Влагомер

 

„„SU„„10 14 8 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

3(59 0 01 Н 21 81

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ „„„

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3488031/18-25 (22) 09.09.82 (46) 23.03.84. Бюл.Р 11 (72) Ю.B.Kóðëàíoâ (11) Центральный научно-исследовательский.институт хлопчатобумажной промышленности (53) 535.275(088.8) (56) 1. Патент Великобритании

Р 1.325.039, кл.G 1 А, опублик.1973.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 793077, кл.G 01 N 21/81, 1979 (прототип). второй усилители к выходам первого и второго фотоприемников, первый и второй блоки сравнения, выходы которых соединены с соответствующими входами управления мощности источников излучения, источник опорного сигнала и регистрирующее устройство, о т л и ч а ю шийся тем., что, с целью повышения точности и надежности влагомера в работе, в него введен дополнительный блок сравнения, один вход которого подключен к первому выходу источника опорного сигнала, а другой — к одному иэ выходов первой схемы селекции, а выход соединен с входом управлення коэффициентом усиления первого усилителя,::причем Я оба входа первого блока сравнения подключены к выходам первой схемы селекции, один вход второго блока сравнения подключен к второму выходу источника опорного сигнала, а другой к одному иэ выходов второй схемы се- ф лекции, к обоим выходам которой соответственно подключены входы регистрирующего устройства. (54)(57) ВЛАГОМЕР, содержащий блок импульсного питания, первый и второй выходы которого соединены с двумя источниками излучения, два фотоприемника, первый из которых через оптическую систему и оптический канал, а второй — через оптическую систему непосредственно соединены с обоими источниками излучения, первую и вторуго схемы селекции, синхронизируемые блоком импульсного питания и подключенные соответственно через первый и

1081488

20

Изобретение предназначено для автоматического контроля влажности волокнистых материалов и может быть испольэовано в текстильной, целлюлоэнобумажной и химической промышленностях.

Известны устройства, содержащие несколько источников излучения, например светодиодов, оптически свяэанных с фотоприемниками, подключенными через усилитель и схему селекции к регистрирующему устройству.

Мерой количественного содержания влаги в исследуемом материале служит отношение сигналов с фотоприемников, полученных для различных длин волн Я, одна из которых интенсивно поглощается влагой (аналитическая Ад ),другая — практически не поглощается (реперная Да )(1

Недостатком данных устройств является наличие нескольких каналов измерения, включающих фотоприемник и схему селекции, что снижает точность измерения иэ-за неидентичности,дрейфа параметров аналитического и реперного каналов измерения.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является влагомер, содержащий блок импульсного пи тания, первый и второй выходы которого соединены с двумя источниками излучения, два фотоприемника, соединенные первый через оптическую систему и оптический канал, а второй †. через оптическую систему непосредственно, с обоими источниками излучения, первую и вторую схемы селекции, синхронизируемые блоком импульсного питания и подключенные соответственно через первый и второй усилители к выходам первого и второго фотоприемников,40 первый и второй блоки сравнения., выходы которых соединены с соответствующими входами управления мощностью источников излучения, источник опорного сигнала и регистрирующее устрой-45 ство.(.2).

Недостатком известного устройства является ограниченные точность и надежность, так как работа реперного источника излучения осуществляется в широком динамическом диапазоне изменения мощности излучения, что вызвано изменениями оптической плотности оптического канала как исследуемого материала, так и окружающей среды. Пропорционально меняется мощность и аналитического источника иэ;лучения за счет работы схемы автоподстройки мощности источников излучения. Это снижает срок службы и надежность работы источников излучения.60

Кроме того, значительное изменение мощности излучения за счет изменения питающего тока вызывает смещение максимума спектральных. характеристик источников излучения, что приводит 65 к дополнительным инструментальным погрешностям измерения влажности.Одновременно при широком динамическом диапазоне изменения мощности источников излучения элементы схемы автоподстройки мощности излучения работают с электрическими сигналами, меняющимися в широком диапазоне, что иэ-за неидентичности коэффициентов передачи отдельных элементов приводит к дополнительным динамическим погрешностям измерения влажности исследуемого материала, При измерении влажности двухволновь1м методом показание прибора зависит также от нелинейности световой характеристики фотоприемника

Фо(а) "1@Фа (1) ру(1) = ф р где m — количество влаги в иссле1 дуемом материале коэффициент;

@ „ - показатель нелинейности световой характеристики.

Величина Я@ зависит от изменения мощности падающего на фотоприемник излучения и принимает значение 1/2 со „<1. Таким образом, изменения положения рабочей точки на световой характеристике фотоприемника, вызванные, например, изменением интенсивности фоновой засветки фотоприемника, вносят дополнительную мультипликативную погрешность измерения влажности. Кроме того, в известном устройстве применяется оптическая компенсация изменения оптической плотности, вызванной изменением свойств исследуемого материала (поверхностной плотности„ структуры, красителя и т.д.), а не изменением контролируемого параметра — количества влаги в исследуемом материале.

Цель изобретения — повышение точности и надежности работы устройства.

Для достижения указанной цели в влагомер, содержащий блок импульсного питания, первый и второй выходы которого соединены с двумя источниками излучения, два фотоприемника,первый иэ которых через оптическую систему и оптический канал, а второй через оптическую систему непосредственно соединены с обоими источниками излучения, первую и вторую схемы селекции, синхронизируемые блоком импульсного питания и подключенные соответственно через первый и второй усилители к выходам первого и второго фотоприемников, первый и второй блоки сравнения, выходы которых соединены с соответствующими входами управления мощности источников излучения, источник опорного. сигнала и регистрирующее устройство, введен дополнительный блок сравнения, один вход которого подключен к первому

1081488

2

III

2 выходу источника опорного сигнала, а другой — к одному из выходов первой схемы селекции, а выход соединен с входом управления коэффициентом усиления первого усилителя, причем оба входа первого блока сравнения соответственно подключены к выходам первой схемы селекции, один вход второro блока сравнения подключен к второму выходу источника опорного сигнала, а другой — к одному из выходов второй схемы селекции, к обоим выходам которой соответственно подключены входы регистрирующего устройства.

На чертеже изображена блок-схема устройства.

Влагомер содержит блок 1 импульсного питания, который соединен с входами источников излучения (hы}2 и(Лр!

3, например светодиодами. Источники

2 и 3 соединены излучения с оптической системой 4, посредством которой суммарный начальный поток Ф,(ЛС)+Фо(Лр) от источников 2 и 3 излучения разделяется на два потока, один из них

4lO (ßö)+ Ф (Лр) напРавлЯетсЯ чеРез оптйческий канал 5 на фотоприемник б, а другой Ф (Лы) +Ф (Лр ) — непосредственно на фотоприемник 7, причем

ФО (Лы ) ФО (!!Р ) (2)

Ф "ТЛ Ф "ТЛл ) фотоприемники б и 7 подключены через усилители 8 и 9 на входы схем 10 и

11 селекции, имеющих каналы аналитического и реперного сигналов, работа которых синхронизирована блоком 1 импульсного питания. Входы блока 12 сравнения соединены с выходами схемы 10 селекции, а выход подключен к входу управления мощностью источника 2 излучения. Элементы 6,8,10 ° и 12 образуют схему автонодстройки мощности источника 2 излучения. Выход реперного канала схемы 11 селекции подключен на один из входов блока 13 сравнения, второй вход которого подключен к источнику 14 опорного сигнала, а выход соединен с входом управления мощностью источника 3 излучения. Элементы 7,9,11 и 13 образуют схему стабилизации мощности истоФника 3 излучения. Выходы схемы 11 селекции подключены на вход регистрирующего устройства 15, служащего для обработки сигналов, несущих инФормацию о влажности, по заданному

Il

v алгоритму, например iv „= л „вЂ” 9 — л ! и последующей их индикации.

Схему автоподстройки коэффициента усиления усилителя 8 АРУ образует реперный канал схемы 10 селекции, усилитель 8 и блок 16 сравнения, один из входов которого связан с выходом реперного канала схемы 10 селекции, а другой вход предназначен для подключения к источнику опорного сигнала V+.

Влагомер работает следующим образом.

Источники 2 и 3 излучения периодически последовательно подключаются к блоку 1 импульсного питания. Ври

5 этом через них проходит ток, возбуждающий импульсный модулированный поток излучения, соответственно Ф!!(Лд) и Ф (Лр) . Оптическая система 4 раз— деляет их на два суммарных потока

10 Фо(ла) + II(hp) и Фо(!ы) -+ Фо(лр)

Мощность излучения реперного источника 3 зависит от параметров схемы стабилизации мощности. Уровень мощности излучения задается опорным напряжением л . Сигнал v с Фотоприемника 7 делится схемой 11 селекции на реперный vp и аналитический v "",, пропорциональные потокам Ф (Лр) и ($tl(h ) где 1 и „ — коэффициенты передачи !!ы

25 аналитического и реперного каналов ; показатель нелинейносI ти световой характеристики Фотоприемника 7.

Если Разность сигналов vo и л р(, отлична от нуля, на выходе блока 13 сравнения появляется сигнал, воздействующий на вход управления мощностью источника 3 излучения, и изменяет 5 мощность излучения источника 3. Таким образом, схема стабилизации мощности поддерживает падающий поток

Ф (Лр ),а следовательно, и Ф,,(Лр ) постоянными, тем самым фиксируя рабочую точку на .световой характеристи40 ке фотоприемника 7 (Я Ф = const).

На фотоприемник б поступает оптический сигнал, представляющий собой . сумму прошедших через исследуемый материал, находящийся в оптическом

45 канале 5, потоков излучения Ф (A ) и

Ф (Лр), которые преобразуются в электрический сигнал v6. Этот сигнал усиливается усилителем,8 с переменным коэффициентом усиления и делится схемой 10 селекции на реперный vppIIH аналитический ч где k и „ — коэффициенты передачи аналитического и реперного каналов схемы 10 селекции, коэффициент масса исследуемого материала; показатель нелинейности световой характеристики фотоприеМника б.

1081488

Составитель А.Чурбаков

Редактор В.Данко Техред О.Неце Корректор Г.Решетник

Заказ 1538/37 Тираж 823 о Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4

Если разность v ри vöpîòëè÷íà от нуля, то сигнал с выхода блока 12 сравнения воздействует на вход управления мощностью излучения источника

2. Таким образом, схема автоподстройки мощности излучения источника 2 5 поддерживает постоянным равенство прошедших через оптический канал 5 потоков излучения аналитической и реперной длин волн, т.е. v>fg- ч,ш(7).

Подставляя в (7) выражения (5) и (6), 10 получаем, что при

e (8, )1 " " =Ф, (,„ ) (8 ) независимо от положения рабочей точки на световой характеристике фотоприемника б.

Равенство коэффициентов передачи „о обеспечивается применением схемы АРУ, которая независимо от изменения оптической плотности исследуемого материала и фоновой засветки фотоприемника б путем изменения коэффициента усиления усилителя 8 поддерживает постоянным уровень сигналов на выходе схемы 10 селекции, пропорциональный опорному напряжению v» .

Преобразовав выражение (8) с учетом (2), (3) и (4), получаем выражение для показаний регистрирующего устройства

v = L -- -"- = k Q m, (9 ) рЪ nv«, 1 ф т.е. они зависят от количества влаги m â исследуемом материале и от положения рабочей точки на световой характеристике фотоприемника 7, которая для реперного сигнала поддерживается постоянной схемой стабилизации мощности источника 3 излучения. Изменение мощности излучения источника 2 аналитической длины волны меняется только при изменении количества влаги m„a исследуемом материале и не зависит от изменения параметров исследуемого материала (поверхностной плотности, структуры, красителя и ,т.п. ).

В предлагаемом изобретении осуществляется оптическая компенсация изменений оптической плотности, вызванных только контролируемым параметром, а именно количеством влаги в исследуемом материале, что улучшает метрологические характеристики и повышает надежность работы устройства.