Влагомер Советский патент 1986 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения влажности как в авиационной технике, так и в химической, текстильной, нефтяной и других отраслях промышленности.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы.

Влагомер содержит источник 1 питания, генератор 2 прямоугольных им-, пульсов с двумя противофазньми выходами, к одному выходу которого под- . ключей делитель 3 частоты (последо- вательньй счетчик), выход которого соединен с управляющим входом модулятора 4 экспоненты.

Первый и второй ключи 5 и 6 по управляющим входам соединены с разными выходами генератора 2. По сигнальному входу ключ 6 соединен с выходом источника 1 питания, а ключ 5 также с выходом источника 1 питания, но - через модулятор 4 экспоненты. Выходы ключей 5 и 6 соединены со входами св тодиодов соответственно 7 и 8, которые через контролируемый объем 9 оп- тически связаны с фотоприемником 10. К выходу фотоприемника 10 подключено дифференцирующее устройство 11, а к выходу дифференцирующего устройства - триггер 12. Светодиоды 7 и 8 через светов.од 13 оптически связаны с фотоприемником 1А..

В устройство входят дифференцирующие устройства. 15 и 16, вход первого из которых подключен к выходу ключа 6, вход второго - к выходу фотоприемника 14, а выходы обоих соединены со входами триггера 17, кроме того, выход дифференцирующего устройства 15 соединен со входом триггера 12. Триггеры 12 и 17 подключены к разным входам триггера 18, выход которого соединен с одним входом счетчика 19. Второй вход счетчика 19 связан с выходом схемы 20 совпадений входы которой подключены к выходам дифференцирующих устройств 11 и 15.

Устройство работает следующим образом.

На первый фотоприемник 10 воздействуют два потока излучения fj и Ф опорной и измерительной длин волн, которые проходят через контролируемую среду, находящуюся в контрольном объеме 9.

Поток излучения на опорной длине волны модулирован по экспоненциаль- ному закону. Поэтому для потоков и справедливы выражения

t

Ф :Ф р t 41 01 -

ср - ср 21 01

p-K.

-K,m

где m

m - масса вещест.ва и влаги

соответственно; .1,. К - коэффициенты поглощения

сухи.1 веществом и влагой;

ф - поток излучения на выходе светодиода 8;

Фд, - . а мплитуда модулирован.,,... ного потока на выходе светодиода 7.

В момент t

С1

равенства потоков

откуда следует, что

t ;(Рп Ф„, -РьФ,, )+. г kvm,Kl)

В соответствии с равенством (1) время t зависит не только от массы влаги, но и от потоко в Я-J,, и ЯР которые могут изменяться из-за неста-.. бильности характеристик излучения светодиодов.

На второй фотоприемник 14 воздействуют потоки Ф и подводимые с помощью световода 13 непосред- . ственно с выходов светодиодов 7 и 8, минуя контролируемую среду. Для этих потоков можно записать следующие выражения:.,

Ф ;ф .р - Ма

Ф Ф

12 02

В моменРг t.

Ф и Ф

4 Z 12

(-. равенства потоков получаем

te.

Ф -е - ф

01 07

откуда следует, что

с.(2ит,-еиф,,).

Для разности времен t и t,

(-2)

Си

1- V I

в соответствии с формулами (1) и (2) справедливо выражение

- t

1

К.

га.

(3)

Таким образом, разность времен по формуле (3) зависит от массы влаг и не зависит от потоков Ф и Ф

Генератор 2 прямоугольных импульсов (фиг.1) вырабатывает импульсы с необходимой частотой повторения. Эти импульсы с противофазных выходов поступают на вход делителя частоты 3 и на-управляющие входы ключей 5 и 6. . На вход модулятора экспоненты 4 и ключа 5 синхронно поступают импульс начала формир ования экспоненты и запоминающие импульсы. На выходе ключа 5 формируется дискретный заэкспонен- циальный импульс тока, который, про- текая через светодиод 7. %ызывает поток излучения по такому же закону. Ключ 6 переключается импульсом, противофазным заполняющему.экспоненту. Протекающий через светодиод 8 им пульс тока вызывает световой поток, амплитуда которого постоянна.

Оба потока через световод 13 попадают на фотоприемник 14 и через контролируемый объем 9 - на фотопри- емник 10. На фиг. 2а изображены временные диаграммы суммарных фотоэлектрических сигналов на выходах обоих фотоприемников. Диаграмма выходного сигнала фотоприемника 14 изображена пунктиром. Эти сигналы дифференцируются устройствами 11 и 16 (фиг.26, в) и подаются на первые входы триг- геров 12 и 17. На вторые входы этих триггеров подается сигнал с выхода дифференцирующего устройства 15 (фиг.2г). Триггеры 12 и 17 начинают срабатывать от поочередных импульсов поступающих на их входы с соответствующих дифференцирующих устройств. Сигналы с выходов этих триггеров (фиг.2д,е) поступают на разные входы триггера 18. Сначала импульсы на вход триггера 18 поступают одновременно и он не срабатывает (фиг.2ж). В тот момент t , когда потоки излучения от двух светодиодов на фотоприемнике 14 становятся одинаковыми, присходит перемена фазы его фотоэлектрического сигнала (фиг.2а), изме- няется на противоположную фаза импульсов на выходе дифференцирующего устройства 16, импульсы на разные входы триггеры 17 приходят одновремено и он перестает срабатывать. В это момент начинает срабатывать триггер 18 под действием импульсов, поступающих с триггера 12.

В момент t , когда становятся одинаковыми потоки излучения, принимаемые фотоприемником 10, происходит перемена фазы его фотоэлектрического сигнала, изменяется на противоположную фаза импульсов на выходе дифферецирующего устройства 11, импульсы на разные входы триггера 12 приходят одновременно и он перестает срабатывать. Перестает срабатывать и тригге 18. Количество срабатываний триггера 18 считается счетчиком 19. После перемены фазы выходного сигнала дифференцирующего устройства 11 на выходе схемы 20 совпадений появляется импульс сброса, и счетчик 19 подготавливается к следующему циклу. Процесс повторяется. По показаниям счетчика определяется значение влажности.

Показания счетчика 19 соответствуют разности врекзн t, и t. Как следует из выражения (3), эта разность зависит от массы влаги и не зависит от потоков Ф;,, и Фо1

Изобретение позволяет исключить влияние нестабильности характеристик излучения светодиодов на точност измерения влажности и тем самым повысить точность измерения.

Формула изобретения

Влагомер, содержащий источник питания, генератор прямоугольных импульсов с двумя противофазными выходами, делитель частоты, подключенный к первому выходу генератора прямо- угольных импульсов, модулятор экспоненты, соединенный с выходами источника питания и делителя частоты, два ключа, входы первого из которых соединены с первым выходом генератора прямоугольных импульсов и модулятором экспоненты, а входы второго подключены к второму выходу генератора прямоугольных импульсов и источнику питания, два светодиода, излучающих на опорной и измерительной длинах волн, подключенных к выходам соответственно первого и второго ключей и оптически связанных через контролируемый объем с фотоприемником, соединенным с блоком регистрации, выполненным в виде двух дифференцирующих устройств, выходы которых соедине ны с входами триггера и схемы совпадения, выход которой соединен со счетчиком, причем вход первого дифференцирующего устройства соединен с фотоприемником, а вход второго дифференцирующего устройства соединен с выходом второго кдюча, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности, в . него введены второй фотоприемник, .ijc оптически связанньш через световод с первым и вторым светодиодами, тре- I тье дифференцирующее устройство, под

ключенное-.к выходу второго фотоприемника, и второй и третий триггеры, причем входы второго триггера соединены с. выходами второго и третьего дифференцирующих устройств, входы третьего триггера соединены с выходами первого и второго триггеров, а выход третьего триггера подключен к счетчику.

Изобретение относится к конт-. рольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения влажности. Изобретение позволяет исключить влияние настабильности характеристик излучения светодиодов на точность измерения влажности и тем самым повысить точность измерения. Это достигается введением в устройство второго фотоприемника 14, оптически связанного через световод 13 с первым 7 и вторым 8 {светодиодами, третьего дифференцирующего устройства 16, второго 17 и третьего 18 триггеров. Третье дифференцируемое устройство 16 подключено к выходу второго фотоприемника 14, а входы второго триггера 17 соединены с выходами второго 15 и третьего 16 дифференцирующих устройств, входы третьего триггера 18 соединены с выходами первого 12 и второго 17 триггеров, а выход третьего триггера 18 подключен к счетчику 19. 2 ил. с 3 (Л Ю 00 го со СП 4 Фмг.1

а

ПлП

.Л П П П П

1|

A rWAUW

ГТТГГТГТТ ГГП UlLLi JJOtLU

Г ff Г Г7П I I 1 L I

ТТ 111

П LU

ТТ 111

ТПППППППП

ИШ

ж

iiimiuirL

tcz

Редактор Н.Егорова

Составитель А.Чурбаков

Техред О,Гортвай Корректор В.Синицкая

Заказ 2758/41

Тираж 778 о Подписное ВНИИПИ. Государственного комитета СССР

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

Производств .нно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

tci

Фнг.2