Инфракрасный влагомер

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э G 01 N 21/85

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4914731/25 (22) 25.02.91 (46) 15;07.93. Бюл. N- 26 (71) Производственное объединение "Уральский оптико-механический завод" (72) В. И. Басков, А. С, Дунаев, А. С. Мякишев, Т. А. Сторожева и А. Т. Черепанов (56) Патент Великобритании ¹ 1325039, кл. 6 01 N 21/27, 1973.

Патент Великобритании ¹ 1593537, кл. 6 01 N21/27,,1981.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и автоматического регулирования влажности в пищевой, химической, целлулозно-бумажной, горнорудной, деревообрабатывающей и других отраслях промйшленности.

Целью изобретения является упрощение перенастройки устройства при замене оптических фильтров и повышение точности. . На чертеже приведена функциональная схема инфракрасного влагомера по данному изобретению.

Инфракрасный влагомер включает источник 1 излучения. формирующую оптическую систему 2 канала измерения, формирующую оптическую систему 3 эталонного канала, оптический фильтр 4 канала измерения, обеспечивающий пропускание излучения в . полосе поглощения воды, оптический фильтр 5 эталонного канала. обеспечиваю. щий пропускание излучения вне полосы поглощения воды, зеркала 6 и 7, направляющие излучение источника на соответствующие оптические фильтры 4 и 5, объективы 8 и 9, ... Ы,, l827595 Al

2 (54) ИНФРАКРАСНЫЙ ВЛАГОМЕР (57) Использование: измерительная техника. Сущность изобретения: двухканальная система, позволяющая получить два измерительных канала и два компенсационных канала за счет введения в устройство дополнительных формирующих систем, зеркал, объективов светоделителей модулятора, коммутатора. 1 ил, модулирующий диск 10 с тремя отверстиями (11, 12 и 13; двигатель 14, обеспечивающий вращение модулирующего диска 10.е1етоде-, 3 лители 15 и 16, разделяющие излучение на I два потока, оптический коммутатор, состоящий иэ кольца 17 с отверстием 18 и цилиндра 19 с отверстием 20, причем кольцо 17 с помощью цилиндра 19 закреплено на моду- 2 лирующем диске 10, наклонное зеркало 21, установленное на валу двигателя 14 и периодически принимающее отраженное от светоделителей 15 и 16 излучение через отверстие

20 оптического коммутатора, выходное зеркало 22; через которое осуществляется облуче- 4 ние исследуемого вещества 23. зеркала 24 и ЦЧ

25, периодически принимающие излучение, © прошедшее через светоделители15 и 16. (Я светоделитель 26. зеркала 27 и 28, фотоприемник 29, приемную оптическую систему 30, воспринимающую рассеянное исследуемым веществом 23 излучение и фокусирующую его на чувствительную площадку фотоп риемника

29. усилитель 31. аналого-цифровой преобразователь 32, демультиплексор 33, светодиод

34, фотодиод 35, генератор опорных напряжений 36 и блок 37 вычисления влажности.

1827595

Излучение источника 1, в качестве которого может использоваться кварцевая галогенная лампа, формирующими оптическими системами 2 и 3 измерительного и эталонного каналов соответственно преобразуются в два параллельных пучка, каждый из которых через соответствующие зеркала 6 и

7 одновременно. поступают на оптические * фильтры 4 и 5. Поток излучения, прошедший через оптический фильтр 4, сосредоточен в, 10 области длины волны Л1и хорошо поглощается водой (измерительный поток), Поток излучения, прошедший через оптический фильтр 5, сосредоточен в области длины волны Л и слабо поглощается водой (эталонный поток), Измерительный и эталонный потоки с помощью обьективов 8 и 9 одновременно направляются на диаметрально противоположные части модупирующего диска 10, приводимого во вращение двига- 20 телем. На модупирующем диске закреплен оптический коммутатор, состоящий из кольца 17 с отверстием 18 и цилиндра 19 с отверстием 20, В определенный момент времени t>, когда отверстие 11 модупирующего диска 10 попадает в попе зрения объектива 8, измерительный поток в течение некоторого временного интервала х, равного времени прохождения измерительного потока через 30, перемещающееся отверстие 11, поступает на светоделитель 15, который разделяет этот поток на два пучка. Пучок, отраженный от светоделителя 15, перехватывается отверстием 20 в цилиндре 19 оптического ком- 35 мутатора и направляется на наклонное зеркало 21, установленное на валу двигателя

14 и вращающееся синхронно с модулирующим диском 10. Отраженный от наклонного зеркала 21 пучок излучения через выходное 40 зеркало 22 облучает исследуембе вещество

23. Часть излучения, диффузно рассеянного исследуемым веществом 23, поступает на приемную оптическую систему 30, которая обеспечивает Фокусировку принимаемого 45 излучения на фоточувствительную площад«у фотоприемника 29. В фотоприемнике 29 оптическое излучение преобразуется в электрический импульс амплитудой 01 и длительность о I . 50

В момент времени t2 =- ti+ Тг /4, сдвинутый относительно момента t< на четверть периода вращения модулирующего диска

10, отверстие 12 попадает в поле зрения объектива 9. Эталонный поток в течение не- 55 которого времени интервала х. равного времени прохождения эталонного потока через г-еремешэющееся отверстие 12, поступает нэ сеетодепитепь 16, который раэделяет этот поток на два пучка. Пучок. прошедший через светоделитель,16, перехватывается отверстием 18 в кольце 17 оптического коммутатора и направляется на зеркало 25, Отраженный от зеркала 25 пучок излучения, отражаясь от светоделителя 26, с помощью зеркал 27 и 28 направляется на чувствительную площадку фотоприемника 29. В фотоприемнике 29 оптическое излучение преобразуется в электрический импульс амплитудой

0г и длительностью х, В момент времени хз =. tz + T (4, сдвинутый относительно момента t2 на четверть периода вращения модулирующего диска

1Î, отверстие 11 попадает в поле зрения объектива 9. Эталонный поток в течение временного интервала х, равного времени прохождения эталонного излучения через перемещающееся отверстие 11, пройдя отверстие 11, поступает на светоделитель 16, который разделяет этот поток на два пучка.

Пучок, отраженный от светоделителя 16, перехватывается отверстием 20 в цилиндре 19 оптического коммутатора и направляется на наклонное зеркало 21, синхронно вращающееся с модулирующим диском 10. Отраженный от наклонного зеркала 21 эталонный пучок излучения через выходное зеркало 22 облучает исследуемое вещество 23, Часть излучения, диффузно рассеянного исследуемым веществом 23, поступает на приемную оптическую систему 30, которая фокусирует принимаемое излучение на чувствительную площадку фотоприемника 29. В фотоприемнике 29 оптическое излучение преобразуется в электрический импульс амплитудой 0з и длительностью х, В момент времени 14 = тз + Тг /4, сдвинутый относительно момента времени © на четверть периода вращения модулирующего диска 10, отверстие 12 попадает в поле зрения объектива 8. Измерительный поток в течение временного интервала t, равного времени его прохождения через перемещающееся отверстие 12, пройдя отверстие 12, попадает на светоделитель 15, который разделяет этот поток на два пучка. Пучок, прошедший через светодепитель 15, перехватывается отверстием 18 в кольце 17 оптического коммутатора и направляется на зеркало 24. Отраженный от зеркала 24 пучок излучения проходит через светодепитепь 26 и с помощью зеркал 27 и 28 направляется на фотоприемник 29. где преобразуется в электрический импульс амплитудой Un u длительностью х, Выработанная в фотоприемнике 29 последовательность импульсоя одинаковой длительности, но различной эмпли улы, по1827595 сле усиления в усилителе 31 подается в аналого-цифровой преобразователь 32, где вырабатываются цифровые коды, соответствующие амплитудам U>, 0г, 0з и 0а Для разделения цифровых кодов по четырем каналам используется демультиплексор33, на информационный вход которого подаются сигналы с выхода аналого-цифрового преобразователя 32, а на управляющий вход— опорное напряжение генератора 36. Для 10 формирования опорного напряжения используются синхронизирующие импульсы, выработанные оптронной парой "светодиод-фотодиод". Излучение светодиода 34 указанной оптронной пары через отверстие l3 вращающегося модулирующего диска 10 воспринимается фотодиодом 35 и преобразуется в электрический сигнал. Этот сигнал поступает на вход генератора 36, который и

20 формирует опорное напряжение, Выходные сигналы демультиплексора

33 подаются в блок 37 вычисления показателя влажности. В блоке 37 показатель влажности вычисляется с использованием выраже25 ния

1 01 02

W= — tn—

Y 0з 04 в,котором весовой множитель у является 30 разностью между коэффициентами поглощения влажного вещества на длинах волн

А и Аг. Отношение 0>/0з является мерой содержания влаги в исследуемом веществе, так как оно пропорционально соотношению 35 потоков излучения, поглощенных влагой вещества на различных длинах волн. Сигналы

Uz и 04 не подвержены влиянию влаги, содержащейся в исследуемом веществе. Однако они подвержены влиянию старения, 40 температурных изменений и других дестабилизирующих факторов точно в такой же мере, как и сигналы Ui и 0з. Таким образом, все погрешности, связанные с изменениями потока излучения, полосы пропускания 45 оптических фильтров, интегральной и спектральной чувствительности фотоприемника, включаются в выходном сигнале Nf измерителя влажности.

Как видно из приведенной на чертеже 50 функциональной схемы, оптические фильтры 4 и 5 установлены перед модулирующим диском 10 неподвижно и диаметрально противоположно относительно оси его вращения. Это дает возможность перестройку 55 прибора, связанную с заменой оптических фильтров. осуществлять без разборки оптико-механического блока. балансировки модулирующего диска и юстировки оптической системы, Вместе с тем введение оптического коммутатора и двух компенсационных каналов позволяет исключить влияние дестабилизирующих факторов.на точность измерения влажности.

Формула изобретения . Инфракрасный влагомер, содержащий источник излучения, установленные по ходу излучения первую формирующую оптическую систему, первый оптический фильтр, модулирующий диск с отверстиями, установленный на валу двигателя, приемную оптическую систему, оптически сопряженную с фотоприемником, а также второй оптический фильтр и последовательно соединенные усилитель, подключенный к выходу фотоприемника, аналого-цифровой преобразователь, демультиплексор и блок вычисления влажности, последовательно соединенные генератор синхронизирующих импульсов, включающий светодиод и фотодиод и генератор опорных напряжений, подключенный выходом к управляющему входу демультиплексора. отличающийся тем, что, с целью упрощения перенастройки прибора и повышения точности, в него введены вторая формирующая оптическая система, установленная по отношению к первой формирующей оптической системе с противоположной стороны от источника излучения, за которой по ходу излучения установлен второй оптический фильтр, два зеркала, каждое из которых обеспечивает оптическое сопряжение первого и второго оптических фильтров с соответствующей формирующей оптической системой, два объектива, каждый из которых оптически сопряжен с соответствующим фильтром, первый и второй светоделители, установленные по ходу излучения за модулирующим диском с отверстиями и через него оптически сопряженные с объективами и через оптический коммутатор, установленный за ними, с наклонным зеркалом, установленным на валу двигателя или с одним из соответствующих наклонных зеркал, установленных за оптическим коммутатором. которые через третий светоделитель и два дополнительных зеркала оптически сопряжены с фотоприемником, и выходное зеркало, оптически сопряженное с наклонным зеркалом, установленным на валу двигателя, при этом модулирующий диск выполнен с тремя отверстиями, два из которых расположены под углом 90 относительно центра модулирующего диска, а оптический коммутатор, состоящий иэ кольца с отверстием и цилиндра с отверстием, закреплен с помощью укаэанного цилиндра к мсдулирующему диску, причем наклонное зеркало, установленное на валу двигателя, «врез от8

1827595

Составитель А.Дунаев

Техред М,Моргентал

Корректор С.Пекарь

Редактор

Заказ 2355 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент". r; Ужгород, ул.Гагарина, 101 верстие в цилиндре оптического коммутатора, первый или второй светоделители и первое отверстие в модулирующем диске оптически сопряжено с йервым или вторым объективом, а наклонные зеркала через отверстие в колъуе оптического коммутатора, /3 . ф первый или втерой светоделителй и второе. отверстие в модулирующем диске оптически сопряжены с первым или вторым объективом, при этом светодиод связан с

5 фотодиодом через третье отверстие модулирующего диска.