUTIONS (ACSA) |
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2011
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