Оптический измеритель концентрации пыли

 

Оптический измеритель концентрации пыли относится к области автоматического контроля оптических характеристик пыли. С целью повышения точности измерения в измерительном и компенсационном каналах устройства , разделенных по времени, используются одни и те же светоизлучатель, светоприемник и усилительно-преобразовательный тракт, причем световой поток компенсационного канала с помощью электрооптического модулятора автоматически отслеживает величину светового потока измерительного канала так, что их отношение всегда равно единице. Это позволяет исключить влияние различных йестабильностей светоизлучателя, светоприемника и делительно-преобразовательного тракта на результат .измерений.Л ил. i О)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) - (Я) 4 6 01 N 21/53

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

:В»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3758332/24-25 (.22) 26.06.84 (46) 07.04.86. Вюл. N 13 (71) Львовский сельскохозяйственный институт (72) В.Т. Якимец, В.Ю. Воробкевич, Ю.П. Куренев, М.Я. Дедишин, В.Ф. Петриш и Я.Л. Миндюк (53) 535.361 (088.8) (56) Клименко А.П. и др. Непрерыв.ный контроль концентрации пыпи.

Киев : Техника, 1980, с. 118-121.

Там же, с. 149, (54)ОПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КОНЦЕНТРАЦИИ ПЫЛИ (57)Оптический измеритель концентрации пыли относится к области автоматического контроля оптических характеристик пыли. С целью повышения точности измерения в измерительном и компенсационном каналах устройства, разделенных по времени, используются одни и те же светоизлучатель, светоприемник и усилительно-преобразовательный тракт, причем световой поток компенсационного канала с помощью электрооптического модулятора автоматически отслеживает величину светового потока измерительного канала так, что их отношение всегда равно единице. Это позволяет исключить влияние различных нестабильностей светоизлучателя, светоприемника и делительно-преоб" разовательного тракта на результат ,измерений. 1 ил.

1223093

1О

20

30

40

50

Изобретение относится к автомати. ке и измерительной технике и может быть использовано для измерения, регистрации и сигнализации о значении концентрации пыли (аэрозолей), которая опасна для здоровья людей, взрывоопасна или приводит к нарушению технологического процесса.

Цель изобретения — повышение точности измерений путем уменьшения влияния фоновых засветок, переменных нестабильностей светоизлучателя и светоприемника, запыленности входного окна светоприемника, нестабильностей усилительно-преобразующих элементов схемы, изменения температуры окружающей среды.

В измерительном и компенсационном каналах устройства, разделенных по времени, используются одни и те же светоизлучатель, светоприемник и усилительно-преобразовательный тракт, причем световой-поток компенсационного канала с помощью электрооптического модулятора автоматически отслеживает величину светового потока измерительного канала так, что их отношение всегда равно единице.

Это позволяет исключить влияние различных нестабильностей светоизлучателя, светоприемника и делительнопреобразовательного тракта на результат измерений.

На чертеже представлена блок-схема оптического измерителя концентрации пыли.

Устройство содержит светоизлучатель 1, оптически связанный через модулятор 2 светового потока с электродвигателем 3, световод 4, электрооптический модулятор 5 и аттенюатор 6 (все эти элементы .образуют компенсационный канал) со светоприемником 7. Светоизлучатель 1 связан со светоприемником 7 также через модулятор 2 и измерительный канал, в который входит рабочая камера 8.

Светоприемник 7 подключен к усилителю 9 переменного тока, выход которого соединен с первым входом схемы 10 совпадения, выход которой через интегратор 11 и усилитель 12 постоянного тока подключен к измерительному прибору 13 и к электрооптическому модулятору 5, а второй вход схемы 10 совпадения через формирователь 14 импульсов соединен с оптронной парой — светодиодом 15 и фотодиодом 16

Модулятор 2 светового потока, приводимый во вращение электродвигателем 3, выполнен в виде диска с отверстиями, расположенными по окружности, причем длительность импульсов светового потока, получаемых с помощью модулятора 2, равна паузе между ними (скважность равна двум). Достигается это тем, что ширина отверстий модулятора 2 светового потока и расстояние между их краями одинаковые.

Устройство работает следующим образом.

Непрерывный световой поток Ф светоизлучателя 1, проходя через отверстия вращающегося модулятора 2 светового потока, преобразуется в импульсный световой поток Ф, и попадает в рабочую камеру 8. Часть импульсного светового потока Ф, отраженная от и измеряемой среды, например пыли, находящейся в рабочей камере 8, попадает на светоприемник 7, например кремниевый фотодиод. С помощью световода 4, установленного так, что импульсы светового потока попадают на него в промежутках между импульсами, попадающими в рабочую камеру, импульсный световой поток Ф, направляется на электрооптический модулятор 5.

Электрооптический модулятор состоит из двух скрещенных поляризаторов (под скрещенными понимают поляризаторы, угол между плоскостями поляри. о зации которых составляет 90 ), между которыми размещены два электрооптических кристалла с закрепленными на их поверхности электродами.

При отсутствии напряжения между электродами световой поток через электрооптический модулятор не проходит. Изменяя. напряжение, приложенное к электродам, можно регулировать интенсивность светового потока на выходе электрооптического модулятора. Световой поток Ф„ с выхода электрооптического модулятора 5 попадает на аттенюатор 6, который служит для настройки предлагаемого устройства. С выхода аттенюатора 6 световой поток Ф направляется на светоприемник 7. Таким образом, на вход светоприемника 7 поочередно попадают импульсы света, отраженные от измеряемой пыли (измерительный канал) и с выхода аттенюатора 6 (компенсационный канал). Импульсное

1223093

10

25

30 напряжение U с выхода светоприем1 ника 7, пропорциональное световым потокам Ф и Ф, поступает на вход и усилителя 9 переменного тока. Последний с высоким входным сопротивлением и высоким коэффициентом усиления усиливает только переменную составляющую напряжения 11 и напряжение 0 на его выходе пропорционально разности световых потоков Ф „ и Ф . Напряжение 01 поступает на первый вход схемы 10 совпадения, на второй вход которой поступает импульсное напряжение U синхронизации, сформированное оптронной парой — светодиодом 15 с фотодиодом 16 и формирователем 14. Оптронная пара 15-16 должна быть размещена таким образом, чтобы ось светового потока Ф отстояла от оси све( тового потока Ф, или от оси световода 4 на целое количество участков, равных ширине отверстия модулятора светового потока. В этом случае напряжение 0с находится в фазе со световым потоком Ф„. На выходе схемы 10 совпадения появится импульсное напряжение 0 только в том случае, если Ф Ф4. Это напряжение поступает на вход интегратора ll, выходной потенциал которого в этом случае растет, Напряжение 0 < усиливается усилителем 12 постоянного тока и прикладывается к электродам электрооптического модулятора 5. Интенсивность светового потока Ф на выходе электрооптического модулятора растет до тех пор, пока не выравняются пото.ки Ф(1 и Ф(,. Если допустить, что

Ф(, (Фд, то напряжение 0ц на выходе интегратора ll уменьшается, уменьшается напряжение 11„, прикладываемое к электродам электрооптического модулятора 5, соответственно уменьшается световой поток Ф4 до тех пор, пока не выполнится равенство

Ф„ = Ф . Таким образом, светоприемник 7 выполняет роль нуль-индикатора световых потоков Фд и Ф схема всегда находится в режиме динамического равновесия, а напряжение Uö на выходе усилителя 12 постоянного тока является мерой измеряемой концентрации пыли. Выходной сигнал схемы не зависит от изменения коэффициентов передачи светоизлучателя 1, светоприемника 7, усили.

55 теля 9 переменного тока, схемы 10 .совпадения, интегратора 11 и усилителя 12 постоянного тока, т.е. не зависит от различных нестабильностей этих элементов. Предварительная настройка устройства осуществляется с помощью аттенюатора 6 с регулируемой диафрагмой и оптической юстировки светоизлучателей, светоприемников световода и модулятора светового потока.

Формула изобретения

Оптический измеритель концентрации пыли, содержащий светоизлучатель, оптически связанный через модулятор светового потока, снабженный электродвигателем, и измерительный канал, включающий рабочую камеру, со светоприемником, соединенным через усилитель переменного тока с измерительным прибором, причем светоизлучатель оптически связан со светоприемником также через модулятор светового потока и компенсационный канал, включающий аттенюатор, о т л и ч а юшийся" тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены световод, электрооптический модулятор, схема совпаде.ниь, интегратор, усилитель постоянного тока, формирователь синхроимпульсов и оптронная пара, включающая светодиод, оптически связанный с фотодиодом через модулятор, при этом световод и электрооптический модулятор расположены в компенсационном канале последовательно по ходу излучения между модулятором и аттенюатором, усилитель переменного тока соединен с измерительным прибором через соединенные последовательно схему совпадений, интегратор и усилитель постоянного тока, оптронная пара подключена к второму входу схемы совпадений через формирователь синхроимпульсов, выход усилителя постоянного тока соединен с электрооптическим модулятором, модулятор выполнен в виде диска с отверстиями, расположенными по окружности, причем ширина отверстий равна удвоенному расстоянию между их центрами, ось входного конца световода отстоит от оптической оси измерительного канала вдоль окружности на целое нечетное число

)223093 шагов, равных ширине отверстий диска модулятора, а ось оптронной пары отстоит от оптической оси измерительного канала вдоль окуружчисло тех же ности на целое шагов.

Составитель В. Калечиц

Техред В.Кадар Корректор С. Шекмар

Редактор Н. Рогулич

Филиал ППП "Патент", 1. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 1704/45 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

))3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5