ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ПЕРИОДИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ И ТЕСТИРОВАНИЯ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА ДЛЯ ОБЛУЧЕНИЯ РАСТЕНИЙ Российский патент 2009 года по МПК G01J3/00 

Изобретение относится к области автоматизированной измерительной и контрольной аппаратуры и предназначено для измерения спектральных и электрических параметров источников света (ИС), преимущественно многоэлектродных газоразрядных ламп, применяемых для облучения растений в культивационных сооружениях.

Известно устройство для исследования спектров ИС типа КСВУ [Комплекс спектральный вычислительный универсальный КСВУ-23. Техническое описание и инструкция по эксплуатации Ю - 30.67.063 ТО. - Л.: ЛОМО, 1988]. В состав КСВУ входят монохроматор, фотоприемные головки, электронно-регистрирующее устройство, программируемое устройство управления и другие принадлежности. Центральным звеном первичной обработки поступающей информации является устройство управления, которое с помощью аппаратных средств и поддерживающего их программного обеспечения реализует вычислительные и управляющие функции по регистрации и первичной обработке спектральных данных. КСВУ не является средством измерений и может применяться для наблюдения спектров без оценки значений интенсивности излучения в единицах физических величин с нормированной точностью. Применение КСВУ для целей периодического контроля и тестирования ИС затруднено, что связано с отсутствием возможности измерения электрических характеристик ИС.

Наиболее близким к заявляемому устройству является автоматизированный спектральный вычислительный комплекс (АСВК) [Автоматизированный спектральный вычислительный комплекс / Светотехника. - 1990. - №12. - 3-я с. обл.]. АСВК содержит регулируемый блок питания в цепи электрического питания исследуемого ИС, блок управления шаговым двигателем, дифракционную решетку монохроматора, фотодатчик, усилитель фототока, аналого-цифровой преобразователь, управляющий компьютер. АСВК позволяет оперативно снимать спектр излучения ИС, проводить исследования светотехнических характеристик ламп при их работе в различных режимах электрического питания и может применяться в качестве средства оперативного контроля спектральных параметров ИС. Однако для комплексного периодического контроля и тестирования современных ИС АСВК также не применим, поскольку в его конструкции не предусмотрена работа с многоэлектродными ИС.

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности комплексного измерения спектральных и электрических параметров современных многоэлектродных ИС при их периодическом контроле и тестировании.

Новые существенные признаки изобретения заключаются в следующем.

В цепи электрического питания ИС включены датчики токов, выходы которых подключены ко входам калиброванных шунтов, выходы которых подключены ко входам нормирующих усилителей, датчики напряжения, выходы которых подключены к прецизионным делителям напряжения, выходы которых подключены ко входам нормирующих усилителей, в цепи фототока включен преобразователь напряжения, ко входу которого подключен выход усилителя фототока, а выход которого подключен ко входу нормирующего усилителя, в измерительной схеме включен коммутатор, ко входам которого подключены выходы всех нормирующих усилителей, преобразователь среднеквадратичных значений, ко входу которого подключен выход коммутатора, а выход которого подключен к аналого-цифровому преобразователю, блок буферных усилителей, который подключен к аналого-цифровому преобразователю, коммутатору, блоку управления шаговым двигателем, управляющему компьютеру.

Для обеспечения возможности измерения параметров многоэлектродных ИС блок питания в цепи электрического питания ИС выполнен многофазным (преимущественно трехфазным).

Датчики токов в цепи питания каждого электрода многоэлектродного ИС представляют собой трансформаторы тока, датчики напряжения представляют собой трансформаторы напряжения, включенные параллельно фазам многофазного блока питания и разрядным промежуткам многоэлектродного ИС.

Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными позволяют получить технический результат во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Функциональная схема комплекса показана в виде блок-схемы, на которой позициями обозначены: 1, 2, 3 - клеммы фаз питающей электрической сети; 4 - блок питания исследуемого ИС; 5, 6, 7, 8, 9, 10 - измерительные трансформаторы напряжения; 11, 12, 13, 14, 15, 16 - прецизионные делители напряжения; 17, 18, 19, 20, 21, 22, 29, 30, 31, 37 - нормирующие усилители; 23, 24, 25 - трансформаторы тока; 26, 27, 28 - калиброванные шунты; 32 - исследуемый ИС; 33 - дифракционная решетка; 34 - фотодатчик; 35 - усилитель фототока; 36 - преобразователь напряжения; 38 - коммутатор; 39 - шаговый двигатель; 40 - управляющий блок; 41 - компьютер; 42 - блок буферных усилителей; 43 -аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 44 - преобразователь среднеквадратичных значений.

Измерительно-вычислительный комплекс функционирует следующим образом. Подключение исследуемого ИС к питающей электрической сети производится клеммами 1…3. Через блок питания 4 напряжение фаз подается на разрядные промежутки ИС 32. Измерительные трансформаторы напряжения 5…10 осуществляют гальваническую развязку силовой и измерительной цепей комплекса и служат для измерения напряжений фаз питающей сети и разрядных промежутков ИС. Трансформаторы напряжения 5…7, подключенные первичными обмотками на линейные напряжения сети, работают в диапазоне от 0 до 450 В. Трансформаторы напряжения 8…10, первичные обмотки которых подключены параллельно разрядным промежуткам ИС, работают в диапазоне от 0 до 300 В. Все трансформаторы напряжения своими вторичными обмотками нагружены на прецизионные делители напряжения 11…16, осуществляющие ослабление сигналов в 50…100 раз и согласование их с входами нормирующих усилителей 17…22.

Измерительные трансформаторы тока 23…25 обеспечивают гальваническую развязку силовых и управляющих цепей установки и измерение токов разрядных промежутков ИС в диапазоне от 0 до 30 А. Их вторичные обмотки нагружены на калиброванные шунты 26…28 током на 5 А.

Нормирующие усилители сигналов напряжения 17…22 осуществляют предварительное усиление сигналов с выходов прецизионных делителей 11…16 и нормирование их до уровня 7,5 В при максимальном и 2,5 В при минимальном уровнях входных сигналов.

Нормирующие усилители сигналов тока 29…31 осуществляют предварительное усиление напряжения с калибровочных шунтов 26…28 и их дальнейшее нормирование в тех же диапазонах.

Фотодатчик 34 преобразует интенсивность выделенных спектральных интервалов излучения разрядных промежутков ИС в уровень напряжения, который далее подается на вход усилителя фототока 35 с коэффициентом усиления в пределах от 10 до 1000. С выхода последнего сигнал подается на вход преобразователя напряжения 36, где он преобразуется в переменное напряжение прямоугольной формы с частотой в пределах 50…500 Гц. Нормирующий усилитель 37 осуществляет нормирование сигнала до уровня 7,5 В при максимальном и 2,5 В при минимальном значении входного сигнала.

С выходов нормирующих усилителей 17…22, 29…31, 37 сигналы, пропорциональные напряжениям, токам и фототоку, подаются на входы коммутатора 38. Переключение входов коммутатора осуществляется по командам от компьютера по адресной шине, в соответствии с двоичным кодом на которой к выходу коммутатора подключается один из его входов. Частота и последовательность коммутации задается программно в соответствии с алгоритмом контроля и тестирования ИС.

Переменные периодические сигналы с выхода коммутатора 38 подаются на вход преобразователя среднеквадратичных значений 44, где осуществляется измерение их действующего значения и затем подаются на вход АЦП 43, где осуществляется преобразование сигнала в двоично-десятичный код. Таким образом, в результате формируется цифровая шкала измерения значений напряжений, токов и фототока в пределах от 0 до 999, что вполне удовлетворяет требуемой точности определения параметров ИС. С выхода АЦП цифровой сигнал поступает на вход блока буферных усилителей 42 и далее на компьютер 41. При измерении спектра излучения по сигналу от компьютера 41 через управляющий блок 40 осуществляется управление шаговым двигателем 39, который поворачивает дифракционную решетку 33 монохроматора, направляя на фотодатчик 34 излучение требуемой длины волны.

Изобретение к области измерительной аппаратуры. Устройство содержит регулируемый многофазный блок питания в цепи электрического питания исследуемого источника света, блок управления шаговым двигателем, дифракционную решетку монохроматора, фотодатчик, усилитель фототока, аналого-цифровой преобразователь, управляющий компьютер, датчики токов и напряжений в цепи электрического питания ИС, калиброванные шунты и прецизионные делители напряжения, преобразователь напряжения в цепи фототока, нормирующие усилители, коммутатор, блок буферных усилителей, который подключен к аналого-цифровому преобразователю, коммутатору, блоку управления шаговым двигателем и управляющему компьютеру. Технический результат - возможность комплексного контроля спектральных и электрических параметров источников света. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Измерительно-вычислительный комплекс периодического контроля и тестирования источников света (ИС) для облучения растений, содержащий регулируемый блок питания в цепи электрического питания исследуемого источника света, блок управления шаговым двигателем, дифракционную решетку монохроматора, фотодатчик, усилитель фототока, аналого-цифровой преобразователь, управляющий компьютер, отличающийся тем, что в цепи электрического питания источника света включены датчики токов, выходы которых подключены ко входам калиброванных шунтов, выходы которых подключены ко входам нормирующих усилителей, датчики напряжения, выходы которых подключены к прецизионным делителям напряжения, выходы которых подключены ко входам нормирующих усилителей, в цепи фототока включен преобразователь напряжения, ко входу которого подключен выход усилителя фототока, а выход которого подключен ко входу нормирующего усилителя, в измерительной схеме включен коммутатор, ко входам которого подключены выходы всех нормирующих усилителей, преобразователь среднеквадратичных значений, ко входу которого подключен выход коммутатора, а выход которого подключен к аналого-цифровому преобразователю, блок буферных усилителей, который подключен к аналого-цифровому преобразователю, коммутатору, блоку управления шаговым двигателем, управляющему компьютеру.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для обеспечения возможности измерения параметров многоэлектродных источников света регулируемый блок питания в цепи электрического питания источника света выполнен многофазным (преимущественно трехфазным).

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве датчиков токов в цепи электрического питания каждого электрода многоэлектродного источника света включены трансформаторы тока, в качестве датчиков напряжения параллельно фазам многофазного блока питания и разрядным промежуткам многоэлектродного источника света включены трансформаторы напряжения.