Table of Contents
नैतिकता और क्लाउडनेस को समझना
ऑप्टिकल स्तर सेंसर उत्सर्जन और रिसीवर के बीच एक साफ, निर्बाध ऑप्टिकल पथ पर निर्भर करते हैं। अशांत तरल पदार्थ में, तेजी से, अराजक प्रवाह अलग-अलग निष्क्रिय संकेत बनाता है और हवा के बुलबुले या एडी को पेश करता है जो प्रकाश को अप्रत्याशित रूप से बिखरे हुए हैं। यह बिखरने रिसीवर को बहुत अधिक प्रकाश (यदि बुलबुले प्रकाश वापस प्रतिबिंबित करते हैं) या बहुत कम (यदि बीम को अलग-अलग हो) का पता लगाने का कारण बन सकता है। परिणाम एक jittery या स्थायी रूप से गलत स्तर पढ़ने वाला है। बादल तरल पदार्थ एक अलग चुनौती पेश करते हैं: निलंबित कण (जैसे, कीचड़, ठीक ठोस, पायस) को अवशोषित या प्रकाश को कम करने से पहले।
सेंसर डिजाइन और घटक चयन
Encapsulation and Shielding
मजबूत आवास, कांच की खिड़कियों या नीलम लेंस का उपयोग करके ऑप्टिकल घटकों का भौतिक अलगाव नाटकीय रूप से अशांति के प्रभाव को कम कर सकता है। एनकैप्सुलेटेड सेंसर ऑप्टिकल इंटरफ़ेस के पास एक स्थिर तरल सीमा बनाते हैं, जो थोक तरल गति के प्रभाव को नम करते हैं। उदाहरण के लिए, एक सेंसर जिसमें 10 डिग्री संकीर्ण बीम कोण है जो एक बेलनाकार श्रुड के पीछे रखा गया है, एक नंगे एलईडी उत्सर्जनकर्ता की तुलना में एक उत्तेजित टैंक में बहुत कम झूठे ट्रिगर होंगे।
तरंगदैर्ध्य अनुकूलन
एक तरंग दैर्ध्य के साथ एक प्रकाश स्रोत का चयन करना जो विशिष्ट तरल में अवशोषण और बिखरने को कम करता है, महत्वपूर्ण है। 850-940 एनएम पर लगभग अवरक्त प्रकाश आम तौर पर बादल पानी, slurries और कई औद्योगिक तरल पदार्थ दृश्यमान लाल या नीले प्रकाश की तुलना में बेहतर होते हैं। अत्यंत turbid वातावरण में, यहां तक कि लंबे तरंग दैर्ध्य (जैसे, 1300 एनएम) का उपयोग किया जा सकता है, हालांकि सेंसर लागत और जटिलता वृद्धि। कुछ निर्माताओं अब बहु तरंगदैर्ध्य सेंसर प्रदान करते हैं जो स्वचालित रूप से वास्तविक समय की turbidity माप के आधार पर सर्वश्रेष्ठ आउटपुट पर स्विच करते हैं।
बीम ज्यामिति और Collimation
वाइड बीम सेंसर झूठी रीडिंग के लिए अधिक संवेदनशील होते हैं क्योंकि अशांति के कारण होने वाले स्टॉरि प्रतिबिंब रिसीवर को मारने की अधिक संभावना होती है। प्रकाश को एक संकीर्ण, केंद्रित बीम में मिलाकर कोणीय स्प्रे को कम कर देता है, जिससे सेंसर को ऑफ-अक्ष बिखरने के प्रति कम संवेदनशील बना देता है। उच्च कण घनत्व वाले तरल पदार्थ के लिए, एक गोताखोर बीम वास्तव में संभावना को बढ़ाकर मदद कर सकता है कि कुछ फोटें रिसीवर तक पहुंचती हैं - इस व्यापार-बंद को प्रति एप्लिकेशन को ट्यून किया जाना चाहिए।
उन्नत सिग्नल प्रोसेसिंग और फ़िल्टरिंग
समय-Domain Averaging
आधुनिक ऑप्टिकल सेंसर प्रति सेकंड कई माप ले सकते हैं और चलती हवा को औसतन लागू कर सकते हैं। एक साधारण 10-नमूना औसत स्तर में परिवर्तन के लिए प्रतिक्रिया समय का त्याग किए बिना हवा के बुलबुले से शॉर्ट-डुरेशन स्पाइक्स को बाहर निकाल सकते हैं। अधिक परिष्कृत एल्गोरिदम तरल स्तर में कदम बदलाव को संरक्षित करते समय बाहरी लोगों को अस्वीकार करने के लिए औसत फ़िल्टरिंग का उपयोग करते हैं।
अनुकूली थ्रेसहोल्डिंग
एक निश्चित संकेत स्तर की सीमा के बजाय, अनुकूली सिस्टम लगातार आधार रेखा संकेत शक्ति की निगरानी करते हैं और चल रहे आंकड़ों के आधार पर ट्रिगर पॉइंट को समायोजित करते हैं। उदाहरण के लिए, एक सेंसर में एक कीचड़ टैंक की निगरानी होती है, प्रोसेसर शांत अवधि के दौरान औसत संकेत की पहचान कर सकता है और फिर ± 3 मानक विचलन पर थ्रेसहोल्ड सेट कर सकता है। यह स्तर परिवर्तन को इंगित करने वाले कणों के एक संक्षिप्त बादल को झूठे रूप से रोकता है।
दोहरी-Wavelength विभेदक मापन
एक सुरुचिपूर्ण समाधान विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर उत्सर्जित दो एल ई डी का उपयोग करता है - एक तरल द्वारा दृढ़ता से अवशोषित, एक कमजोर रूप से अवशोषित। लौटाए गए संकेतों के अनुपात को मापने के द्वारा, सेंसर सामान्य मोड शोर को रद्द कर सकता है जैसे कि उग्रता या मूर्खता के कारण प्रकाश बिखरना। इस तकनीक का पहले से ही कुछ turbidity-compensated स्तर सेंसर में उपयोग किया जाता है और पायस में 90% से अधिक की झूठी रीडिंग को कम कर सकता है।
स्थापना सर्वश्रेष्ठ अभ्यास
सेंसर को Quiescent जोन में ढूंढना
सेंसर को तरल इनलेट, आंदोलनकारी ब्लेड या पाइप मोड़ से दूर रखें जहां अशांति सबसे ज्यादा है। कई टैंकों में, एक स्थायी अच्छी तरह से स्थापित करना - एक छिद्रित ट्यूब जो थोक आंदोलन से तरल के एक स्तंभ को अलग करता है - लगभग गतिहीन माप क्षेत्र बना सकता है। इसी तरह, आंदोलनकारी के विपरीत एक टैंक के किनारे सेंसर को पोजीशन करना झूठी रीडिंग को काफी कम कर सकता है।
घटना का कोण
ऑप्टिकल बीम को थोड़ा नीचे कोण पर निर्देशित करना (क्षैतिज नहीं) ऑप्टिकल पथ में lingering से फ्लोटिंग मलबे या बुलबुले को रोकने में मदद करता है। प्रतिबिंबित (तरल-वर्तमान) सेंसर के लिए, एक एंगल्ड इंस्टॉलेशन भी फोम या वाष्प को प्रतिबिंबित करने वाले प्रकाश के जोखिम को कम कर देता है, जो एक तरल सतह की नकल कर सकता है।
फ्लशिंग और प्रेज़ेंटेशन सिस्टम
लगातार बादल तरल पदार्थ के लिए, ऑप्टिकल विंडो की आवधिक सफाई आवश्यक है। स्वचालित प्यूज सिस्टम जो लेंस में साफ तरल या संपीड़ित हवा का एक छोटा सा जेट है, जमा को जमा करने से रोक सकता है। कुछ सेंसरों में एकीकृत वाइपर शामिल हैं। खाद्य प्रसंस्करण में, स्वच्छ स्थान (CIP) सिस्टम को नियमित सफाई चक्र के दौरान सेंसर पोर्ट को शुद्ध करने के लिए समय दिया जा सकता है।
वैकल्पिक और पूरक प्रौद्योगिकी
जबकि ऑप्टिकल सेंसर कई अनुप्रयोगों के लिए लागत प्रभावी रहता है, कुछ वातावरण इतने चुनौतीपूर्ण हैं कि वैकल्पिक प्रौद्योगिकियों को पसंद किया जाता है।
- ]अल्ट्रासोनिक स्तर सेंसर ध्वनि तरंगों का उपयोग करते हैं और तरल स्पष्टता या अपारदर्शिता के लिए काफी हद तक प्रतिरक्षात्मक हैं। हालांकि, वे फोम, वाष्प और भारी अशांति से प्रभावित हो सकते हैं। एक तर्क-एंड या बहुमत-वोट योजना में अल्ट्रासोनिक और ऑप्टिकल सेंसर का संयोजन अकेले प्रौद्योगिकी के कारण झूठी रीडिंग को समाप्त कर सकता है।
- ]Radar (microwave) level Sensor turbulent और foamy तरल पदार्थ के लिए उत्कृष्ट हैं, क्योंकि माइक्रोवेव धूल, वाष्प या बादल द्वारा अप्रभावित हैं। गैर संपर्क रडार, विशेष रूप से आवृत्ति-संचालित निरंतर तरंग (FMCW) रडार, उच्च तापमान और उच्च दबाव वाले जहाजों में विश्वसनीय रीडिंग प्रदान करता है।
- लेजर आधारित टाइम ऑफ-फ्लाइट सेंसर अत्यधिक सटीक प्रदान करते हैं लेकिन इसे retroreflection के सावधानीपूर्वक प्रबंधन की आवश्यकता होती है और इसे घने बादलों से अंधा किया जा सकता है। वे मध्यम अशांति के साथ स्वच्छ पारदर्शी तरल पदार्थ में अच्छी तरह से काम करते हैं।
- ]Conductivity या समाई जांच ऑप्टिकल सेंसर के साथ इस्तेमाल किया स्तर परिवर्तन को मान्य कर सकते हैं- यदि तीन अलग-अलग प्रौद्योगिकियों के लिए सहमत हैं, तो झूठे पढ़ने की संभावना बहुत कम है।
केस स्टडी: अपशिष्ट जल उपचार संयंत्र में झूठी अलार्म को कम करना
एक नगरपालिका अपशिष्ट जल संयंत्र प्राथमिक स्पष्टीकरण टैंक में ऑप्टिकल सेंसर से प्रति दिन 10-15 झूठे स्तर के अलार्म का सामना कर रहा था। तरल में निलंबित ठोस (500-3000 पीपीएम) शामिल थे और इसे प्रति सप्ताह एक से अधिक समय तक कम प्रवाहित किया गया था। एक तीन-प्रयोजित फिक्स को लागू करने के बाद - एनआईआर 940 एनएम एल ई डी में स्विच करना, प्रत्येक सेंसर के आसपास अभी भी कुओं को स्थापित करना और पीएलसी में 50-नमूना औसत फ़िल्टर जोड़ना - झूठे अलार्म दर प्रति सप्ताह एक से कम हो गई। कुल रेट्रोफिट लागत प्रति सेंसर बिंदु के तहत $ 5,000 से कम थी, जिसमें श्रम की बचत के कारण छह महीने की एक पेबैक अवधि थी और रासायनिक खुराक की त्रुटियों को कम कर दिया गया था।
रखरखाव और अंशांकन प्रोटोकॉल
आवधिक सफाई
यहां तक कि स्थापना सर्वोत्तम प्रथाओं के साथ, ऑप्टिकल विंडो अनिवार्य रूप से फिल्म या स्केल को जमा करती हैं। एक रखरखाव कार्यक्रम में एक नरम कपड़े या ब्रश के साथ दृश्य निरीक्षण और कोमल सफाई शामिल होना चाहिए। घर्षण क्लीनर से बचें जो ऑप्टिकल सतह को खरोंच कर सकते हैं। कठोर वातावरण में, प्रत्येक प्रक्रिया बैच या ऑपरेशन के हर सप्ताह के बाद अनुसूची सफाई।
अंशांकन सत्यापन
एक कैलिब्रेटेड संदर्भ (जैसे, एक ज्ञात तरल ऊंचाई या एक परीक्षण ब्लॉक) का उपयोग करके सेंसर आउटपुट को मासिक रूप से सत्यापित करने के लिए किया जाता है। कुछ आधुनिक सेंसरों में अंतर्निहित स्वयं-diagnostic दिनचर्या शामिल हैं जो विंडो फॉउलिंग का पता लगा सकती हैं और एक चेतावनी उत्पन्न कर सकती हैं। समय के साथ लॉगिंग सेंसर बहाव की आवश्यकता होने पर भविष्यवाणी करने में मदद करता है।
पर्यावरण संरक्षण
तापमान में बदलाव एलईडी आउटपुट और रिसीवर संवेदनशीलता को प्रभावित कर सकते हैं। सेंसर के लिए देखो जिसमें आंतरिक तापमान मुआवजा शामिल है या जो एक विस्तृत तापमान रेंज (जैसे -40 डिग्री सेल्सियस से + 85 डिग्री सेल्सियस) पर काम करते हैं। बाहरी प्रतिष्ठानों के लिए, थर्मल ढाल को रोकने के लिए एक सूर्य ढाल पर विचार करें जो झूठी रीडिंग का कारण बन सकता है।
ऑप्टिकल लेवल सेंसिंग में भविष्य के रुझान
उभरती हुई प्रौद्योगिकियों में चुनौतीपूर्ण तरल पदार्थों में भी बेहतर प्रदर्शन का वादा किया गया है। एज उपकरणों पर चल रहे मशीन लर्निंग एल्गोरिदम एक विशिष्ट टैंक के विशिष्ट शोर पैटर्न को सीख सकते हैं और क्षणिक घटनाओं से वास्तविक स्तर के बदलाव को अलग कर सकते हैं। ऑप्टिकल सेंसर आईओटी प्लेटफॉर्म के साथ एकीकृत डेटा को अन्य सेंसर (दबाव, तापमान, पीएच) के साथ साझा कर सकते हैं ताकि ऑप्टिकल हस्तक्षेप की भरपाई हो सके। इसके अतिरिक्त, समयबद्ध इमेजिंग सेंसर जो केवल एक सटीक समय में एक प्रकाश पल्स के बाद ही कणों से बैकस्केटर को अस्वीकार कर सकता है, जो घने slurries में भी स्पष्ट स्तर संकेत प्रदान करता है।
निष्कर्ष
अशांति और बादलपन के कारण ऑप्टिकल स्तर सेंसर में झूठी रीडिंग अनिवार्य नहीं हैं। अंतर्निहित भौतिकी को समझने के द्वारा, उचित सेंसर डिजाइन और तरंग दैर्ध्य का चयन करके, बुद्धिमान संकेत प्रसंस्करण को लागू करना, और स्थापना और रखरखाव को अनुकूलित करना, औद्योगिक सुविधाएं विश्वसनीय, सटीक स्तर माप प्राप्त कर सकती हैं। सबसे कठिन अनुप्रयोगों के लिए, ऑप्टिकल और वैकल्पिक प्रौद्योगिकी सेंसर का संयोजन मजबूत अतिरेक प्रदान करता है। ये रणनीतियां डाउनटाइम को कम करती हैं, लागत की प्रक्रिया को कम करती हैं, और सुरक्षा में सुधार करती हैं - उन्हें किसी भी सुविधा हैंडलिंग जटिल तरल पदार्थ के लिए एक सार्थक निवेश बनाती हैं।
आगे पढ़ने के लिए, ] देखें ऑप्टिकल स्तर सेंसर पर ओमेगा इंजीनियरिंग तकनीकी गाइड , ब्रूइंग और डेयरी के लिए Endress+ Hauser application Note , और ScienceDirect entry on ऑप्टिकल स्तर सेंसर भौतिकी]]].