Оптический измеритель концентрации пыли Советский патент 1986 года по МПК G01N21/53 

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано для измерения, регистрации и сигнализации о значении концентрации пыли (аэрозолей), которая опасна для здоровья людей, взрывоопасна или приводит к нарушению технологического процесса.

Цель изобретения - повьшение точности измерений путем уменьшения влияния фоновых засветок, переменных нестабильностей светоизлучателя и светоприемника, запыленности входного окна светоприемника, нестабильностей усилительно-преобразующих элементов схемы, изменения температуры окружающей среды.

В измерительном и компенсационном каналах устройства, разделенных по времени, используются одни и те же светоизлучатель, светоприемник и усилительно-преобразовательный тракт, причем световой- поток компенсационного канала с помощью электрооптического модулятора автоматически отслеживает величину светового потока измерительного канала так, чт

их отношение всегда равно единице. Это позволяет исключить влияние различных нестабильностей светоизлуча- теля, светоприемника и делительно- преобразовательного тракта на результат измерений.

На чертеже представлена блок-схе- ма оптического измерителя концентра- ции пыли.

Устройство содержит светоизлучатель 1, оптически связанный через модулятор 2 светового потока с электродвигателем 3, световод 4, элект- рооптический модулятор 5 и аттенюатор 6 (все эти элементы образуют компенсационньй канал) со светопри- емником 7. Светоизлучатель 1 связан со светоприемником 7 также через модулятор 2 и измерительный канал, в который входит рабочая камера 8. Светоприемник 7 подключен к усилителю 9 переменного тока, выход которого соединен с первым входом схемы 10 совпадения, выход которой через интегратор I1 и усилитель 12 постоянного тока подкл(очен к измерительному прибору 13 и к электрооптическому модулятору 5, а второй вход схемы 10 совпадения через формирователь 14 импульсов соединен с оптронной парой - светодиодом 15 и фотодиодом 16

Модулятор 2 светового потока, приводимый во вращение электродвигателем 3, выполнен в виде диска с отверстиями, расположенными по окружности, причем длительность импульсов светового потока, получаемых с помощью модулятора 2, равна паузе между ними (скважность равна двум). Достигается это тем, что ширина отверстий модулятора 2 светового потока и расстояние между их краями одинаковые .

Устройство работает следующим образом.

Непрерывный световой поток Ф светоизлучателя I, проходя через отверстия вращающегося модулятора 2 светового потока, преобразуется в импульсный световой поток Ф| и попадает в рабочую камеру 8. Часть импульсного светового потока Ф , отраженная от измеряемой среды, например пьти, находящейся в рабочей камере 8, попадает на светоприемник 7, например кремниевый фотодиод. С помощью световода 4, установленного так, что импульсы светового потока попадают на него в промежутках между импульсами, попадающими в рабочую камеру, импуль- сньш световой поток направляется на электрооптический модулятор 5. - Электрооптический модулятор состоит из двух скрещенных поляризаторов (под скрещенными понимают поляризаторы, угол между плоскостями поляризации которых составляет 90°), между которыми размещены два электрооптических кристалла с закрепленными на их поверхности электродами. При отсутствии напряжения между электродами световой поток через электрооптический модулятор не проходит. Изменяя напряжение, приложенное к электродам, можно регулировать интенсивность светового потока на выходе электрооптического модулятора. Световой поток Ф с выхода электрооптического модулятора 5 попадает на аттенюатор 6, которьй служит для настройки предлагаемого устройства. С выхода аттенюатора 6 световой поток Фд направляется на светоприемник 7. Таким образом, на вход светоприемника 7 поочередно попадают импульсы света, отраженные от измеряемой пьти (измерительный канал) и с выхода аттенюатора 6 (компенсационный канал). Импульсное

3

напряжение lU с выхода светоприем- ника 7, пропорциональное световым потокам Ф д поступает на вход усилителя 9 переменного тока. Последний с высоким входным сопротивлением и высоким коэффициентом усиления усиливает только переменную составляющую напряжения tJ л и напряжение lij на его выходе пропорционально разности световых потоков Ф д Напряжение Uj поступает на первый вход схемы 10 совпадения, на второй вход которой поступает импульсное напряжение И. синхронизации, сформированное оптрон- ной парой - светодиодом 15 с фотодиодом 16 и формирователем 14. Оптрон ная пара 15-16 должна быть размещена таким образом, чтобы ось светового потока Фс отстояла от оси светового потока Ф, или от оси световода 4 на целое количество участков , равных ширине отверстия модулятора светового потока. В этом случае напряжение Uj находится в фазе со световым потоком Ф. На выходе схемы 10 совпадения появится импульсиое напряжение Ujg только в том случае, если Ф Фд- Это напряжение поступает на вход интегратора 11, выходной потенциал и ц которого в этом случае растет. Напряжение U усиливается усилителем 12 постоянного тока и прикладывается к электродам электрооптического модулятора 5. Интенсивность светового потока Ф / на выходе электрооптического модулятора расте до тех пор, пока не выравняются пот ки Фц и Фд. Если допустить, что Ф„ Фд, то напряжение О ц на выход интегратора 11 уменьшается, уменьшается напряжение U д, , прикладываемое к электродам электрооптического модулятора 5, соответственно уменьшается световой поток Фд до тех пор, пока не выполнится равенство Ф Ф. Таким образом, светоприем- ник 7 вьтолняет роль иуль-индика- тора световых потоков Ф „ и Ф д , схема всегда находится в режиме Щ1- намического равновесия, а напряжение и„ на выходе усилителя 12 постоянного тока является мерой измеряемой концентрации пыли. Выходной сигнал схемы не зависит от изменения коэффициентов передачи светоиз- лучателя 1, светоприемиика 7, усили230934

теля 9 переменного тока, схемы 10 совпадения, интегратора 11 и усилителя 12 постоянного тока, т.е. не зависит от различных нестабильнос5 тей этих элементов. Предварительная настройка устройства осуществляется с помощью аттенюатора 6 с регулируемой диафрагмой и оптической юстировки светоизлучателей, светоприемни10 ков световода и модулятора светового потока.

Формула изобретения

15 Оптический измеритель концентрации пыли, содержащий светоизлучатель, оптически связанный через модулятор светового потока, снабженный электродвигателем, и измерительный канал,

20 включающий рабочую камеру, со свето- приемником, соединенным через усилитель переменного тока с измерительным прибором, причем светоизлучатель оптически связан со светоприемником

25 также через модулятор светового потока и компенсационный канал, включающий аттенюатор, отличающийся тем, что, с целью повьш1е- ния точности измерения, в него допол30 нительно введены световод, электрооптический модулятор, схема совпаде- -ния, интегратор, усилитель постоянного тока, формирователь синхроимпульсов и оптронная пара, включаю,, щая светодиод, оптически связанный с фотодиодом через модулятор, при этом световод и электрооптический модулятор расположены в компенсационном канапе последовательно по

40 ходу излучения между модулятором и аттенюатором, усилитель перемен- иого тока соединен с измерительным прибором через соединенные последовательно схему совпадений, интегра45 тор и усилитель постояниого тока, оптронная пара подключена к второму входу схемы совпадений через формирователь синхроимпульсов, выход усилителя постоянного тока сое50 динен с электрооптическим модулятором, модулятор выполнен в виде диска с отверстиями, расположенными по окружности, причем ширина отверстий равна удвоенному расстоянию

55 между их центрами, ось входного конца световода отстоит от оптической оси измерительного канала вдоль ок- ружНости на целое нечетное число

шагов, равных ширине отверстий диска модулятора, а ось оптроиной пары отстоит от оптической оси измерительного канапа вдоль окуруж- ности на целое число тех л;е шагов.

Оптический измеритель концентрации пыли относится к области автоматического контроля оптических характеристик пыли. С целью повышения точности измерения в измерительном и компенсационном каналах устройства, разделенных по времени, используются одни и те же светоиз- лучатель, светоприемник и усилительно-преобразовательный тракт, причем световой поток компенсационного канала с помощью электрооптического модулятора автоматически отслеживает величину светового потока измерительного канала так, что их отношение всегда равно единице. Это позволяет исключить влияние различных йестабильностей светоизлучателя, светоприемника и делительно-преоб- разовательного тракта на результат .измерений.Л ил. i О)

Редактор Н. Рогулич

Составитель В. Калечиц

Техред В.Кадар Корректор С. Шекмар

Заказ 1704/45 Тираж 778 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, f. Ужгород, ул. Проектная, 4