درک فیزیک توربولانس و Cloudiness

سنسورهای سطح نوری به یک مسیر نوری تمیز و بی وقفه بین فرستنده و گیرنده متکی هستند.در مایعات آشفته، جریان سریع و آشفته شاخص های مختلف انکساری ایجاد می کند و حباب های هوا یا eddies را معرفی می کند که نور را به طور غیر قابل پیش بینی پراکنده می کند، این پراکندگی می تواند باعث شود گیرنده نور بیش از حد را تشخیص دهد (اگر حباب های نور منعکس کننده نور را به طور دائمی کاهش دهد).

طراحی سنسور و انتخاب جزء

عدم توانایی و مهار

انزوای فیزیکی اجزای نوری با استفاده از مسکن های قوی، پنجره های شیشه ای یا لنزهای یاقوت کبود می تواند به طور چشمگیری تاثیر آشفتگی را کاهش دهد. سنسورهای آنزیمی که در پشت یک اتصال مایع پنهان شده اند، مرز مایع استاتیک نزدیک رابط نوری ایجاد می کنند، به عنوان مثال، یک سنسور با زاویه 10 درجه باریک که در پشت یک لوله کش پنهان قرار دارد، به مراتب کمتر از یک مخزن روشن است.

بهینه سازی موج

انتخاب یک منبع نور با طول موج که جذب و پراکنده شدن در مایع خاص را به حداقل می رساند، حیاتی است.نور نزدیک مادون قرمز (NIR) در 850-940 نانومتر به طور معمول به آب ابری، آب های آب، و بسیاری از مایعات صنعتی بسیار بهتر از نور قرمز یا آبی قابل مشاهده است.در محیط های بسیار پایدار، حتی طول موج طولانی (به عنوان مثال، نانومتر)، می تواند به طور خودکار افزایش یابد و سنسور افزایش یابد که در حال حاضر بسیار گران قیمت است.

عدم تقارن و Collimation

سنسورهای گسترده تر نسبت به خواندن نادرست بیشتر حساس هستند، زیرا انعکاس های گمراه کننده ناشی از آشفتگی بیشتر احتمال دارد که به گیرنده ضربه بزنند.در واقع یک پرتو متمرکز می تواند گسترش زاویه ای را کاهش دهد، و سنسور را کمتر حساس به پراکندگی از هر جهت مسدود کننده کند.

پردازش سیگنال پیشرفته و فیلتر کردن

زمان-دومین

سنسورهای نوری مدرن می توانند اندازه گیری های زیادی را در ثانیه انجام دهند و به طور متوسط پنجره متحرک را اعمال کنند. میانگین 10 اسپک ساده می تواند موج های کوتاه مدت را از حباب های هوا بدون قربانی زمان پاسخ برای تغییرات سطح، از فیلتر کردن متوسط برای رد کردن بیرون رفتن استفاده کند در حالی که حفظ تغییرات مرحله ای در سطح مایع.

Adaptive Thresholding

به جای آستانه سیگنال ثابت، سیستم های انطباقی به طور مداوم قدرت سیگنال پایه را نظارت می کنند و نقطه ماشه را بر اساس آمار اجرا تنظیم می کنند.به عنوان مثال، در یک سنسور که یک مخزن شیب دار را نظارت می کند، پردازنده می تواند سیگنال های متوسط را در دوره های آرام شناسایی کند و سپس آستانه ها را در انحراف های استاندارد ±3 تنظیم کند.

اندازه گیری دوگانه-Wave بلند

یک راه حل ظریف از دو LED در طول موج های مختلف استفاده می کند - یکی به شدت جذب شده توسط مایع، یکی به شدت جذب شده است.با اندازه گیری نسبت سیگنال های بازگشت، سنسور می تواند صدای رایج حالت مانند پراکنده شدن نور ناشی از آشفتگی یا خطا را لغو کند.این تکنیک در حال حاضر در برخی از سنسورهای سطح پایدار استفاده می شود و می تواند خواندن نادرست را بیش از 90٪ کاهش دهد.

بهترین تمرین های نصب

دانلود بازی The Sensor in Quiescent Zones

سنسور را از داخل داخله مایع، تیغه های آنژیوگرافیاتور یا خم کردن لوله که در آن آشفتگی بالاترین است.در بسیاری از مخازن، نصب یک لوله سوراخ شده که ستون مایع را از حرکت فله جدا می کند - می تواند یک منطقه اندازه گیری تقریبا بدون حرکت را به طور مشابه ایجاد کند، قرار دادن سنسور در سمت مخزن در مقابل یک آنژیوگرافیک به طور قابل توجهی می تواند خواندن نادرست را کاهش دهد.

زاویه ی Incidence

هدایت پرتو نوری در زاویه ای کوچک به پایین (نه افقی) به جلوگیری از بقایای شناور یا حباب ها از توقف در مسیر نوری کمک می کند. برای سنسورهای انعکاسی (به صورت مایع) ، نصب زاویه ای همچنین خطر بازتاب نور را از فوم یا بخار کاهش می دهد که می تواند یک سطح مایع را تقلید کند.

سیستم های Flushing و Purge

برای مایعات به طور مداوم ابری، تمیز کردن دوره ای پنجره نوری ضروری است.سیستم های تصفیه خودکار که هدف یک جت کوچک از مایع تمیز یا هوای فشرده در سراسر لنز می تواند سپرده ها را از جمع آوری نگه دارد، برخی از سنسورها شامل پاک کننده های یکپارچه در پردازش مواد غذایی، سیستم های تمیز در محل (CIP) می توانند زمان برای پاک کردن سنسور در طول چرخه های تمیز کردن معمول باشد.

جایگزین و Complementary Technologies

در حالی که سنسورهای نوری برای بسیاری از برنامه ها مقرون به صرفه باقی می مانند، برخی از محیط ها به این چالش می پردازند که فن آوری های جایگزین ترجیح داده می شوند.

  • سنسورهای سطح مافوق صوت از امواج صوتی استفاده می کنند و عمدتاً از وضوح مایع یا ابهام مصون هستند، با این حال، آنها می توانند تحت تاثیر فوم، بخار و آشفتگی سنگین قرار گیرند. ترکیب اولتراسونیک و سنسورهای نوری در یک طرح منطقی یا اکثریت-vote می تواند خواندن های دروغین ناشی از فن آوری را از بین ببرد.
  • سنسورهای سطح میکرومر برای مایعات آشفته و فوم عالی هستند، زیرا مایکروویوها تحت تاثیر گرد و غبار، بخار یا رادار غیر تماس، به ویژه موج مداوم فرکانسی (FMCW) قرار می گیرند، خواندن قابل اعتماد در کشتی های با دما بالا و با فشار بالا فراهم می کند.
  • سنسورهای زمان پرواز مبتنی بر سر دقت بسیار دقیقی ارائه می دهند، اما نیاز به مدیریت دقیق از عقب نشینی دارند و می توانند توسط ابرهای متراکم به خوبی در مایعات شفاف با آشفتگی های معتدل کار کنند.
  • Conductivity یا خازن ها در کنار سنسورهای نوری استفاده می شود می تواند تغییرات سطح را تأیید کند - اگر سه تکنولوژی مختلف موافق باشند، احتمال خواندن نادرست بسیار کم است.

مطالعه موردی: کاهش هشدار های کاذب در یک گیاه تصفیه آب

یک کارخانه فاضلاب شهری 10 تا 15 زنگ خطر در روز را از سنسورهای نوری در مخازن اولیه clarifier تجربه می کرد. مایع حاوی جامد معلق (500 تا 3000 ppm) بود و با استفاده از جریان نفوذ کننده تحریک شد - پس از اجرای یک تعمیر سه ماهه - سوئیچ به NIR 940 نانومتر LED، هنوز نصب خوب در اطراف هر یک از سنسور و اضافه کردن یک سنسور مواد شیمیایی به طور کلی کاهش می یابد.

پروتکل های تعمیر و نگهداری و کالیبراسیون

تمیز کردن دوره ای

حتی با نصب بهترین شیوه ها، پنجره های نوری به طور اجتناب ناپذیری فیلم یا مقیاس را جمع آوری می کنند.یک برنامه تعمیر و نگهداری باید شامل بازرسی بصری و تمیز کردن ملایم با یک پارچه نرم یا برس باشد.از تمیز کننده های ساینده که می توانند سطح نوری را خراشیده کنند، تمیز کردن برنامه پس از هر فرآیند یا هر هفته از عمل.

قابلیت های Multiification

از مرجع کالیبره شده (به عنوان مثال، ارتفاع مایع شناخته شده یا یک بلوک آزمایشی) برای تأیید خروجی سنسور در ماه استفاده کنید، برخی از سنسورهای مدرن شامل روال های خود تشخیص دهنده ای هستند که می توانند پنجره را تشخیص دهند و یک هشدار را تولید کنند.

جبران خسارت زیست محیطی

تغییرات دما می تواند بر خروجی LED و حساسیت گیرنده تاثیر بگذارد، به دنبال سنسورهایی باشید که شامل جبران دمای داخلی هستند یا در محدوده دمای گسترده ای فعالیت می کنند (به عنوان مثال، ۴۰ درجه سانتیگراد به + ۸۵ درجه سانتیگراد) برای نصب های خارجی، یک سپر خورشید را برای جلوگیری از گرادینت های حرارتی که ممکن است باعث خواندن نادرست شوند، در نظر بگیرید.

آینده نگری در سطح نوری

فن آوری های نوظهور حتی عملکرد بهتری در مایعات چالش برانگیز ارائه می دهند. الگوریتم های یادگیری ماشین که بر روی دستگاه های لبه اجرا می شوند می توانند الگوهای نویز معمولی یک مخزن خاص را یاد بگیرند و تغییرات سطح واقعی را از سنسورهای نوری یکپارچه با سیستم عامل های IoT نشان دهند که می توانند داده ها را با دیگر سنسورها (فشار، دما، pH) به اشتراک بگذارند تا یک مدل فرآیند جامع ایجاد کنند که باعث تداخل نوری می شود، علاوه بر این سنسورهای تصویربرداری زمان دقیق، حتی می توانند سیگنال های نوری را از ذرات نوری را رد کنند.

نتیجه گیری

خواندن نادرست در سنسورهای سطح نوری ناشی از آشفتگی و ابری بودن قابل تحمل نیست.با درک فیزیک زمینه ای، انتخاب طرح های سنسور مناسب و طول موج ها، استفاده از پردازش سیگنال هوشمند و بهینه سازی نصب و نگهداری، امکانات صنعتی می تواند به اندازه گیری های قابل اعتماد و دقیق سطح برای سخت ترین کاربردها، ترکیبی از سنسورهای نوری و فناوری جایگزین، استراتژی های قوی برای کاهش پردازش و مدیریت هزینه های سرمایه گذاری را فراهم می کند - جلوگیری از بهبود هر گونه پردازش ایمنی پیچیده و مدیریت آن.

برای مطالعه بیشتر، راهنمای فنی مهندسی Omega را در سنسورهای سطح نوری ، ، ، یادداشت کاربردی + Hauser برای دم کردن و لبنیات و Science Direct ورود به فیزیک سنسور نوری [FLT5:5].