Способ измерения объема падающей капли стекла и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК C03B7/00 

ними измерениями, в ре;;ультате чего получается объем слоя капли,Jinn определения общего объема капли полученные объемы слоев суг- мируются.

Камеры также используются ;для получения изображения капли, с помощью которого определяется ее форма. Кроме того, изображение капли используется для определения ее ориентации, т.е. наклона продольной оси капли по отношению к ее траектории .

На фиг . 1 представлено схематическое изображение системы измерений; на фиг.2 - стеклянная капля, вид сверху; на фиг.З - блок-схема устройства для измерения; на фиг.4 - блок-схема устройства измерения скорости и длины капли ; на фиг.5 - блок управления сбором данных .

Как видно из фиг.1, капля расплавленного стекла 1 падает из подаюи1его механизма 2 по траектории обозначенной пунктирной линией 3. |Два параллельных лазерных луча 4 и is, излучаемых лазерами 6 и 7 соответственно, направлены таким образом, что пересекают линию 3. Расстояние между лазерными лучами 4 и 5 обозначено отрезком X. После пересечения с линией 3 лазерные лучи 4 -и 5 попадают в фотодатчики 8 и 9 соответственно. При попадании лучей 4 и 5 в датчики 8 и 9 на выходе последних генерируется сигнал О, при отсутствии лазерных лучей - сигнал 1. Когда капля 1 попадает на траекторию лазерных лучей 4 и 5, датчики 8 и 9 находятся в состоянии кода 1. После того, как капля 1 пройдет достаточное расстояние, чтобы не препятствовать попаданию лазерных лучей в фотодатчики 8 и 9, последние вырабатывают сигнал, соответствующий коду О.

Путем измерения времени между моментами началасрабатывания 8 и 9, соответствующими попаданию переднего края капли 1 на траекторию лазерных лучей, можно определить среднюю скорость переднего края капли 1 при прохождении ею лазерных лучей (так как расстояние X известно). Учитывая, что расстояние X относительно мало, можно считать полученную скорость мгновенной. Скорост хвостового края капли можно определить таким же способом, измерив время, необходимое для его прохождения мимо лазерных лучей 4 и 5. Зате может быть измерено время, необходимое для прохождения всей капли мимо .лазерного луча и отсюда определена длина капли (из уравнения L Vg+ 1/2 at, где VQ - первоначалная скорость капли ; а - ускорение силы тяжести; t - время прохождения всей капли через лазерН1.1й луч 5, - длина капли).

При дальнейшем падении капля по5 падает в поле зрения двух фотодиодных камер 10 и 11, расположенных под углом друг к другу. Камеры находятся на расстоянии Y (измерено вдоль линии 3) от лазерного луча 5 и рас0 положены под углом 90 друг к другу, Камеры 10 и 11 включают в себя горизонтальный набор на 768 фотодиодов. Обе камеры 10 и 11 имеют цифровой выход, т.е. каждый из фотодиодов набора может иметь на выходе сигнал 1 или О в зависимости от того, попадает ли на каждый из диодов свет от капли 1 или нет. Порог срабатывания набора фотодиодов регулируется, так что различие между светом, исходящим от капли, и при ее отсутствии может быть обнаружено. При падении капли 1 набор фотодиодов подвергается сканированию через очень маленькие интервалы времени. Скорость сканирования такова, что каждое развертывание осуществляется горизонтально поперек всей ширины капли 1. В поле зрения каждой из камер входит полная протяженность поперечного сечения капли 1 и еще небольшая часть этой длины. Каждому фотодиоду соответствует определенная ширина, т.е. если каждая из камер 10 и 11 имеет поле зрения шириной 768 мм, каждому диоду соответствует 1 NM . Производятся последовательь.ые развертывания, соответствующие равным приращениям расстояния, пройденного каплей 1 (например, каждое развертывание осуи1ествляется после прохождения каплей расстояния в 1 мм). В данном случае камерами производится 512 развертываний, начиная с момента фиксирования датчиком 9 прохождения капли 1. Сканирование производится через интервалы, достаточные для того, чтобы вся длина капли 1 попала в поле зрения камер 10 и 11. Путем соединения последовательных развертываний, осуществляемых камерами, можЕ-io определить форму падающей капли 1.

Камерами 10 и 11 осуществляется последовательное развертывание слоев, или сечений, капли 1 при ее падении. Измерения, полученные в процессе развертывания, могут быть использованы для определения площади поперечного сечения, соответствующего каждому развертыванию.Поперечное сечение капли 1 имеет круглую или близкую к круглой форму (например, эллиптическую с большой и малой осями, отличающимися 5 не более чем на 15%). Если поперечпамяти 24 соединен с регистрирующим устройством 25 и вычислительной машиной 16. Выход вычислительной машины 16 также соеди -:ен с регистрируег м устройством 25.

Работа устройства начи ается с момента, когда датчик 8 зарегистрирует передний край капли 1 .Сигнал сброса от датчика 8 поступает в бдок управления сбором данных 13 и посдедний также вырабатрлвает сигнал сброса. Посде этого блоки 12, 19 и 20 готовы к приему данных а генератор 18 синхронизирующих импудьсов очищается. Бдок 12 измерения скорости и длины капли определяет временр1ые интервалы между фиксированием раздичннх частей капли 1 и Датчиками 8 и 9. Сигналы, соответствующие этим временным интервалам, затем посылаются в вы ислительную машину 16, где определяется входная и выходная скорости v. длина капли 1.Сигнал входной скорости также посыдается в генератор 18 синхронизирующих импульсов. В момент фиксирования датчиком 9 переднего края капди 1 под действием сигнада начала цикла блок 13 управления сбором данных вырабат);вает сигнал начала сканирования, поступающий в блоки измерения деления формы капли 19 и 20. Затем блоки 19 и 2.0 начинают получать сиг}1алы от камер 10 и 11. 13 процессе падения капли 1 камерами 10 и 11 производится сканирование, а блоки 19 и 20 определяют ширину и положен:-;е краев и центра капли 1 для каждого развертывания. Сканирование производится через равные расстояния, пройденные каплей 1. Скоростью сканирования управляет генератор 18 синхронизирующих импульсов. Посде того, как камеры 10 и 11 произведут сканирование в 512 раз, бдок управления сбором данных npeicращает вырабатывать сигнал начала сканирования. Следующий цикл начинается при получении сигналов сброса и начала цикла.

После каждого развертывания данные, собранные в бдоке измерения деления капли 19 и 20, поступают в элемент памяти 24. Когда в элемент памяти заложены все данные в блок управления сбором данных 13 поступает сигнал сброса счетчика, показанный линией 26. Блок 13 в сво очередь вырабатывает сигнал, поступающий в блоки 19 и 20, где он производит сброс счетчиков данных, содержащихся в этих цепях. Этот сигнал на одной из линий 27. Из элемента памяти 24 информация поступает в регистрирующее устройство 25, где изображения от обеих камер

носцроизРодятся на экране.Вычислительная машина 16 использует информацию, накопленную в элементе памяти 24, Д/1Я определения объема и веса капли 1. Затем эта информация посылается в регистрирующее устройство 25.

4 показан блок измерения

На ф и г и длина капли 12. Первонаскоростичик 8 вырабатывает сигнал. чально да

0

соответствующий коду i при пересечении каплей 1 траектории лазерного луча 4. Выход датчика В через линию 28 связан с блоком управления 13 сбором данных, а также с входом схе5мы И 29 и инвертором 30. Когда на выходе датчика 8 сигнал соответствует коду О, то на выходе блока управления 13 сигнал сброса также соответствует коду 1.Выход сброса соединен с инвертированньз входом

0 мультивибратора 31, Вход S мультивибратора 31 связан с входами схемы И 32. Первона гально на выходе мультивибратора 31 сигнал 1, поэтому при поступлении сигнала сбро5са 1, 1 вырабатывается на выходе схемы И 32. Выход схемы К 32 связан с зходалп- схем И 29,33 и 34. .м образом, схемы 11 29, 33 и 34 находятся в рабочем состоянии,когда.

0 Б1,ходс схемы И 32 - 1.

Bivxoi датчика 9 соединен с входами схем И 33 и 34 и с входо.к-: иквертора 35. Выход инвертора 35 соединен с входом схемы И 29 и с входом

5 сннхрО:1изацг:и мультивибратора 31. образом, синхронизация мультивибратора осу1 ;ествляется в момент ;-:з;.:енсния сигнала на выходе инверто ;.а от О на 1, что место.,

0 коГда хвостовой кран капли 1 проходит мимо датчи.ка 9 , Когда на вход оинхронизац15и мультивибратора 31 поступает 1, на его выходе, очищенном при поступлении сигнала сброса О, генерируется сигнал О.

5 Это в свою очередь приводит к появлению на выходе схемы И 32 сигнала, соответствующего коду О. Таким образом, выход cxeNibi И 32 соответствует коду 1 между моментом,

0 когда датчик 8 впервые зафиксировал появление капли 1, и моментом, когда датчик 9 в ПОследний раз зафиксировал каплю 1.

5

Выход cxefvfe И 29 соответствует 1, когда на выходе датчика 8 1 и на выходе датчика 9 О (считая, что на выходе схемы И 32 1), Это соответствует времени между момен0тами фиксирования переднего края капли 1 каждым из датчиков В и 9, Выход схемы И 33 соответствует 1, когда выход датчика 8 соответствует О и выход датчика 9 - 1. Этосоответствует времени между момен5

1

I

1. Способ измерения объема падающей капли стекла, включающий измерение ее длины, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с цельЕО noBhiujeния точности измерения объема, длину капли измеряют путем вычисления скорости ее падения, после чего осуществляют сканирование падающей капли с определенной частотой, измеряют ее горизонтальные размеры в поперечном сечении, вычисляют площадь поперечного сечения капли и умножают ее на приращение размера капли по высоте между моментами сканирования, а объем капли вычисляют как сумму вычисленных произведений, причем частоту сканирования корректируют в зависимости от скорости падения капли. 2. Устройство для измерения объема падающей капли, содержащее два фотодатчика, установленных вдоль линии падения капли, отличающееся тем, что оно снабжено двумя фотодиодными камерами, расположенными ниже двух фотодатчиков по пути падения капли и установленными под углом друг к другу, блоком управления сбором данных, блоком измерения скорости падения и длины капли, двумя блоками измерения формы капли, генератором синхронизирующих импульсов, элементом памяти, вь;чр1слительной машиной и регистрирующим блоком, причем выходы первого фотодатчика соединены с первыми входами блока измерения скорости падения и длины капли и блока управления сбором данных, выходы второго фотодатчика соединены с вторыми входами блока измерения скорости падения и длины капли и блока управления сбором данных и первым входом генератора синхронизирьющих импульсов, второй и третий входы которого соед 1нены соответственно с первым Быход;ом блока измерения скорости g пален;;я и длины капли и с первым выходом блока управления сбором данных, а выход - с третьим входом блока управления сбором данных, четвертый, пятый и шестой входы которого соединены соответственно с первым выходом элемента памяти и с первыми выходами блоков измерения формы капли, пятый и шестой входы блока управления сбором данных соеОЭ динены также с входами .фотодиодных камер, которые подключены к первьгм 00 выходам блоков измерения формы капли, третьи входы блоков измерения формы капли соединены между собой Ю -а и подключены к третьему входу генератора, синхронизирующих импульсов и к третьему входу блока измерения скорости падения идлины капли,вторые выходы блоков изменения формы капли подключены к первому и второму входам элемента памяти, второй выход которого соединен с первым входом регистрирующего блока и первым входом вычислительной машины, второй выход блока измерения скорости падения и длины капли соединен с вторым входом вычислительной машины, выход которой подклгочен к второму входу регистрирующего блока.

, С

После завершения каждого развертывания сигнал выполнения сканирования 1 посылается в линии, которые связаны с входом схемы ИЛИ 55 Выход схемы ИЛИ 55 связан с входом 54. Таким образом, выход схемы И 54 переходит в состояние 1,когда на выходе Q мультивибратора 52 (т.е. после получения сигнала начала цикла), и вырабатывается сигнал выполнения сканирования. Выход схемы И 54 соединен с элементом памяти 24, поэтому при появлении 1 на выходе схемы И 54 элемент памяти 24 получает данные из элементов измерения формы капли 19 и 20. После завершения сбора данных элементов памяти 24 на вход схемы И 56 поступает 1. Выход о мультивибратора 47, связанный с другим входом схемы И 56, находится в состоянии 1 на протяжении всего времени сбора информации. Таким образом, выход схемы И 56 измсняется с О на 1 после того, как данные каждого развертывания поступают в элемент памяти 24. Выходы схемы И 56 является линия 27, связанная с элементами измерения формы капли 19 и 20.

Процесс управления схемой фиг.5 заключается в том, что при появлении сигналов начала сканирования камеры 10 и 11 начинают производить

0 последовательные развертывания.После завершения каждого развертывания полученные данные поступают в элемент 24. После завершения сбора данных элемента памяти 24 в блоки

5 измерения формы капли посылается сигнал, подготавливая их к измерениям следующего развертывания. Затем генерируется следующий сигнал начала сканирования, и процесс повторяется. Выход О мультивибратора 49 свя0 с входом инвертора 57. Выход инвертора связан с инвертированным входом сброса мультивибратора 47.