УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ И СПОСОБЫ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ

1. Емкостный датчик, содержащий: множество токопроводящих пластин, образующих матрицу конденсаторов, причем изменение емкости на каждом электроде независимо измеряется для обнаружения типа материала, окружающего токопроводящие пластины; при этом электрическое поле, образованное электродами, проходит над плоскостью измерения и позволяет обнаружить изменение диэлектрической постоянной жидкости, окружающей датчик.
2. Емкостный датчик по п. 1, где калибровка для различных типов материалов не требуется на месте проведения измерений, так как в основе функционирования датчика лежит отличие в емкости между электродами, а не абсолютные значения емкости.
3. Емкостный датчик по п. 1, при этом указанный емкостный датчик может различать границу вода/нефтепродукт и границу нефтепродукт/воздух; и толщина нефтепродукта может быть установлена независимо от участка датчика, в котором произошел контакт с нефтепродуктом.
4. Емкостный датчик по п. 1, дополнительно содержащий множество модулей емкостных сенсорных контроллеров, функционально подключенных к множеству токопроводящих пластин и блоку обработки данных; при этом емкостные сенсорные контроллеры функционируют путем зарядки и разрядки каждого чувствительного электрода постоянным током в течение определенного промежутка времени; и во время возбуждения и измерения показателей каждого электрода все остальные электроды соединяются с заземлением.
5. Емкостный датчик по п. 4, где в конце каждого цикла зарядки и разрядки измеренное напряжение преобразуется в цифровое значение посредством блока обработки данных, и цифровой фильтр применяют к цифровому значению для повышения помехоустойчивости в различных условиях окружающей среды.
6. Емкостный датчик по п. 5, где высота каждого электрода составляет приблизительно 2 мм, и вертикальный зазор между двумя соседними электродами составляет приблизительно 1 мм.
7. Емкостный датчик по п. 6, дополнительно содержащий микроконтроллер, функционально подключенный к блоку обработки данных, чтобы принимать цифровые значения, и микроконтроллер применяет алгоритм оценки толщины для вычисления и выдачи значения фактической толщины нефтепродукта.
8. Емкостный датчик по п. 6, дополнительно содержащий множество горизонтальных штырей, функционально соединенных с токопроводящими полосами; при этом множество горизонтальных штырей замкнуты накоротко при нахождении в воде; и множество горизонтальных штырей, расположенных в нефтепродукте, полностью погружены в нефтепродукт, и измеренные значения емкости связаны с диэлектрической постоянной нефтепродукта.
9. Способ измерения для нахождения индексов электродов, расположенных на границах между материалами с разными диэлектрическими постоянными, предусматривающий:
последовательное измерение значений напряжения всех электродов, расположенных на границе вода/нефтепродукт и границе воздух/нефтепродукт, путем использования множества емкостных сенсорных контроллеров и мультиплексоров;
считывание цифровых значений напряжения, полученных от каждого электрода, и применение множества слоев цифровой фильтрации для повышения стабильности цифровых значений напряжения;
нормализацию полученных значений напряжения и вычисление относительных процентных изменений по отношению к базовым калибровочным значениям для каждого электрода;
применение вычисленных относительных процентных изменений для определения состояния каждого электрода, при этом состояние каждого электрода представляет собой его нахождение в воздухе, нефтепродукте и воде; и
присвоение каждого отношения индексу его электрода и вычисление фактической толщины нефтепродукта исходя из знания геометрических размеров датчика и расстояния между электродами.
10. Способ измерения по п. 9, дополнительно предусматривающий получение калибровочных значений, когда датчик является полностью сухим и находится на открытом воздухе в течение определенного промежутка времени.
11. Способ измерения по п. 9, дополнительно предусматривающий обработку динамического движения, когда датчик поднимается или опускается, а также обнаружение направления движения датчика путем использования среднего значения всех измерений напряжения в каждом цикле измерения и установление направления движения датчика.
12. Способ измерения для снижения эффекта загрязнения легким нефтепродуктом путем применения способа измерения по п. 9 в течение определенного интервала времени.
13. Способ измерения для снижения эффекта загрязнения тяжелым нефтепродуктом путем применения способа измерения по п. 9, а также обнаружения самой низкой точки движения датчика и применения способа коррекции для удаления определенного количества загрязненных электродов из обнаруженных контактирующих с нефтепродуктом электродов; применения временной интерполяции посредством обнаружения количества загрязненных электродов и вычитания указанного количества загрязненных электродов из занимаемого нефтепродуктом интервала перед вычислением фактической толщины.
14. Способ измерения по п. 9, дополнительно предусматривающий обнаружение замкнутых накоротко электродов из-за контакта с водой по низким значениям напряжения и высоким относительным отличиям от базовых калибровочных значений; классификацию замкнутых накоротко электродов в качестве расположенных в воде электродов и их удаление из чувствительной матрицы; идентификацию остальных электродов, окруженных воздухом и нефтепродуктом и обнаружение граничного электрода между двумя средами на основе относительных отличий между ними, в этом случае, поскольку нефтепродукты являются непроводящими жидкостями, электроды не замкнуты накоротко, и измеряется фактическая емкость каждого электрода, поскольку алгоритм основан на относительных различиях между электродами для нахождения границ, фактическая точность значений емкости не является обязательным требованием.
15. Устройство измерения толщины плавающей жидкости на основе емкостной матрицы, содержащее:
датчик, выполненный с возможностью измерения толщины текучей среды, плавающей между по меньшей мере двумя средами;
при этом датчик является емкостной матрицей по меньшей мере с двумя токопроводящими пластинами, расположенными рядом друг с другом, причем между ними имеется пустое пространство;
по меньшей мере два диэлектрических материала, которые имеют разные диэлектрические постоянные, обращены к токопроводящим пластинам;
причем путем измерения изменения емкости между токопроводящими пластинами идентифицируется граница воздух-нефтепродукт и граница вода-нефтепродукт; и
толщина плавающей текучей среды вычисляется на основе идентифицированной границы воздух-нефтепродукт и границы вода-нефтепродукт, а также размеров датчика.
16. Устройство измерения по п. 15, причем указанное устройство измерения толщины плавающей жидкости используется во время операции по сбору нефти в открытом океане или в качестве переносного устройства.
17. Устройство измерения по п. 15, причем датчик также используется в динамических средах, в присутствии волн, во время движения/протягивания, с различными типами нефтепродуктов, в соленой/пресной воде, в различных условиях окружающей среды, к которым по существу относятся освещение, температура, влажность.
18. Устройство измерения по п. 15, причем указанное устройство измерения толщины нефтепродукта предоставляет оценку толщины нефтепродукта посредством использования матрицы емкостных полос и полагается на относительные показания материала, а не на абсолютные показания, в результате чего показания датчика становятся нечувствительными к типам нефтепродуктов, условиям окружающей среды и/или производственным дефектам.
19. Устройство измерения по п. 15, где конструкция датчика включает в себя тонкую ножевидную конструкцию, чтобы минимизировать влияния загрязнения на измерения и улучшить гидродинамические характеристики.
20. Устройство измерения по п. 15, где конструкция датчика содержит матрицу штырей, которые представляют собой конденсатор с параллельными пластинами, включающий в себя первый набор чувствительных штырей, которые прикреплены к каждому ряду, при этом первый набор штырей используется для возбуждения и измерения и является первой токопроводящей пластиной конденсатора; второй набор заземленных штырей, установленных следом за чувствительными штырями, присоединен к заземлению и действует в качестве второй пластины конденсатора с параллельными пластинами, причем непроводящий материал, заполняющий зазор между чувствительными штырями и заземленными штыря, действует в качестве диэлектрика.