Оптический влагомер

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к измерению влажности твердых материалов. Целью изобретения является повышение точности измерения. Для этого источник излучения выполнен в виде трех селективных излучателей на светодиодах, один из которых подключен через первый модулятор к выходу первого генератора синусоидальных колебаний частоты Ω 1 со стабилизацией амплитуды, а два других светодиода через переключатель подключены к выходу второго модулятора, вход которого соединен с выходом второго генератора синусоидальных колебаний частоты Ω 2 со стабилизацией амплитуды. В устройство также введены апериодический усилитель, вход которого подключен к приемнику модулированного излучения, а выход соединен с входом резонансного усилителя частоты Ω 1, выход которого соединен с входом детектора амплитуды, выход последнего соединен с первым входом первого операционного усилителя, выход этого операционного усилителя соединен через усилитель автоматической регулировки усиления с входом регулирования коэффициента усиления апериодического усилителя. Выход апериодического усилителя соединен также с входом второго резонансного усилителя частоты Ω 2, выход которого через амплитудный детектор соединен с входом аттенюатора установки нуля, выход которого соединен с первым входом второго операционного усилителя, вторые входы операционных усилителей соединен с выходом источника образцового напряжения, а выход второго операционного усилителя соединен с входом регистрирующего прибора. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) щ)5 С 01 Н 21/81

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

©3

Q0

ГОСУДАРСТ8&НЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4600776/3 1-25 (22) 02.11.88 (46) 30;08.90. Вюл. № 32 (71) Кемеровский технологический институт пищевой промьппленности (72) Г.В.Кожухов и А.Г.Захарова (53). 535.375 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 561896, кл. Q 01 N 21/101, 1977.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1087851, кл. Q 01 Й 21/81, 1983. (54);ОПТИЧЕСКИЙ ВЛАГОМЕР (57) Изобретение относится к конт- . рольно-измерительной технике, а именно к измерению влажности твердых материалов. Целью изобретения является повьппение точности измерения. Для этого источник излучения выполнен в виде трех селективных излучателей на светодиодах, один из которых подключен через первый модулятор к выходу первого генератора синусоидальных колебаний частоты Я,со стабилизацией амплитуды, а два других светодиода через переключатель подключены к выходу второго модулятора, вход которого соединен с выходом второго геИзобретение относится к контрольноизмерительной технике, а именно к измерению влажности твердых материалов.

Цель изобретения — повышение точности измерения влажности твердых материалов в промышленных условиях.

2 нератора синусоидальных колебаний частоты Q со стабилизацией амплиту2 ды. В устройство также введены апериодический усилитель, вход которого подключен к приемнику модулированного излучения, а выход соединен с входом резонансного усилителя частоты S7 выход которого соединен с входом детектора амплитуды, выход последнего соединен с первым входом первого операционного усилителя, выход этого операционного усилителя соединен через усилитель автоматической регулировки усиления с входом регулирования коэффициента усиления апериодического усилителя. Выход апериодического усилителя соединен также с входом второго резонансного усилитЕля частоты S2, выход которого через амплитудный детектор соединен с входом аттенюатара установки нуля, выход которого соединен с первым входом второго операционного усилителя, вторые входы операционных усилителей соединены с выходом источника образцового напряжения, а выход второго операционного усилителя соединен с входом регистрирующего прибора. 1 ил.

На чертеже изображена структурная схема оптического влагомера.

Оптический влагомер содержит источник 1 модулированного излучения, по ходу лучей которого последовательно расположены держатель 2 ис!

589163

5 (1)

П =Птi (1+тп созе t)cosQ>t, rae Псд,и П,,— l0 а,и а2

nsz, m<=П,, П Я2

Я ПЯ2

fS и коэффициенты амплитудной модуляции потоков излучения, 20 П, и П 2, — амплитуды огибающих пОТОКОв П q и П2

Я, и (3 2 — частоты несущих частот ИК-излучения светодиодов 5 и 6, 25 причем ., соответствует слабому поглощению излучения водой, а Я2 — сильному.

Коэффициенты m < и m < модуляции определяются режимом работы модуляторов

8 и 11 и величиной амплитуды колебаний генераторов 9 и 12, При стабилизации режима модуляторов и амплитуды колебаний генераторов коэффициенты m< и

m< будут постоянны. При этом m и m < должно быть меньше 1 (т.е. m) c 1, md< l).

Из выражений (1) следует, что при уменьшении ПО, и П, 2 (так как m1 и т постоянные величины) пропорцио—

40 нально будут уменьшаться П д, и Пр2, а это значит, что. о затухании потоков под действием влаги и рассеиванию от исследуемого материала можно судить по пропорциональному умень45 шению амплитуды их огибающих. Излученные светодиодами 5 и 6 амплитудномодулированные световые потоки попадают на исследуемый материал, где суммируются, причем часть потока П р (50 рассеивается, а часTB noTGKG П Q2 рассеивается и поглощается влагой материала. Отраженный суммарный поток- попадает на приемник 3, выполненный на фотодиоде. В приемнике 3 осуществляется демодуляция светового потока и далее его огибающая усиливается в апериодическом усилителе 4.

После усилителя 4 огибающие световых потоков,разделяются. Напряжение, проОптический влагомер работает следующим образом.

Генераторы 9 и 12 синусоидальных колебаний вырабатывают переменные напряжения .с частотами Й, и Q,,которые поступают соответственно на модуляторы 8 и 11 для модуляции свето-. вого потока светодиодов 5 и 6 (в режиме измерения). Таким образом, светодиоды 5 и 6 излучают амплитудno

ОJlc,»óoMoIО м»терн»л» в приемник 3 модулирс в;тнн< гo излучения, выход которого соединен с входом апериодического усилителя 4, Источник 1 излучения выполнен в виде трех селективных излучателей на светодиодах 5-7, первый светодиод 5 подключен к вы— ходу первого модулятора 8, вход которото соединен с выходом первого генератора 9 синусоидальных колебаний чфстоты Q со стабилизацией амплитуды, а два других светодиода 6 и 7 через переключатель 10 подключены к восходу второго модулятора 11, вход которого соединен с выходом второго генератора 12 синусоидальных колебанйй ча" òîòû g со стабилизацией ампттитуды. Выход апериодичсского усилителя 4 соединен с входом первого уЗкополосного резонансного усилите.— ля 13 частоты G выход которого сОединен со входом первого амплитудного детектора 14, выход последнего соединен с первым входом первого операционного усилителя 15, второй вход которого соединен с выходом источника 16 образцового напряжения.

Выход первого операционного усилителя 15 соединен со входом усилителя 17, выход которого соединен со входом апериодического усилителя 4, предназначенным для регулировки его коэффициента усиления. Кроме того, выход апериодического усилителя 4 соединен со входом второго резонансного усилителя 18 частоты Д, выход которого соединен со входом второго амплитудного детектора 19, выход кОторого соединен со входом аттенюатора 20 установки нуля, выход которого соединен с первым входом второго операционного усилителя 21, вто рой вход которого соединен с выходом источника 16 образцового напряжения, а выход соединен со входом регистрирующего прибора 22 (например, вольтметром), модулированные световые потоки П и

П равные

П „= П (1+тп,соя Я,t)cosmic,t; амплитуды несущих световых потоков П и П соответственно, частоты огибающих по токов, определяемые частотами генераторов

9и12, 1589163

10 и, рпионлльное огибающей с члстотой

Я у<.вливается узкополосным резонансным усилителем 13, а напряжение с частотой Q усиливается узкополос-2 5 ным резонансным усилителем 18. Та" ким образом, в предлагаемом оптическом влагомере осуществляется не временное, а частотное разделение. каналов.

Напряжение с частотой S2,, пропорциональное затуханию потока без составляющей Б поглощения, детектируется в амплйтудном детекторе 14 и действующее либо амплитудное значение этого напряжения поступает на один из входов операционного усилителя 15. На другой вход усилителя 15 поступает напряжение U от источоп ника 16 образцового напряжения, на- 20 пряжение которого должно меняться в широких пределах и регулироваться при настройке прибора на конкретном рабочем месте. В усилителе 15 происходит сравнение этих двух напряжений и 25 на выходе усилителя 15 появляется напряжение разбаланса, равное 5U

= UcIl — Uon котоРое затем Усиливается в усилителе 17 автоматической регулировки усиления (АРУ) и воздей- 30 ствует на апериодический усилитель

4, изменяя его коэффициент усиления до тех пор, пока gU станет равно нулю ЯИ = О) . Данная цепь АРУ поз-. воляет поддерживать практически неизменным отношение напряжения U > в рабочем канале и напряжения U в сравнительном канале при измененйи в процессе работы толщины контролируемого материала, загрязнении оптических 40 элементов влагомера или изменении коэффициентов усиления электронных усилителей, что повышает точность измерения влажности.

НапРЯжение с частотой Ч2г, пРопор- 45 циональное затуханию потока с составляющей U РС,Б поглощения, с выхода узкополосного резонансного усилителя

18 поступает также на амплитудный детектор 9, где детектируется, в результате чего действующее либо амплитудное значение U >< через аттенюатор 20 настройки нуля поступает на один из входов операционного усилителя 21, на другой вход которого поступает напряжение U ор = U исP точника 16 образцового напряжения.

На выходе усилителя 21 появляется напРяжение Usa = Нcp — Uppp слуI жлщее мерой влажности контролируемога материала, которое измеряется регистрирующим прибором 22 (например, вольтметром), градуированным в единицах измерения влажности.

Для повышения точности. измерения перед началом работы прибора гроводят его калибровку, Для этого переключатель 10 переводят в положение, при котором частотой Q осуществляг ется модуляция светодиода 7, имеющего частоту несущей ИК-излучения такую же, как и светодиод 5, т.е. Я„ соответствующую слабому погЛощению светового потока водой.

Работа прибора при этом происходит аналогично, но при этом прибор 22 с помощью аттенюатора 20 настройки нуля устанавливают нл ноль (О), т.е. калибруют по усилению рабочий канал прибора, что также повышает точность измерения.

Использование предлагаемого оптического влагомера.(по сравнению с известными) повышает помехоустойчивость измерения влажности в промышленных условиях за счет того, что в схеме влагомера отсутствуют пороговые элементы синхронизации, а разделение каналов сравнения и измерительного (рабочего) осуществляется по частоте узкополосными резонансными усилителями, которые обладают способностью подавлять помехи, не входящие в пределы их полос пропускания, что позволяет ослабить как помехи от посторонних источников излучения, так и промышленные, при этом повышены надежность оптического влагомера (за счет отсутствия в схеме механических вращающихся элементов) и точность измерения (за счет исключения ошибок, обусловленных каналом синхронизации)

Формула изобретения

Оптический влагомер, содержащий источник модулированного излучения, включающий первый модулятор, по ходу лучей которого последовательно рас-. положены держатель исследуемого вещества и приемник модулированного излучения, первый резонансный усилитель и регистрирующее устройство, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены апериодический усили1589163

Корректор М.Шароши

Заказ 2536 Тираж 511 Подписное

ИНИИПИ Государственного комитета ло изобретениям и открытиям при ГКНТ СЧСР

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

Производственно-издательский комбнлнт "!1атент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 гель с регулируемым коэффициентом усилениФ, второй резонансный усилитель, два амплитудных детектора, источник образцового напряжения, аттенюатор, два операционных усилите5 ля. и усилитель, при этом источник модулированного излучения содержит два генератора синусоидальных колебаний, Второй модулятор, переключатель и три селективных излучателя на светодиодах, первый из светодиодов через первый модулятор соединен с выходом

Первого генератора, выход второго генератора через второй модулятор под- 5

Ключики к входу переключателя, выходы

Которого соединены с вторым и третьим

Светодиодами, выход приемника модух1ированного излучения через апериодиЧеский усилитель соединен с входами

Составитель А.Ястребов

Редактор A.Ðåâèí Техред Л.Олийнык обоих резонансных усилителей, выход первого иэ которых через первый ам,плитудный детектор подключен к перво1 му входу первого операционного усилителя, выход которого через усилитель соединен с входом регулирования коэффициента усиления апериодического усилителя, выход второго резонансного усилителя через второй амплитудный детектор подключен к входу аттенюатора, выход которого соединен с первым входом второго операционного усилителя, вторые входы операционных усилителей подключены к выходу источника образцового напряжения, а выход второго операционного усилителя соединен с входом регистрирующего устройства.