Устройство селективного контроля аварийных сбросов
Владельцы патента RU 2771221:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевская государственная сельскохозяйственная академия" (RU)
Изобретение относится к области измерительной техники и касается устройства селективного контроля аварийных сбросов. Устройство содержит канал движения контролируемой среды с установленным в нем оптоэлектронным датчиком и отводы с элементами блокировки движения контролируемой среды, соединенные с блоком обработки и управления. Оптоэлектронный датчик содержит блок из n излучателей с разной длиной волны излучения, соединенных с помощью световодов в общий световод, и фотоприемник. Фотоприемник и излучатели оптоэлектронного датчика соединены с блоком обработки и управления. Блок обработки и управления выполнен с возможностью хранения значений оптических плотностей компонентов среды. Технический результат заключается в повышении оперативности и точности разделения загрязняющих веществ, направляемых на селективную фильтрацию, и снижении уровня загрязнения сточных вод. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к автоматическим средствам контроля оптической плотности жидких и газообразных сред и может быть использовано в системах фильтрации сточных вод.
Известны устройства для контроля загрязняющих веществ в сточных водах, например, способ определения содержания нефтепродуктов в воде и устройство для его осуществления (Патент RU 2083971, МПК G01N 21/85, опубл. 10.07.1997). Устройство, реализующее способ, содержит источник излучения с оптической системой, емкость для анализа жидкости в виде трубопровода, спектроанализатор, волоконно-оптические световоды с двумя фотоприемниками, электрически связанные с усилителем и блок обработки сигналов на основе ЭВМ. Непрерывный поток анализируемой жидкости просвечивается монохроматическим когерентным источником излучения в диапазоне длин волн от 0,2 до 1,1 мкм. Определение количества нефтепродуктов в воде осуществляется по суммарной интенсивности спектров вынужденного комбинационного рассеивания ряда характерных длин волн функциональных групп нефтепродуктов, причем интенсивность спектра комбинационного рассеивания воды используется как нормализующий фактор, учитывающий изменение мутности жидкости и фон внутри спектроанализатора. В результате обработки с помощью ЭВМ сигналов с фотоприемников определяется количественное содержание нефтепродуктов в воде.
Недостатком устройства является низкая точность контроля загрязняющих веществ в сточных водах в связи с необходимостью получить спектры в диапазоне от 0,2 до 1,1 мкм последовательно с определенным временным шагом, который приведет к ошибкам измерения.
Известно также устройство для устранения аварийного выброса (патент на полезную модель РФ 105456 МПК7 G01N 15/06; опубл. 10.06.2011. Бюл. 16). Устройство содержит канал движения контролируемой среды с установленным в нем оптоэлектронным датчиком, который соединен с блоком обработки и управления, отвод, расположенный после оптоэлектронного датчика, элементы блокировки движения контролируемой среды, установленные в канале и отводе, на выходе канала движения контролируемой среды установлен фильтр очистки, а на выходе отвода расположен блок утилизации. В результате анализа эталонной и текущей оптической плотности контролируемой среды производится устранение аварийного выброса путем отведения загрязненной жидкости в отстойник и перекрытия канала, через который жидкость попадает в систему фильтрации и далее в окружающую среду.
Недостатком данного устройства являются низкая точность контроля загрязняющих веществ в сточных водах от различных аварий, так как устройство настроено только на один вид возможного загрязняющего вещества.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство устранения аварийного выброса (патент на полезную модель РФ №153362 МПК7 G01N 15/06; опубл. 20.07.2015. Бюл. №20).
Устройство содержит канал движения контролируемой среды, например, трубопровод с установленным в нем оптоэлектронным датчиком, который соединен с блоком обработки и управления, отводы, с установленными на них элементами блокировки движения контролируемой среды, например, задвижки, соединенные с блоком обработки и управления, при этом каждый отвод также снабжен оптоэлектронным датчиком, связанным с блоком обработки и управления, и фильтром очистки, предназначенным для фильтрации соответствующих компонентов, содержащихся в продуктах аварийного сброса. В блоке обработки и управления установлены значения эталонной оптической плотности контролируемой среды и допустимые отклонения от нее. Эти отклонения контролирует оптоэлектронный датчик, установленный в трубопроводе. Кроме этого, в блоке обработки и управления хранятся значения оптических плотностей компонентов среды возможных для данного объекта контроля загрязнителей. Значения этих оптических плотностей и возможные отклонения от них контролируют оптоэлектронные датчики, установленные в отводах. Выбор эталонного значения оптической плотности каждого компонента возможного аварийного сброса с последующим его запоминанием в блоке обработки и управления производится на основе спектрального анализа данного компонента и определения той длины волны оптического излучения, на которой оптическая плотность исследуемого компонента максимальна. Устройство позволяет обеспечить контроль множества загрязняющих веществ от различных аварий, что приводит к увеличению срока службы фильтров очистки.
Недостатком прототипа является то, что при движении загрязнения в виде сгустка вдоль участка трубы, на котором осуществляется контроль загрязнения, структура сгустка, который может иметь различную форму, изменяется по длине трубы от датчика к датчику, что приводит к большим погрешностям при измерении изменений оптической плотности контролируемой водной среды на различных длинах волн излучения.
Задачей изобретения является повышение точности контроля загрязняющих веществ от различных техногенных аварий в сточных водах и промышленных стоках, которые могут попасть в основную трубу.
Технический результат от использования изобретения заключается в снижении уровня загрязнения сточных вод и промышленных стоков загрязняющими веществами за счет более оперативного и точного разделения загрязняющих веществ, направляемых на селективную фильтрацию.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве, содержащем канал движения контролируемой среды с установленным в нем оптоэлектронным датчиком, который соединен с блоком обработки и управления, отводы с элементами блокировки движения контролируемой среды, соединенные блоком обработки и управления, оптоэлектронный датчик, содержит n излучателей с разной длиной волны излучения, соединенных с помощью световодов в общий световод, и фотоприемник, соединенный с блоком обработки и управления, выполненном с возможностью хранения значений оптических плотностей компонентов среды, при этом излучатели оптоэлектронного датчика для управления ими соединены с блоком обработки и управления.
Устройство поясняется чертежами, где на фигуре 1 показана структурная схема устройства селективного контроля аварийных сбросов, а на фигуре 2 показано возможное соединение излучателей датчика с помощью световодов в один световод.
Устройство селективного контроля аварийных сбросов содержит контролируемую среду 1, канал 2 движения контролируемой среды, например, трубопровод, оптоэлектронный датчик 3, установленный в канале 2, и состоящий из блока 4, содержащего n излучателей с различной длиной волны излучения, в качестве которых могут быть применены лазеры, фотоприемник 5, соединенный с блоком обработки и управления 6, например, на базе микроконтроллера, отводы (ответвления) 7 от канала 2, расположенные после места установки оптоэлектронного датчика 3, элементы 8 блокировки движения контролируемой среды, например, задвижки, установленные на отводах 7, и связанные с выходами блока обработки и управления 6. Для обеспечения режима излучения, позволяющего контролировать оптическую плотность в выбранном участке потока водной среды, излучение от каждого из источников излучения 9 (фигура 2) через световоды 10 подается на общий световод 11. Каждый из излучателей датчика получает сигнал управления на генерацию импульса излучения от блока обработки и управления.
В блоке обработки и управления 4 установлены значения эталонной оптической плотности контролируемой среды и допустимые отклонения от нее. Кроме этого, в блоке 6 хранятся значения оптических плотностей в виде амплитуд эталонных импульсов (спектры загрязнений) возможных загрязнений в воде при возникновении аварийного сброса на объекте контроля.
Устройство работает следующим образом. В процессе мониторинга в блоке 6 производится непрерывное сравнение текущей оптической плотности среды, полученной в результате обработки сигналов, поступающих с оптоэлектронного датчика 3, с эталонной оптической плотностью контролируемой среды. В нормальном состоянии, когда оптическая плотность среды не превышает допустимого порогового значения, одна из задвижек 8, находящаяся на отводе 7, соединенном с общим фильтром системы фильтрации, открыта, а остальные задвижки 8 на отводах 7 закрыты. При этом контролируемая среда, например, вода, проходит по трубопроводу 2 через открытую задвижку для осуществления общей фильтрации.
Облучение водной среды осуществляется последовательно каждым источником излучения 9, в виде коротких световых импульсов. Общее время анализа равно длительности импульса, умноженное на количество источников излучения. Импульсные сигналы с фотоприемника 5, пропорциональные оптической плотности водной среды на каждой длине волны излучения, поступают в блок обработки и управления 6, в котором происходит разделение по времени импульсов от каждого источника излучения и их анализ. Анализ заключается в сравнении измеренной амплитуды импульсов на каждой длине волны с эталонами сигналов, хранящимися в памяти блока 6, и соответствующими возможным для данного контролируемого объекта вариантам аварийных сбросов.
При наличии какого-либо загрязнения в воде, что может быть связано с возникновением аварийного сброса на объекте контроля, сигнал с фотоприемника 5 датчика 3, содержащего n излучателей с различными длинами волн, изменяется. Этот сигнал поступает в блок обработки и управления 6, в котором происходит его анализ, и определяется вид загрязнения. После этого с блока обработки и управления 6 подается управляющий сигнал на закрытие задвижки 8 на отводе 7, соединенном с общим фильтром системы фильтрации, и открытие соответствующей виду загрязнения заслонки 8. В результате вода, загрязненная выявленным веществом, поступает в соответствующий канал для селективной фильтрации. После окончания прохождения сгустка загрязняющего вещества оптическая плотность водной среды возвращается к исходному уровню. В результате с блока 6 подаются управляющие сигналы на открытие заслонки на трубопроводе, соединенном с общим фильтром системы фильтрации, и закрытие заслонок на остальных отводах.
Таким образом, по сравнению с известными техническими решениями предлагаемое устройство позволяет за счет более оперативного и точного контроля изменений оптической плотности контролируемой водной среды и разделения загрязняющих веществ, направляемых на селективную фильтрацию, снизить уровень загрязнения сточных вод и промышленных стоков загрязняющими веществами в виде сгустков от различных аварий для данного объекта мониторинга.
1. Устройство селективного контроля аварийных сбросов, содержащее канал движения контролируемой среды с установленным в нем оптоэлектронным датчиком, который соединен с блоком обработки и управления, отводы с элементами блокировки движения контролируемой среды, соединенные с блоком обработки и управления, отличающееся тем, что оптоэлектронный датчик содержит блок из n излучателей с разной длиной волны излучения, соединенных с помощью световодов в общий световод, и фотоприемник, соединенный с блоком обработки и управления, выполненном с возможностью хранения значений оптических плотностей компонентов среды, при этом излучатели оптоэлектронного датчика соединены с блоком обработки и управления.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве источника излучения применен лазер.
