Hiểu được vật lý của sự hỗn loạn và sự mây mù

Trong các chất lỏng gây nhiễu, dòng chảy nhanh tạo ra các chất hóa học khác nhau và tạo ra các chất làm tăng tốc độ hấp thụ khác nhau và đưa ra những bong bóng hơi phân tán không tiên đoán trước được, phân tán này có thể làm cho bộ nhận được ánh sáng quá nhiều (nếu bong bóng phản xạ trở lại) hoặc quá ít (nếu chùm tia có khả năng chuyển hướng). Kết quả là một mức độ đọc không ổn định hoặc sai.

Thiết kế bộ nhạy và phần chọn thành phần

Thu thập và che chở

Sự cô lập của các thành phần quang học sử dụng các nhà vững chắc, cửa sổ kính hoặc thấu kính ngọc lam ngọc có thể giảm đáng kể ảnh hưởng của sự nhiễu loạn. Các cảm biến kích thích tạo ra một ranh giới tĩnh gần giao diện quang học, làm giảm hiệu ứng của chuyển động lớn chất lỏng. Chẳng hạn, bộ cảm biến với góc 10 độ của chùm tia hẹp được xây sau tấm vải liệm trụ hình trụ sẽ có ít hơn nhiều tác động sai trong một bồn chứa chất phát ra đèn LED.

Chọn

Chọn một nguồn ánh sáng với bước sóng tối thiểu thu nhỏ và phân tán trong chất lỏng đặc biệt là rất quan trọng. Trong môi trường rất hẹp, các bước sóng âm dài hơn (v. d. 1300 nm) có thể được sử dụng mặc dù cảm biến và độ phức tạp tăng. Một số nhà sản xuất cung cấp nhiều sóng đa chiều, mà chuyển đổi tự động ra kết xuất tốt nhất dựa trên độ chính xác thời gian thực.

Hình học Beam và Đối xứng

Cảm biến rộng và rộng dễ bị đọc sai bởi vì sự phản xạ bị mất trí bởi nhiễu loạn có khả năng sẽ dễ dàng đánh vào bộ nhận tín hiệu. tăng sự tăng cường ánh sáng thành một chùm tia thu hẹp, tập trung giảm sự lan rộng, làm cho bộ cảm biến ít nhạy cảm hơn với việc phân tán các chất lỏng với mật độ hạt cao, một chùm tia ngoại phân cực có thể thực sự giúp đỡ bằng cách tăng khả năng lượng photon đến người nhận này phải thay đổi trên mỗi ứng dụng.

Xử lý và lọc tín hiệu cao cấp

Thông tin thời gian

Các cảm biến quang học hiện đại có thể đo nhiều lần trên giây và áp dụng các thông tin chuyển động. Một trung bình 10-sample đơn giản có thể làm mịn các gai ngắn từ bong bóng khí mà không cần hy sinh thời gian phản ứng cho mức độ thay đổi. Các thuật toán tinh vi hơn sử dụng bộ lọc trung bình để loại bỏ các biến đổi trong cấp độ lỏng.

Chọn lựa sự thích nghi

Thay vì một ngưỡng tín hiệu cố định, hệ thống thích nghi liên tục theo dõi sức mạnh của tín hiệu cơ bản và điều chỉnh điểm kích hoạt dựa trên thống kê. Ví dụ, trong bộ cảm biến theo dõi một bể chứa phân, bộ xử lý có thể nhận diện tín hiệu trung bình trong thời gian bình tĩnh và đặt ngưỡng ở độ lệch chuẩn vội vàng. Việc này ngăn cản một đám mây nhỏ các hạt từ dấu hiệu thay đổi cấp độ sai.

Đo lường Đôi

Một giải pháp thanh lịch sử dụng hai đèn LED phát ra ở các bước sóng khác nhau một được hấp thụ mạnh bởi chất lỏng, một hấp thụ yếu. bằng cách đo tỷ lệ các tín hiệu trả về, bộ cảm biến có thể loại bỏ ra những nhiễu đồng thời như nhiễu điện phân tán ánh sáng do nhiễu hoặc nhiễu. Kỹ thuật này đã được sử dụng trong một số bộ cảm biến độ lỏng và có thể giảm đi hơn 90% số lượng đọc sai trong các bản sao.

Các thực hành tốt nhất cài đặt

Tìm cảm biến trong vùng cấm

Đặt bộ cảm biến từ dung dịch, bộ phận kích hoạt, hoặc dây dẫn, chỗ có nhiễu cao nhất. trong nhiều bồn chứa, cài đặt một ống thông tĩnh mạch có thể tách một cột chất lỏng ra khỏi các chuyển động lớn có thể tạo ra một vùng gần như không chuyển động. tương tự, đặt bộ cảm biến ở phía bên cạnh một chiếc xe tăng đối diện với bộ phận kích hoạt có thể giảm đáng kể các thông tin sai.

Góc độ của sự hỗn loạn

Hướng các tia quang học ở góc dưới nhẹ (không phải ngang) giúp ngăn chặn các mảnh vụn nổi hoặc bong bóng trôi lơ lửng trong đường dẫn quang học. Đối với các cảm biến phản chiếu (hiện tại), một sự cài đặt góc cũng làm giảm nguy cơ phản xạ ánh sáng từ bọt hoặc hơi nước, có thể bắt chước bề mặt lỏng.

Hệ thống lọc và tẩy

Đối với chất lỏng liên tục đục, việc làm sạch chu kỳ của cửa sổ quang học là cần thiết. Hệ thống lọc tự động nhắm vào một phản lực nhỏ chứa chất lỏng sạch hoặc khí nén qua ống kính có thể giữ cho bộ nhớ không tích tụ lại. một số bộ cảm biến bao gồm cả bộ lọc tích hợp trong quá trình xử lý thực phẩm, hệ thống làm sạch (CIP) có thể được canh thời gian để thanh lọc cổng cảm biến trong chu kỳ làm sạch thường xuyên.

Công nghệ khen ngợi và thay thế

Trong khi các cảm biến quang học vẫn còn hiệu quả với nhiều ứng dụng, một số môi trường lại thách thức đến nỗi người ta thích các công nghệ thay thế hơn.

  • Cảm biến mức độ sóng âm sử dụng sóng âm và phần lớn miễn dịch với độ rõ ràng hay độ mờ của lỏng. Tuy nhiên, chúng có thể bị ảnh hưởng bởi bọt, hơi nước và sự nhiễu loạn nặng. Kết hợp siêu âm và cảm biến quang học trong một sơ đồ logic-AND hay đa số có thể loại bỏ những thông tin sai được gây ra bởi một công nghệ.
  • Radar (bộ cảm biến cấp độ) là tốt cho các chất lỏng nhiễu và bọt, như lò vi sóng không bị ảnh hưởng bởi bụi, hơi nước, hoặc độ mờ. radar không hoạt động, đặc biệt là radar tần số liên tục (FMCW), cung cấp khả năng đọc đáng tin cậy trong các tàu cao thiên văn và áp suất cao.
  • Bộ cảm biến thời gian dựa trên máy bay ) cung cấp độ chính xác cực kỳ nhưng yêu cầu quản lý cẩn thận của sự phản xạ ngược và có thể bị mù quáng bởi những đám mây dày đặc.
  • Tính bắt cóc hay dò sóng cực đại được dùng cùng với bộ cảm biến quang học có thể hiệu quả thay đổi - nếu ba công nghệ khác nhau đồng ý, khả năng đọc sai là rất thấp.

Nghiên cứu: Tạo ra báo động giả ở nhà máy xử lý nước thải

Một nhà máy nước thải thành phố đã trải qua 10–15 báo động mức độ giả mỗi ngày từ bộ cảm biến quang học chính trong các bể chứa chất lỏng chứa chất rắn bị ngưng hoạt động (500–3000 ppm) và bị kích động bởi dòng chảy không rõ ràng. Sau khi thực hiện một sửa chữa ba lần trên mỗi tuần, với bộ cảm biến được thu hồi 940 nm, cài đặt giếng vẫn còn xung quanh mỗi bộ lọc cảm biến, và thêm một bộ lọc 50- đa năng trong PLC - tỷ lệ giả giảm xuống ít hơn một tuần. Tổng chi phí cải tạo là dưới một bộ cảm biến, với một khoảng thời gian ít hóa học hơn sáu tháng để tiết hóa học và giảm bớt lỗi hóa học.

Giao thức bảo trì và cân chỉnh

Rửa sạch định kỳ

Ngay cả khi cài đặt những thực hành tốt nhất, các cửa sổ quang học chắc chắn sẽ tích lũy được phim ảnh hoặc quy mô, một lịch trình bảo trì nên bao gồm việc kiểm tra thị giác và lau chùi nhẹ bằng vải mềm hoặc cọ cọ, tránh những máy lọc có thể làm trầy xước bề mặt quang học.

Tính chất:

Dùng một tài liệu tham khảo đã chỉnh (v. d., một chất lỏng cao hay khối kiểm tra) để kiểm tra hiệu suất xuất ra cảm biến hàng tháng. Một số bộ nhạy hiện đại gồm các thói quen tự chẩn đoán có khả năng phát hiện cửa sổ làm nhiễu và xuất cảnh báo. Cảm biến lưu thông qua thời gian giúp dự đoán khi cần thiết làm sạch.

Bù đắp môi trường

Thay đổi nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến kết xuất LED và độ nhạy của bộ nhận tín hiệu. Tìm cảm biến có tính chất bù đắp nhiệt độ nội bộ hoặc hoạt động trên phạm vi nhiệt độ rộng (v. d., -40°C đến +85°C). Để cài đặt bên ngoài, hãy xem lá chắn mặt trời để ngăn cản sự chuyển nhiệt có thể gây ra sự chuyển đổi sai lệch.

Sự thay đổi trong việc nhận thức cấp độ trong tương lai

Các công nghệ tập trung hứa hẹn hiệu quả hơn trong các chất lỏng thử thách. Các thuật toán học máy chạy trên thiết bị cạnh có thể học các kiểu nhiễu điển hình của một xe tăng cụ thể và phân biệt các thay đổi cấp độ chính xác từ sự kiện tạm thời. Cảm biến quang học kết hợp với nền tảng IoT có thể chia sẻ dữ liệu với các bộ cảm biến khác (nhập, nhiệt độ, nhiệt độ) để tạo ra một mô hình tổng hợp để bù đắp cho sự can thiệp quang học. Hơn nữa, cảm biến thời gian chỉ lấy mẫu từ một số chính xác sau khi xung điện từ các hạt, cung cấp tín rõ ràng ngay cả trong độ cao.

Kết luận

Các thông tin sai trong cảm biến cấp độ quang học gây ra bởi sự nhiễu loạn và sự mờ nhạt không thể vượt qua được. Bằng cách hiểu được các vật lý tiềm ẩn, chọn các thiết kế cảm biến và bước sóng phù hợp, áp dụng các tiến trình xử lý tín hiệu thông minh, và tối ưu hóa việc cài đặt và bảo trì, cơ sở công nghiệp có thể đạt được những đo lường đáng tin cậy và chính xác. Đối với các ứng dụng khó khăn nhất, sự kết hợp của bộ lọc quang học và công nghệ thay thế cung cấp sự thay thế cung cấp sự thay thế mạnh mẽ. Những chiến lược này giảm thời gian, ngăn chặn các tiến trình gây khó chịu, và tăng cường sự an toàn đáng kể cho bất cứ cơ sở nào xử lý chất lỏng phức tạp.

Để đọc thêm, xin xem hướng dẫn kỹ thuật về bộ cảm biến , [Các bộ phận ghi chú [FLT:] [FLT: 0] [FLT: 0] [FLT:], và [FLT:] [FLT:], s [Science Decient vào mức độ cảm biến quang [FL:].