NO314325B1 - Anordning ved gjennomsiktig rör for optisk telling og måling - Google Patents

Description

ANORDNING VED GJENNOMSIKTIG RØR FOR OPTISK TELLING OG HALING

Oppfinnelsen angår en anordning ved et gjennomsiktig rør som er innrettet for å kunne observere, telle eller måle objekter som føres gjennom røret av et fluid.

Oppfinnelsen er gjort i forbindelse med telling og måling av fisk som føres med vann i rør, og hvor telling og måling ut-føres ved hjelp av et optisk apparat som omfatter et kamera, og som er koplet til en datamaskin for analyse av kamerabil-der. Foreliggende beskrivelse er i hovedsak rettet mot dette anvendelsesområdet, uten at det er ment å være begrensende. Telle-/måleapparatet som sådan, inngår ikke i oppfinnelsen.

Det er kjent å anordne vindu i en rørvegg for å kunne utføre telling og måling av objekter som passerer. Det foretrekkes ofte å montere en gjennomsiktig rørseksjon i røret fordi det gjør det enklere å observere fra flere sider og fordi det gjør det enklere å få nødvendig lys der væske og objekter skal observeres.

Lysbrytning fører til fortegning av objekter i røret når dis-se observeres utenfra, og dette ødelegger for optiske måling-er, eksempelvis måling av objektenes areal eller mønstergjen-kjenning.

Særlig er områder til side for rørets senterlinje utsatt for fortegning.

For å unngå nevnte fortegning, er det vanlig å bruke en gjennomsiktig rørseksjon med minst én plan gjennomsiktig side som objektene kan observeres gjennom, typisk brukes en firkantet rørseksjon.

Det er flere ulemper med å montere en firkantet rørseksjon i et vanlig sirkulært rør. Overgang mellom rundt og firkantet tverrsnitt øker kostnadene, og rørseksjonens dimensjoner blir unødig store. Videre har det lett for å oppstå turbulens eller luftlommer som forstyrrer målingene.

Formålet med oppfinnelsen er å fremskaffe en gjennomsiktig rørseksjon med sirkulært tverrsnitt for observasjon, telling og måling av objekter som føres gjennom rørseksjonen, hvor den optiske fortegning og er redusert.

Formålet oppnås ved trekk som angitt i følgende beskrivelse og i etterfølgene patentkrav.

Ifølge oppfinnelsen anvendes et sirkulært gjennomsiktig rør hvor rørets godstykkelse er slik at en lysstråle som er rettet på tvers av røret og som tangerer rørets innervegg, blir totalreflektert når lysstrålen treffer rørets ytre flate. Det vil si at en lysstråle som tangerer rørets innervegg, brytes slik at den også tangerer rørets ytre vegg. Gitt rørets innvendige radius r, lysbrytningsindeks ni for fluid i røret og lysbrytningsindeks n2 for mediet på utsiden av røret, kan rø-rets utvendige radius R beregnes med formelen R = r <*> nl/n2 og godstykkelsen t = R - r = r(nl/n2 - 1).

Lysbrytningsindeksen er omtrent 1.33 for vann og omtrent 1 for luft. For et gjennomsiktig rør som fører vann og som er omgitt av luft, blir R = r <*> 1.33 og godstykkelsen t = r <* >0.33. Dette forhold er uavhengig av lysbrytningsindeksen for rørmaterialet. Godstykkelsen som fremkommer på denne måten, er større enn det som normalt er nødvendig av styrkemessige hensyn i eksempelvis et apparat for å telle fisk.

Veggen i et rør dimensjonert i henhold til oppfinnelsen, bry-ter lysstråler som i røret er parallelle i et plan på tvers av røret, inn mot en optisk akse i nevnte plan. Brytningen varierer med avstanden fra den optiske akse og slik at lysstråler lengst fra den optiske akse brytes mest og krysser den optiske akse nærmere røret enn lysstråler nærmere den optiske akse. En lysstråle som følger den optiske aksen, brytes ikke.

Et kamera eller annet optisk apparat for å registrere, måle eller telle objekter som passerer i røret, kan plasseres i et kamerapunkt omtrent midtveis mellom ytterpunktene hvor lysstråler som er parallelle i røret, krysser den optiske akse etter brytning i forbindelse med rørveggen. Forsøk med linjekamera (engelsk: line scan camera) har vist forbausende gode resultater ved måling av skyggeareal på objekter som er be-lyst fra motsatt side av røret. Avhengig av kamera og optikk kan det være nødvendig å prøve seg fram til beste kameraplas-sering i nærheten av nevnte kamerapunkt. Lysbrytningsindeksen for rørmaterialet virker inn.

Oppfinnelsen beskrives nærmere i det følgende ved hjelp av et utførelseseksempel, og det henvises til vedføyde tegning som viser et tverrsnitt av et gjennomsiktig rør med et kamera og en lyskilde på diametralt motsatte sider av røret.

I fig. 1 angir henvisningstallet 1 et sirkulært rør av et gjennomsiktig materiale, så som glass, akryl eller pblykar-bonat. I røret 1 strømmer vann 2 som fører objekter 3 forbi et kamera 4 som er rettet mot røret 1, slik at kameraobjekti-vets optiske akse 5 står vinkelrett på røret 1 og går gjennom rørets 1 senter. En lyskilde 6 er plassert på diametralt motsatt side av røret 1 i forhold til kameraet 4, slik at kameraet kan brukes til å måle objektenes 3 skyggeareal.

Utstyret er omgitt av luft.

Tre par lysstråler 7, 8 og 9, hvor lysstrålene i et par be-finner seg på motsatte sider av den optiske akse 5, viser lysbrytning for parallelle lysstråler i røret i henholdsvis liten, midlere og maksimal avstand fra den optiske akse 5. Lysstrålenes forløp kan beregnes ved hjelp av formelen for Snells brytningslov som er vel kjent for fagmannen. Rørets 1 godstykkelse er i henhold til oppfinnelsen valgt slik at lysstråle 9 tangerer rørets 1 innervegg og dets yttervegg, slik som tidligere forklart.

Lysstrålene 7 brytes og krysser hverandre i et krysningspunkt 10 i stor avstand fra røret 1. Lysstrålene 8 krysser hverandre i et krysningspunkt 11, hvor kameraet 4 er plassert, omtrent midtveis mellom krysningspunktet 10 og et krysningspunkt 12 hvor lysstrålene 9 krysser hverandre.

I et forsøk hvor røret 1 var laget i akryl med lysbrytningsindeks 1.49, og hvor røret hadde innvendig radius 175 millimeter og godstykkelse 58 millimeter, var krysningspunkt 10 omtrent 820 millimeter fra rørets 1 yttervegg mens avstanden til punkt 12 var omtrent 440 millimeter. Et kamerapunkt, krysningspunktet 11, i avstand omtrent 600 millimeter fra røret 1, ga gode måleresultat for skyggeareal av objekter 3 i et oppsett slik som vist i figuren.

Krysningspunktet 10 for lysstrålene 7 gjaldt da lysstråler som traff rørets innvendige vegg med vinkel omtrent 5 vinkelgrader i forhold til innfallsloddet, mens tilsvarende vinkel for lysstrålene 9 altså var 90 vinkelgrader. Kamerapunktet refererer til kameraets fokuspunkt.

Lyskilden 6 er langstrakt og innrettet til å gi diffust lys. Lyskilden 6 omfatter et vanlig lysrør som er dekket av en hvit gjennomskinnelig plate som ikke er vist. Avstanden mellom røret 1 og lyskilden 6 kan være vesentlig kortere enn avstanden mellom røret 1 og kamerapunktet 11. I nevnte forsøk var minste avstand mellom røret 1 og lyskilden 6 omtrent 20 millimeter.

Rørets 1 indre og ytre vegg bør være utført med slett over-flate, slik at ikke riper og andre ujevnheter forstyrrer lysstrålene. Hvis kameraet 4 er et linjekamera, kan røret 1 ha forholdsvis liten lengde, slik at røret 1 i praksis utgjør en ring.

Claims (3)

1. Anordning ved gjennomsiktig rør (1) med sirkulært tverrsnitt for optisk telling og måling av objekter (3) som fø-res med et fluid (2) i røret (1), og hvor lysstråler som kommer ut gjennom rørets (1) vegg fortrinnsvis oppfanges av et optisk apparat (4), karakterisert ved at rørets (1) ytre radius er lik eller nær lik produktet av rørets (1) indre radius og forholdet mellom lysbrytningsindeksen for fluidet i røret og lysbrytningsindeksen i mediet som omgir røret.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at det optiske apparat (4) er plassert i et kamerapunkt (11) i midlere avstand fra røret (1) mellom et fjernt krysningspunkt (10) for lysstråler (7) som treffer rørets (1) indre vegg med vinkel omtrent fem vinkelgrader, og et nært krysningspunkt (12) for lysstråler som treffer rørets (1) indre vegg med vinkel omtrent nitti vinkelgra der i forhold til innfallsloddet.

3. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at en lyskilde (6) er plassert på diametralt motsatt side av røret (1) og vesentlig nærmere røret (1) enn det optiske apparat (4).