Прозрачномер Советский патент 1985 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к оптикоэлектронному приборостроению и может быть использовано для измерений опти ческих характеристик, например показателя ослабления света в воде. Известен прсзрачномер, состоящий из источника излучения, оптического устройства формирования световых потоков, модулятора, оптического устройства совмещения световых потоков фотоприемника, усилителя и системы регистрации, включакицей аналоговый перемножйтель, управляемый генератор, аналого-цифровой преобразовател цифровой арифметическое устройство, блок управления, аналоговые ключи, конденсаторы П . Недостатком этого устройства является невысокая точность измерения обусловленная погрешностями и темперутрными дрейфами аналоговой схемы обработки информации. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является прозрачномер, содержащий источник излучения, установленные по ходу излучения оптическое устройство формирования onopHOio и рабочего световых потоков, коммутатор, снабженный средством, для вращения, оптическое устройство совмещения опорного и рабочего световых потоков, фотоПрием- ник с системой обработки информации 2 . Недостатком известного устройства является низкая точность измерений, обусловленная фоновой засветкой фотоприемника (например, солнечным излучением, рассеянным в поле зрения оптического устройства совмещения опорного и рабочего световых потоков Целью изобретения является повыше ние точности измерения. Поставленная цель достигается тем что в прозрачномере, содержащем чис точник излучения, установленные по ходу излучения оптическое устройство формирования опорного и рабочего све товых потоков, коммутатор, снабженный средством вращения, оптическое устройство совмещения опорного и рабочего световых потоков, фотоприемник с системой обработки информации система обработккР информации выполнена в виде устройства, включающего устройство синхронизации, состоящее из оптически связанных источника и приемника излучения, установленных по разные стороны коммутатора, программируемый усилитель, цифроаналоговый преобразователь, устройство управления , устройство выборки-хранения , регистр, аналого-цифровой преобразователь и цифровое арифметическое устройство, причем выход устройства синхронизации соединен с входом устройства управления, выход фотоприемника соединен с неинвертирующим входом программируемого усилителя, выходы.устройства управления соединены с входами программируемого усилителя, регистра, устройства выборкихранения, аналого-цифрового преобразователя и цифрового арифметического устройства, выход программируемого усилителя соединен с входом устройства выборки-хранения, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход аналогоцифрового преобразователя соединен с входами регистра цифрового арифметического устройства, выход регистра соединен с входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с инвертирующим входом программируемого усилителя. На чертеже представлено предлагаемое устройство. Устройство содержит источник 1 излуче.чия, оптическое устройство 2 формирования рабочего и опорного световых потоков, коммутатор 3, снабженный средством 4 вращения, устройство 5 синхронизации, состоящее из источника 6 излучения и приемника 7 излучения, оптическое устройство 8 совмещения опорного и рабочего световых потоков на фотоприемнике 9, программируемый усилитель 10, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 11, устройство 12 управленияi устройства 13 выборки-хр.анения, регистр 14, аналого-цифровой преобразователь (АЦП 15, цифровое, арифметическое устройство 16, устройство 5 синхронизации, включающее элементы 6 и 7, и блоки 1016 составляют адаптивную систему 17 обработки информации. Устройство работает следующим образом. Излучение источника 1 попадает в оптическое устройство 2, где формируются опорный и рабочий световые потоки равной интенсивности и через коммутатор 3 направляются в исследуемую среду. Диск коммутатора последовательно перекрывает оба световых потока опорного и рабочего каналов (первый этап цикла измерений), перекрывает только рабочий канал (второй этап), перекрывает только опорный канал (третий этап). На первом этапе цикла измерений сигнал с фотоприемника 9 на неинверруклцем входе программируемого усилителя 10 обусловлен только фоном, например солнечным излучением, рассеянным измеряемой средой в поле зрения оптического устройства 8 совмещения рабочего и опорного световых потоков. Излучение источника 6 устройства 5 синхронизации через отверстие в коммутаторе 3 попадает на приемник 7, сигнал которого синхронизирует работу устройства 12 управления, которое записывает нули в регистр 14, в результате чего на инвертирующем входе программируемого усилителя 10 напряжение, поступающее с выхода ЦАП 11, становится равным нулю. Затем по командам устройства 12 управления устанавливается коэффциент усиления программируемого усилителя 10, требуемый для измерения фоновой засветки. Усиленный сигнал запоминается в устройстве 13 выборки-хранения на время, необходимое для его преобразования в АЦП Г5 после чего цифровой код, соответствующий фоновому сигналу, записывается в регистр 14, На втором этапе на неинвертирующи вход программируемого усилителя 10 с фотоприемника 9 поступает суммарный сигнал опорного светового потока и фона. Поскольку в регистре 14 запи сан цифровой код, соответствующий сигналу фона, то на инвертирующий вход программируемого усилителя 10 с выхода ЦАП 1I поступает сигнал, равный сигналу фона. Поэтому на выходе программируемого усилителя 10 сигнал пропорционален только величине опорного светового потока. По командам устройства 12 управления устанавливается коэффициент усиления программируемого усилителя 10, оптимальный для измерения интенсивностей опорного и рабочего световых потоков, сигнал с усилителя 10 записывается в устройстве 13 выборки-хранения, преобразуется в цифровой код АЦП 15 и запоминается в цифровом арифметичесч ком устройстве 16, На третьем этапе на ненвертирующий вход программируемого усилителя 10 с фотоприемника 9 поступает суммарный сигнал рабочего светового потока и фона, на инвертирующем входе сохраняется сигнал с выхода ЦАП 11, соответствующий фону, С выхода программируемого усилителя 10 сигнал, пропорциональный только величине рабочего светового потока, поступает на вход устройства 13 выборки-хранения, преобразуется в АЦП 15 и заносится в цифровое арифметическое устройство, которое вычисляет логарифм отнощения величин сигналов опорного и рабочего световых потоков и делит его на разность путей этих потоков в исследуемой среде. Полученная величина представляет собой показатель ослабления света исследуемой средой. Цифровой код показателя ослабления из цифрового арифметического устройства 16 подается на выход прибора для дальнейшей обработки и записи в регистрирующее устройство. Таким образом, на первом этапе измерений прибор адаптируется к уровню засветки, обусловленному рассеянным в исследуемой среде фоновым излучением, что позволяет на втором и третьем этапах получить точную информацию о величине световых потоков в опорном и рабочем каналах. Уровень засветки в течение одного цикла измерений практически не измеряется, поскольку длительность цикла зыби- раетея много меньше характерных времен изменений факторов, определяющих фоновую засветку (изменение высоты солнца над горизонтом, флуктуации поля излучения под взволнованной границей раздела воздух - вода, скорость погружения и подъема прибора и др,) , При измерениях в приповерхностном слое в зависимости от прозрачности вод и погодных условий относительная .ошибка в определении показателя ослабления известным устройством из-за фоновой засветки фотоприемника достигает 30-50%, В то же время относительная ошибка измерений предагаамым устройством не превьш1ает 5л, В предлагаемом устройстве ически будут усредняться и такие озможные источники ошибок измерений, ак температурные дрейфы аналоговых s схем, нестабильность источников их электропитания и др.,, так как величина этих д)ейфов на первом этапе измерений просуммируется с сигналом фона, а на втором и третьем этапах будут намерены точные величины световых потоков в основном и рабочем каналах относительносуммарного сиг нала и дрейфов схемьи Таким образом, преимуществами предлагаемого устройства является 0 повышение точности измерений показателя ослабления света за счет устранения влияния фоновой засветки фотоприемника и устранение влияния на точность измерений температурных и других медленных дрейфов аналоговых электронных схем, что обусловлено конструктивными особенностями предлагаемого прозрачномера: выполнение системы обработки информации в виде адаптивного устройства.

ПРОЗРАЧНОМЕР, содержащий источник излучения, установленные по ходу излучения, оптическое устройство формирова ния опорного и рабочего световых потоков, коммутатор, снаб- женньй средством для вращения, оптическое устройство совмещения опорного и рабочего световых потоков, фотоприемник с системой обработки информации, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерений, система обработки информации выполнена в виде адаптивного уст1СЕСОЮ35 1 13 -:.. Т1;ХНУ --; SttM ройства, включающегЬ устройство синхронизации, состоящее из оптически связанных источника и приемника излучения, установленных по разные стороны коммутатора, программируемый усилитель, цифроаналоговый преобразователь, устройство управления, устройство выборки-хранения, регистр, аналого-цифровой преобразователь и цифровое арифметическое устройство, причем выход устройства синхронизации соединен с входом устройства управления , выход фотоприемника соединен с неинвертирующим входом программируемого усилителя, выходь устройства управления соединены с входами программируемого усилителя, регистра, устсл ройства выборки-хранения, аналогоцифрового преобразователя и цифрового арифметического устройства, выход программируемого усилителя соединен с входом устройства выборки-хранения, выход которого соединен с входом .аналого-цифрового преобразователя, выоэ ход аналого-цифрового преобразователя со соединен с входами регистра и цифрового арифметического устройства, выО5 ход регистра соединен с входом цифроо аналогового преобразователя, выход которого соединен с инвертирующим входом программируемого усилителя.