RU2658079C1 - Method of monitoring of loose material parameters in tanks - Google Patents
Method of monitoring of loose material parameters in tanks Download PDFInfo
- Publication number
- RU2658079C1 RU2658079C1 RU2017113042A RU2017113042A RU2658079C1 RU 2658079 C1 RU2658079 C1 RU 2658079C1 RU 2017113042 A RU2017113042 A RU 2017113042A RU 2017113042 A RU2017113042 A RU 2017113042A RU 2658079 C1 RU2658079 C1 RU 2658079C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tank
- measuring
- bulk material
- leds
- bulk
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title 1
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 claims abstract description 47
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000005871 repellent Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 13
- 239000011344 liquid material Substances 0.000 description 5
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 description 3
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 3
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 3
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 210000002569 neuron Anatomy 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000002940 repellent Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 1
- 210000000225 synapse Anatomy 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
- 230000014616 translation Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F22/00—Methods or apparatus for measuring volume of fluids or fluent solid material, not otherwise provided for
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
- G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
- G01F23/284—Electromagnetic waves
- G01F23/292—Light, e.g. infrared or ultraviolet
Abstract
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к области электрических измерений неэлектрических величин, и может быть использовано для регистрации уровня сыпучих сред в резервуарах в различных отраслях промышленности: химической, фармацевтической, пищевой, строительной и т.д.The invention relates to instrumentation, in particular to the field of electrical measurements of non-electrical quantities, and can be used to register the level of bulk media in tanks in various industries: chemical, pharmaceutical, food, construction, etc.
Известно большое разнообразие способов контроля параметров сыпучих материалов в резервуарах, которые, в частности, сводятся к тому, что в контролируемом резервуаре создают акустическое поле и уровень среды оценивают по результатам обработки информации о характеристиках поля, получаемой с помощью одного или нескольких датчиков - электроакустических приемников [1÷5].There is a wide variety of methods for controlling the parameters of bulk materials in reservoirs, which, in particular, boil down to creating an acoustic field in the controlled reservoir and the level of the medium is estimated from the results of processing information about the field characteristics obtained using one or more sensors - electroacoustic receivers [ 1 ÷ 5].
Недостатком этих способов являются высокие погрешности контроля из-за влияния акустических неоднородностей среды (температуры, плотности и скорости звука), а также формы и материала стенок резервуара.The disadvantage of these methods is the high control errors due to the influence of acoustic inhomogeneities of the medium (temperature, density and speed of sound), as well as the shape and material of the walls of the tank.
Известен радиолокационный способ измерения уровня сыпучих материалов [6], включающий измерение времени распространения радиоволн, излученных в направлении на поверхность среды и отраженных от нее, и вычисление по измеренному времени распространения радиоволн дальности до поверхности среды. Указанный способ не позволяет измерять уровень с достаточной точностью при наличии мешающих отражений, вызванных конструктивными особенностями резервуара с жидким материалом, так как мешающие отражения искажают форму сигнала и тем самым приводят к большой ошибке в измерении времени задержки.Known radar method for measuring the level of bulk materials [6], including measuring the propagation time of radio waves radiated in the direction to the surface of the medium and reflected from it, and calculating the measured propagation time of radio waves of the distance to the surface of the medium. The specified method does not allow to measure the level with sufficient accuracy in the presence of interfering reflections caused by the design features of the tank with liquid material, since interfering reflections distort the waveform and thereby lead to a large error in measuring the delay time.
Известен способ измерения уровня сыпучих материалов в резервуаре, реализованный в устройстве [7], заключающийся в том, что излучают частотно-модулированный сигнал в направлении содержимого резервуара, принимают, спустя время распространения, отраженный сигнал и смешивают его с частью излучаемого сигнала для получения сигнала разностной частоты (СРЧ). Фазу этого сигнала используют для измерения расстояния до поверхности контролируемой среды, при условии поддержании постоянной самой разностной частоты, путем управления периодом модуляции. При этом фаза сигнала разностной частоты при измерении расстояния будет непрерывно меняться в пределах 2πN+ϕ пропорционально изменению расстояния. Здесь N - целое число периодов СРЧ, содержащееся в периоде модуляции, ϕ - число, соответствующее оставшейся части периода, то есть начальная фаза СРЧ.A known method of measuring the level of bulk materials in a tank, implemented in the device [7], which consists in emitting a frequency-modulated signal in the direction of the contents of the tank, receive, after the propagation time, the reflected signal and mix it with part of the emitted signal to obtain a differential signal frequency (MFR). The phase of this signal is used to measure the distance to the surface of the controlled medium, provided that the difference frequency itself is kept constant by controlling the modulation period. In this case, the phase of the difference frequency signal during distance measurement will continuously vary within 2πN + ϕ in proportion to the distance change. Here, N is the integer number of periods of the RHF contained in the modulation period, ϕ is the number corresponding to the remaining part of the period, that is, the initial phase of the RHF.
Таким образом, определение расстояния сводится к подсчету числа N, измерению фазы ϕ и вычислению расстояния.Thus, the determination of the distance is reduced to counting the number N, measuring the phase ϕ and calculating the distance.
Недостатком способа также является невозможность измерения уровня с заданной точностью при наличии мешающих отражений, вызванных элементами конструкции резервуара, так как наличие помех сильно изменяет фазу сигнала и приводит к большой ошибке.The disadvantage of this method is the inability to measure the level with a given accuracy in the presence of interfering reflections caused by structural elements of the tank, since the presence of interference greatly changes the phase of the signal and leads to a large error.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ и устройство измерения параметров жидких и сыпучих материала в резервуарах [8].Closest to the claimed invention is a method and apparatus for measuring the parameters of liquid and bulk material in tanks [8].
Сущность способа-прототипа заключается в том, параметры жидких и сыпучих материалов в резервуаре определяют путем преобразования изображения мерного элемента в электрический сигнал с последующей его цифровой обработкой и определением уровня, при этом с помощью телекамеры получают изображение линии пересечения поверхности материала с мерным элементом в виде мерной шкалы, преобразуют его в видеосигнал, после чего получают файл данных в виде матрицы пикселей, затем в нем с помощью заранее обученной нейронной сети производят поиск и распознавание ближайшего значения N отсчета первичной мерной шкалы и условной линии поверхности жидкости или сыпучего материала, подсчитывают количество пикселей n в изображении между найденным ближайшим значением N отсчета первичной мерной шкалы и условной линией поверхности жидкости или сыпучего материала, а вычисление уровня материала Н производят по формуле H=N-k×n, где k - коэффициент пропорциональности.The essence of the prototype method is that the parameters of liquid and bulk materials in the tank are determined by converting the image of the measuring element into an electrical signal, followed by its digital processing and determining the level, while using the camera, an image of the line of intersection of the surface of the material with the measuring element in the form of a measured scales, convert it to a video signal, after which a data file is obtained in the form of a matrix of pixels, then it is searched and distributed using a pre-trained neural network the nearest value N of the reference of the primary measuring scale and the conditional line of the surface of the liquid or bulk material are counted, the number of pixels n in the image between the found nearest value N of the reference of the primary measuring scale and the conditional line of the surface of the liquid or bulk material is counted, and the calculation of the level of material H is carried out according to the formula H = Nk × n, where k is the coefficient of proportionality.
Недостатком способа-прототипа является то, что он применим в основном для измерения уровня жидких сред. Для определения уровня сыпучих материалов, например уровня цемента, применение указанного способа затруднено из-за того, что мерная шкала, нанесенная на боковой стороне резервуара, из-за запыленности будет трудноразличимой, что приводит к большим погрешностям. Кроме того, реализация способа-прототипа относительно сложна из-за необходимости создания архитектуры нейронной сети, применения в ней множества разнообразных нейронов и из-за необходимости ее обучения.The disadvantage of the prototype method is that it is mainly used for measuring the level of liquid media. To determine the level of bulk materials, for example, the level of cement, the application of this method is difficult due to the fact that the measuring scale on the side of the tank, due to dust content, will be difficult to distinguish, which leads to large errors. In addition, the implementation of the prototype method is relatively complicated due to the need to create an architecture of a neural network, the use of many different neurons in it, and because of the need to train it.
Технической задачей, на которую направлено изобретение, является упрощения способа и повышения точности контроля.The technical problem to which the invention is directed is to simplify the method and increase the accuracy of control.
Поставленная техническая задача решается тем, что в способе измерения параметров сыпучих материалов в резервуарах путем получения изображения с помощью телекамеры, закрепленной над поверхностью измеряемого материала и герметически отделенной от него оптически прозрачным элементом, и мерной шкалы, нанесенной на боковую стенку резервуара, дополнительно в центре крышки устанавливают над вторым герметически отделенным от сыпучего материала оптически прозрачным элементом лазер-дальномер таким образом, чтобы оптическая ось лазера дальномера совпадала осью симметрии резервуара, при этом мерную шкалу изготавливают в виде набора светодиодов, которые покрывают пылеотталкивающей прозрачной пленкой и равномерно располагают по вертикальной линии на боковой поверхности с внутренней стороны резервуара по делениям мерной шкалы, при этом в процессе измерения включают лазер-дальномер, включают светодиоды и цифровую видеокамеру, после чего определяют лазером-дальномером расстояние по центральной оси симметрии резервуара h1 от крышки до поверхности сыпучего материала, а при помощи мерной шкалы и сигнала с видеокамеры определяют расстояние h2 от крышки резервуара до точки, лежащей на мерной шкале области пересечения поверхности сыпучего материала с поверхностью резервуара и объем сыпучего материала в резервуаре рассчитывают по формуле 
На фиг. 1 изображен сыпучий материал в резервуаре после засыпки в него порции сыпучего материала (А) и отсыпки из него порции сыпучего материала (Б).In FIG. 1 shows the bulk material in the tank after filling in a portion of bulk material (A) and pouring a portion of bulk material (B) from it.
На фиг. 1 введены следующие обозначения:In FIG. 1, the following notation is introduced:
1 - резервуар высотой Н и диаметром D; 2 - крышка; 3 - цифровая камера; 4 - оптически прозрачное окно; 5 - светодиоды; 6 - провода для питания светодиодов; 7 - лазер-дальномер; 8 - оптически прозрачное окно; 9 - сыпучий материал; 10 - заслонка; 11 - высыпная воронка.1 - tank height H and diameter D; 2 - cover; 3 - digital camera; 4 - optically transparent window; 5 - LEDs; 6 - wires for powering the LEDs; 7 - laser rangefinder; 8 - optically transparent window; 9 - bulk material; 10 - shutter; 11 - discharge funnel.
Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.
К сыпучим материалам можно отнести: цемент, муку, опилки, зерно, сахар, соль, крупу и т.д. Эти материалы широко используются в различных отраслях промышленности. При учете прихода и расхода сыпучего материала основным параметром является его объем. Рассмотренные же выше аналоги не позволяют определить с достаточной точностью указанный параметр. Кроме того, все они обладают сложностью при их реализации. В предлагаемом решении определение объема сыпучего материала, можно реализовать следующим образом.Bulk materials include cement, flour, sawdust, grain, sugar, salt, cereal, etc. These materials are widely used in various industries. When taking into account the arrival and consumption of bulk material, the main parameter is its volume. The analogues considered above do not allow us to determine the specified parameter with sufficient accuracy. In addition, they all have difficulty in their implementation. In the proposed solution, the determination of the volume of bulk material can be implemented as follows.
Известно, что все сыпучие материалы при их высыпании в любой резервуар в верхней части образуют некоторую нелинейную поверхность, наиболее приближенную к поверхности конуса. Эта характерная особенность сыпучих материалов явилась основанием для введения в качестве одной из основных характеристик сыпучих материалов так называемого «угла естественного откоса α» (см. фиг. 1А). Угол естественного откоса (иногда также угол внутреннего трения, угол ската) - угол, образованный свободной поверхностью сыпучего материала с горизонтальной плоскостью. Иногда может быть использован термин «угол внешнего трения». Частицы материала, находящиеся на свободной поверхности насыпи, испытывают состояние критического (предельного) равновесия. Угол естественного откоса связан с коэффициентом трения и зависит от шероховатости зерен, степени их увлажнения, гранулометрического состава и формы, а также от удельного веса материала.It is known that all bulk materials, when they are poured into any tank in the upper part, form some nonlinear surface that is closest to the surface of the cone. This characteristic feature of bulk materials was the basis for introducing as one of the main characteristics of bulk materials the so-called "angle of repose α" (see Fig. 1A). The angle of repose (sometimes also the angle of internal friction, the angle of the slope) is the angle formed by the free surface of bulk material with a horizontal plane. Sometimes the term “external friction angle” may be used. Particles of material located on the free surface of the embankment experience a state of critical (ultimate) equilibrium. The angle of repose is associated with the coefficient of friction and depends on the roughness of the grains, the degree of their moisture, particle size distribution and shape, as well as on the specific gravity of the material.
Обычно для измерения объема вещества в резервуаре частью объема, находящегося под нелинейной поверхностью пренебрегают, а объема вещества рассчитывают, как объем цилиндра, если резервуар цилиндрический. Так как объем сыпучего материала под нелинейной поверхностью обычно не измеряется, то это приводит к погрешности до 5-10 процентов и более в зависимости от уровня вещества в резервуаре. Поэтому необходимо предложить способ для более точного измерения объема вещества, например цемента, при его дозировании для производства строительных изделий. Рассмотрим, как это можно реализовать.Typically, to measure the volume of a substance in a tank, a part of the volume below the non-linear surface is neglected, and the volume of the substance is calculated as the volume of the cylinder if the tank is cylindrical. Since the volume of bulk material under a non-linear surface is usually not measured, this leads to an error of 5-10 percent or more, depending on the level of the substance in the tank. Therefore, it is necessary to propose a method for more accurately measuring the volume of a substance, such as cement, when dosing it for the production of building products. Let's consider how this can be implemented.
Наиболее часто для загрузки сыпучего материала используют резервуар 1, выполненный в виде цилиндра (см. фиг. 1).Most often, a reservoir 1 made in the form of a cylinder is used to load bulk material (see Fig. 1).
Резервуар 1 обычно закрывается герметичной крышкой 2, для того чтобы предотвратить попадания в сыпучий материал влаги, пыли или иных инородных включений. Если в центральной части на крышке 1 разместить лазер-дальномер 7 над герметичным оптически прозрачным окном 8, то при помощи лазера-дальномера можно определить расстояние по оси симметрии резервуара h1 от крышки до поверхности сыпучего материала.The tank 1 is usually closed with a sealed lid 2, in order to prevent moisture, dust or other foreign matter from entering the bulk material. If the laser rangefinder 7 is placed in the central part on the lid 1 above a sealed optically
При помощи же цифровой видеокамеры 3, расположенной над герметичным оптически прозрачным окном 4 и мерной шкалы 5, изготовленной в виде набора светодиодов, которые покрывают пылеотталкивающей прозрачной пленкой и равномерно располагают по рискам вертикальной линии на боковой поверхности с внутренней стороны резервуара, определяют расстояния h2 до точки, лежащей в месте пересечения поверхности резервуара с поверхностью сыпучего материала, служат светодиоды 5. Для обеспечения требуемой освещенности для контрастной регистрации при помощи цифровой фотокамеры поверхности сыпучего материала светодиоды покрывают пылеотталкивающей прозрачной пленкой. Электрическое питание к светодиодам 5 осуществляют при помощи изолированных проводов 6. Сыпучий материал 9 обычно отделяется от высыпной воронки 11 при помощи заслонки 10.Using a digital video camera 3 located above a sealed optically
В процессе работы с сыпучим материалом могут быть реализованы два варианта. Первый вариант возникает при засыпке сыпучего материала в резервуар. При этом в верхней части сыпучего материала образуется горка в форме круглого конуса, вершина которого направлена вверх (фиг. 1А). Второй вариант реализуется при высыпании некоторого объема сыпучего материала 7 из резервуара 1. При этом на поверхности сыпучего материала образуется коническая воронка с вершиной, направленной вниз (фиг. 1 Б).In the process of working with bulk material, two options can be implemented. The first option occurs when filling bulk material into the tank. In this case, a slide in the shape of a round cone, the top of which is directed upwards, is formed in the upper part of the bulk material (Fig. 1A). The second option is realized when a certain volume of bulk material 7 is poured out of the tank 1. At the same time, a conical funnel with a top pointing downward is formed on the surface of the bulk material (Fig. 1 B).
Рассмотрим, как по результатам измерения h1 и h2 при знании внутренних габаритов цилиндрического резервуара (его высоты Н и диаметра D) можно определить объем сыпучего материала в резервуаре.Consider how the measurement results of h 1 and h 2 with knowledge of the internal dimensions of the cylindrical tank (its height H and diameter D) can determine the volume of bulk material in the tank.
Объем сыпучего материала V1, заключенный между дном (заслонкой 11) резервуара 1 и линией пересечения поверхности сыпучего материала 9 с поверхностью резервуара 1, можно определить по формулеThe volume of bulk material V 1 concluded between the bottom (shutter 11) of the tank 1 and the line of intersection of the surface of the bulk material 9 with the surface of the tank 1 can be determined by the formula
Объем V2 сыпучего материала, находящийся в конической части сыпучего материала, равенThe volume V 2 of bulk material located in the conical part of the bulk material is
Объем сыпучего материала в резервуаре Vc равенThe volume of bulk material in the tank Vc is
В выражении (3) знак (+) ставится, если реализован первый вариант (фиг. 1А), знак (-) ставится когда реализован второй вариант (фиг. 1 Б).In expression (3), the sign (+) is put if the first option is implemented (Fig. 1A), the sign (-) is put when the second option is implemented (Fig. 1 B).
Подставим в выражение (3) выражения (1) и (2), получимWe substitute expressions (1) and (2) into expression (3), we obtain
Таким образом, объем сыпучего материала в резервуаре можно определить по формулеThus, the volume of bulk material in the tank can be determined by the formula
Формула (5) учитывает оба варианта. В случае первого варианта (фиг. 1 А) выполняется неравенство h2≥h1, и V2 имеет знак «+». В случае второго варианта (фиг. 1 Б) выполняется неравенство h1>h2, и V2 имеет знак «-».Formula (5) takes into account both options. In the case of the first option (Fig. 1 A), the inequality h 2 ≥h 1 holds, and V 2 has the sign “+”. In the case of the second option (Fig. 1 B), the inequality h 1 > h 2 holds, and V 2 has the sign “-”.
Пример конкретного выполнения 1Case Study 1
В цилиндрический бункер 1 высотой Н=4 метра и диаметром D=1,6 метра был засыпан цемент с заранее измеренным объемом, равным 5,4 м3 (см. фиг. 1 А).Cement with a pre-measured volume of 5.4 m 3 was poured into a cylindrical hopper 1 with a height of H = 4 meters and a diameter of D = 1.6 meters (see Fig. 1 A).
В центральной части герметичной крышки имелось герметичное оптическое окно 8, выполненное из кварцевого оптического стекла, толщиной 10 мм. С внутренней стороны оптическое окно 8 было покрыто прозрачной пылеотталкивающей лаковой пленкой из POLISTAR Р 8670 [9].In the central part of the sealed cover there was a sealed
С наружной стороны окна был установлен лазерный дальномер 7 фирмы SICK марки ДТ50. На боковой стороне вертикально была установлена мерная линейка с нанесенными на ней делениями, с ценой деления 10 мм. Через каждые 50 мм на мерной шкале были встроены чип-светодиоды 5, которые покрывали лаковой пылеотталкивающей прозрачной пленкой из POLISTAR Р 8670.SMD 3528 (PLCC2). В качестве светодиодов 5 были взяты мощные светодиоды красного диапазона 4R5.On the outside of the window, a laser rangefinder 7 of the SICK brand DT50 was installed. On the lateral side, a vertical ruler was installed vertically with the divisions applied on it, with a division price of 10 mm. Every 50 mm on the measuring scale, chip LEDs 5 were integrated, which were coated with a varnish, dust-repellent transparent film from POLISTAR P 8670.SMD 3528 (PLCC2). As LEDs 5, powerful red LEDs of the 4R5 range were taken.
Покрытие внутренней части оптического окна 4 и поверхности светодиодов 5 пылеотталкивающей прозрачной пленкой осуществлялось для того, чтобы оптический тракт не загрязнялся, и на цифровой видеокамере получались четкие и контрастные изображения поверхности цемента и светодиодов. В периферийной части герметичной крышки имелось еще одно герметичное оптическое окно 4, выполненное из кварцевого оптического стекла, толщиной 10 мм. С внутренней стороны оптическое окно 4 было покрыто прозрачной пылеотталкивающей лаковой пленкой из POLISTAR Р 8670 [9]. Над оптическим окном 4 была установлена цифровая промышленная видеокамера LXG Visual Applets.The inner part of the
После засыпки в резервуар 1 цемента 9 включали светодиоды 5, путем подачи на них питающего напряжения через сеть 6 и одновременно лазер-дальномер 7, и цифровая промышленная видеокамера LXG- 3. Про помощи лазера-дальномера 7 определяли величины h1. Она оказалась равной h1=0,8 м. С помощью цифровой камеры 3 и светодиодов 5 определяли величину h2, которую определяли следующим образом. По видеосигналу с цифровой камеры 3 подсчитывали количество светодиодов от крышки 2 резервуара 1 до последнего светодиода, расположенного над точкой пересечения сыпучего материала 9 с поверхностью резервуара 1 попавшего в обзор видеокамеры 3. Если под последним обозреваемым при помощи видеокамеры светодиодом над поверхностью сыпучего материала имелись еще более мелкие деления, то их величину определяли по количеству пикселей на экране цифровой камеры 3, расположенных между указанным последим видимым на экране цифровой камеры светодиодом, и точкой пересечения поверхности сыпучего материала с поверхностью резервуара, расположенной на мерной шкале. В рассматриваемом случае в обозримой области цифровой камеры 3 было за зарегистрировано n=32 светящихся светодиода, а количество k пикселей между 32-м светодиодом и точкой на мерной шкале, находящейся на границе пересечения сыпучего материала 9 с поверхностью резервуаре 1, было равно 181818. Так как расстояние в 1 пиксель на экране цифровой камеры соответствовало 5,5 мкм (5,5×10-6 м), то величинаAfter filling cement 1 into the reservoir 1, the LEDs 5 were turned on, by supplying them with a supply voltage through a network 6 and simultaneously a laser rangefinder 7, and an LXG-3 digital industrial video camera. The values of h 1 were determined using a laser rangefinder 7. It turned out to be equal to h 1 = 0.8 m. Using a digital camera 3 and LEDs 5, the value of h 2 was determined, which was determined as follows. The video signal from the digital camera 3 was used to calculate the number of LEDs from the cover 2 of the tank 1 to the last LED located above the intersection point of the bulk material 9 with the surface of the tank 1 that came into view of the video camera 3. If there were even more LEDs above the surface of the bulk material under the last LED viewed through the camera small divisions, then their value was determined by the number of pixels on the screen of the digital camera 3 located between the last LED visible on the screen of the digital camera m, and the point of intersection of the surface of the bulk material with the surface of the tank, located on a measuring scale. In the case under consideration, n = 32 light-emitting diodes were registered for the foreseeable region of digital camera 3, and the number of k pixels between the 32nd LED and a point on the measuring scale located at the intersection of the bulk material 9 with the surface of tank 1 was 181818. So as a distance of 1 pixel on the screen of a digital camera corresponded to 5.5 μm (5.5 × 10 -6 m), then the value
h2=0,05×n+0,25×k=0,05×32+5,5×10-6×181818=1,61 м. По результатам измерения был вычислен объем по формуле (5)h 2 = 0.05 × n + 0.25 × k = 0.05 × 32 + 5.5 × 10 -6 × 18181818 = 1.61 m. Based on the measurement results, the volume was calculated by the formula (5)
Объем Vc, измеренный по способу-прототипу, был равен Vc=4,8029 м3.The volume Vc, measured by the prototype method, was equal to Vc = 4.8029 m 3 .
Относительная погрешность измерения объема цемента по способу-прототипу была равнаThe relative error in measuring the volume of cement by the prototype method was equal to
Относительная погрешность измерения объема цемента по заявляемому способу была равнаThe relative error in measuring the volume of cement by the claimed method was equal
Пример конкретного выполнения 2Case Study 2
Из цилиндрического бункера 1 высотой Н=4 метра и диаметром D=1,6 метра, в котором был засыпан цемент с измеренным объемом, равным 6,2 м3, высыпали 3 м3 цемента (см. фиг. 1 Б). Таким образом, в резервуаре должно было остаться 3,2 м3.From a cylindrical hopper 1 with a height of H = 4 meters and a diameter of D = 1.6 meters, in which cement was poured with a measured volume of 6.2 m 3 , 3 m 3 of cement was poured (see Fig. 1 B). Thus, 3.2 m 3 should remain in the tank.
После высыпания из резервуара 1 цемента 9 аналогичным образом, как и в примере 1, измерялись h1 и h2. Они оказались равны h1=3 м и h2=2,2 м. По результатам измерения был вычислен объем сыпучего материала в резервуаре 1. По способу-прототипу оставшийся в резервуаре объем сыпучего материала оказался равным Vc=3,6173м3.After pouring cement 9 from the reservoir 1, h 1 and h 2 were measured in the same manner as in Example 1. They turned out to be equal to h 1 = 3 m and h 2 = 2.2 m. According to the measurement results, the volume of bulk material in the tank 1 was calculated. According to the prototype method, the volume of bulk material remaining in the tank was Vc = 3.6173 m 3 .
Высыпанный из резервуара 1 объем сыпучего материала по способу-прототипу был равенThe volume of bulk material poured out of the tank 1 according to the prototype method was equal to
Vв=6,2-3,6173=2,5827 м3.Vв = 6.2-3.6173 = 2.5827 m 3 .
Относительная погрешность измерения объема цемента по способу-прототипу была равнаThe relative error in measuring the volume of cement by the prototype method was equal to
Вычисленный по формуле (5) по заявляемому способу, оставшийся в резервуаре 1 объем сыпучего материала, оказался равнымCalculated by the formula (5) by the present method, the volume of bulk material remaining in the tank 1 turned out to be equal
Высыпанный из резервуара 1 объем Vв сыпучего материала, определенный по заявляемому способу был равенThe volume Vv of bulk material poured out of the tank 1, determined by the present method was equal
Vв=6,2-3,2139=2,9861 м3 Vв = 6.2-3.2139 = 2.9861 m 3
Таким образом, относительная погрешность измерения объема цемента по заявляемому способу была равнаThus, the relative error in measuring the volume of cement by the claimed method was equal
Таким образом, погрешность измерения по заявляемому способу более чем на порядок ниже погрешности измерения по способу - прототипу.Thus, the measurement error by the present method is more than an order of magnitude lower than the measurement error by the method - prototype.
Кроме того, по сравнению со способом - прототипом заявляемый способ существенно упрощен, так как для своей реализации он не требует построения сложной архитектуры нейронной сети, ее обучения и множества датчиков (синапсов).In addition, compared with the prototype method, the claimed method is significantly simplified, since for its implementation it does not require the construction of a complex neural network architecture, its training, and many sensors (synapses).
Источники информацииInformation sources
1. Бергман А. Ультразвук и его применение в науке и технике. ИЛ. М., 1957, с. 406.1. Bergman A. Ultrasound and its application in science and technology. IL M., 1957, p. 406.
2. Патент США №3922914, МПК G01F 23/28. Каталог переводов описаний изобретений, М., 1988, № 5, с. 88.2. US patent No. 3922914, IPC G01F 23/28. Catalog of translations of descriptions of inventions, M., 1988, No. 5, p. 88.
3. Патент РФ №2037144, МПК G01F 23/28. 1995. БИ №6.3. RF patent No. 2037144, IPC G01F 23/28. 1995. BI No. 6.
4. Патент РФ №2047844, МПК G01F 23/28, 1995. БИ №26.4. RF patent No. 2047844, IPC G01F 23/28, 1995. BI No. 26.
5. Патент Франции №2436372, МПК G01F 23/28.5. French patent No. 2436372, IPC G01F 23/28.
6. Марфин В.П., Кузнецов Ф.В. СВЧ уровнемер // Приборы и системы управления. 1979, №11. С. 28-29.6. Marfin V.P., Kuznetsov F.V. Microwave level meter // Instruments and control systems. 1979, No. 11. S. 28-29.
7. Патент РФ №2234717, G01S 13/34, 04.03.2003.7. RF patent No. 2234717, G01S 13/34, 03/04/2003.
8. Патент РФ №2279642. Способ измерения уровня сыпучих иили жидких материалов и устройство для его осуществления / Якимович Е.А., Замятин Н.В. - Опубл 10.07.2006 Бюл. №19 - (Прототип).8. RF patent No. 2279642. A method of measuring the level of bulk or liquid materials and a device for its implementation / Yakimovich EA, Zamyatin N.V. - Publish 10.07.2006 Bull. No. 19 - (Prototype).
9. http://vsedlyapolov.ru/materialy/polimery-dlya-polov/smoly-nalivnye/mpm-smoly/polistar-p-8670.html9.http: //vsedlyapolov.ru/materialy/polimery-dlya-polov/smoly-nalivnye/mpm-smoly/polistar-p-8670.html
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017113042A RU2658079C1 (en) | 2017-04-14 | 2017-04-14 | Method of monitoring of loose material parameters in tanks |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017113042A RU2658079C1 (en) | 2017-04-14 | 2017-04-14 | Method of monitoring of loose material parameters in tanks |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2658079C1 true RU2658079C1 (en) | 2018-06-19 |
Family
ID=62620437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017113042A RU2658079C1 (en) | 2017-04-14 | 2017-04-14 | Method of monitoring of loose material parameters in tanks |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2658079C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03170029A (en) * | 1989-11-29 | 1991-07-23 | Mitsubishi Electric Corp | Water level measuring instrument |
| RU2145061C1 (en) * | 1998-06-02 | 2000-01-27 | Государственный специализированный проектный институт | Threshold level gauge |
| US6782122B1 (en) * | 2000-04-27 | 2004-08-24 | Simmonds Precision Products, Inc. | Apparatus for measuring height of a liquid in a container using area image pattern recognition techniques |
| RU2279642C2 (en) * | 2002-04-05 | 2006-07-10 | Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники | Method and device for measuring level of loose or liquid materials |
| US20160341591A1 (en) * | 2015-05-20 | 2016-11-24 | Airbus Operations Limited | Measuring surface of a liquid |
-
2017
- 2017-04-14 RU RU2017113042A patent/RU2658079C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03170029A (en) * | 1989-11-29 | 1991-07-23 | Mitsubishi Electric Corp | Water level measuring instrument |
| RU2145061C1 (en) * | 1998-06-02 | 2000-01-27 | Государственный специализированный проектный институт | Threshold level gauge |
| US6782122B1 (en) * | 2000-04-27 | 2004-08-24 | Simmonds Precision Products, Inc. | Apparatus for measuring height of a liquid in a container using area image pattern recognition techniques |
| RU2279642C2 (en) * | 2002-04-05 | 2006-07-10 | Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники | Method and device for measuring level of loose or liquid materials |
| US20160341591A1 (en) * | 2015-05-20 | 2016-11-24 | Airbus Operations Limited | Measuring surface of a liquid |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2657104C1 (en) | Method of loose material parameters monitoring in tanks | |
| US11280748B2 (en) | Conveyor system and measuring device for determining water content of a construction material | |
| US20200378816A1 (en) | Calibration-free continuous bin level sensor | |
| US4417473A (en) | Multi-capacitor fluid level sensor | |
| US4448072A (en) | Fluid level measuring system | |
| US20120138824A1 (en) | Continuous liquid level sensor having multiple light sources and light receiving devices | |
| WO2014140044A1 (en) | Radar level gauging with signal division | |
| Mohindru | Development of liquid level measurement technology: A review | |
| RU2658079C1 (en) | Method of monitoring of loose material parameters in tanks | |
| US3133445A (en) | Ultrasonic particle size measurement apparatus | |
| RU2661314C1 (en) | Method of loose material parameters monitoring in tanks | |
| US4417472A (en) | Fluid level sensor | |
| RU2636794C2 (en) | Method for controlling parameters of loose or liquid materials in reservoirs | |
| JPS5847219A (en) | Storage measuring device of silo for storing powder and particle | |
| RU2005114602A (en) | METHOD FOR GRADING GAS FLOW METERS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
| JP2010536022A (en) | Method for measuring fluidity of materials with low fluidity | |
| CN108344465A (en) | Method and device for measuring liquid level based on liquid temperature | |
| JPH10267726A (en) | Volume-weight measurement device for sample such as grain | |
| RU2670367C1 (en) | Device for determining the quantity of drilling solution in a tank | |
| FI120604B (en) | Method for improving the accuracy of humidity measurement based on electrical properties or electromagnetic wave motion | |
| Hunt | Level sensing of liquids and solids–a review of the technologies | |
| SU451940A1 (en) | Method for determining the angle of repose of powdered materials | |
| JPS6156925B2 (en) | ||
| Lewis Sr | Technology Review Level Measurement of Bulk Solids in Bins, Silos and Hoppers | |
| RU2791960C2 (en) | Method for measuring the weight of liquid in a tank of arbitrary configuration |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200415 |