Оптический измеритель концентрации пыли Советский патент 1987 года по МПК G01N21/47 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может использоваться для измерения и регистрации концентрации пыли, аэрозолей и дыма, которые опасны для здоровья людей, взрывоопасны или приводят к нарушениям технологического процесса.

Целью изобретения является повьше- ние надежности работы устройства.

На. фиг. 1 представлена блок-схема оптического измерителя концентрации пыли; на фиг. 2 - конструкция излу- чательно-приёмной части устройства.

Устройство содержит генератор 1 .прямоугольных импульсов, соедин нньй через первый ключевой элемент 2 с первьт светоизлучателем 3 и через делитель 4 частоты, второй ключевой элемент 5 и потенциометр 6 - с вторы светоизлучателем 7. Первый светоиз- лучатель 3 через первое и второе сферические зеркала 8 и 1.9, рабочую ка- 10 и светофильтр 11, а второй светоизлучатель 7 через третье сферическое зеркало 12 и светофильтр 11 оптически связаны с фотоприемником 13,. Выход фотоприемника 13 через усилитель 14 переменного тока и управляемый делитель 15 соединен с входами первого и второго синхронных детекторов 16 и 17, которые соединены также с первым и вторым ключевым элементами 2 и 5 соответственно.Выход первого синхронного детектора 16 соединен с измерительным прибором 18 через интегратор 19, а выход вто- .рого синхронного детектора 17 через второй интегратор 20 подключен к входу дифференциального усилителя 21, второй вход которого соединен с блоком 22 опорного напряжения, а выход- с управляемым делителем 15.

Светоизлучатели 3 и 7 работают в инфракрасной области спектра, а из- лучательные и приемные узлы устройства размещены в одном корпусе (фиг. 2).

Введение новых блоков и особенности конструкции излучательно-приемной части устройства позволяет исключить электромеханические узлы. Вместо - них в устройстве применяются электронные узлы, что позволяет реализовать разделенные по частоте измерительный и контрольный каналы,использующие одни и те же элементы схемы, а путем сравнения сигнала контрольного канала с опорным напряжением

5

0

5

0

5

0

5

0

5

скорректировать выходной сигнал измерительного канала и тем самым, исключить влияние нестабильностей обпщх для обоих каналов элементов схемы на результат измерения.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 прямоугольных импульсов генерирует импульсное напряжение со скважностью,равной двум. Это напряжение поддается на первый ключевой элемент 2 и делитель 4 частоты, который делит основную час-тоту на дьа. Импульсы с выхода делителя 4 частоты поступают на вход второго ключевого элемента 5. Скважность этих импульсов также равна двум.

Ключевые элементы 2 и 5 служат для питания светоизлучателей 3 и 7 стабильными (или одинаково изменяющимися от влияния внешних возмущающих факторов) импульсным напряжением. Потенциометр 6 обеспечивает регулировку уровня светового потока свет оизлучателя 7, что необходимо при настройке устройства.

Импульсный световой поток свето- излучателя 3 с частотой f, с помощью сферических зеркал 8 и 9 направляется в рабочую камеру 10, отражается от пыли и попадает на фотоприемник 13 через светофильтр 11, который пропускает тол1.ко оптичес- (кое излучение в узкой области инфракрасного спектра, в котором работают Светоизлучатели. Этим исключается влияние возможных фоновых засветок в другой области оптического спектра. Импульсный световой поток светойзлучателя 7 с частотой fj с помощью сферического зеркала 12 через светофильтр 11 также попадает на фотоприемник 13. На его выходе появляется импульсное напряжение, пропорциональное сумме входных све- - товых потоков. Это напряжение усиливается усилителем 14 переменного тока с .высоким входным сопротивлением и через управляемый делитель 15 поступает на вход двух синхронных детекторов 16 и 17. На другие входы этих синхронных детекторов поступают синхронизирующие импульсы от ключевых элементов 2 и 5 соответственно.

Синхронный детектор 17 из выходного напряжения управляемого делителя 15 вьщеляет импульсное напряжение с частотой f2, пропорциональное

величине светового потока второго светоизлучателя 7. Выходное напряжение интегратора 19, представляющее собой вуходной сигнал контрольного канала, поступает на первый вход диф ференциального усилителя 21, на второй вход которого.поступает опорное напряжение, близкое по величине к выходному. Усиленное напряжение их разности подается на управляемый де- литель 15 и изменяет коэффициент его передачи. Для обеспечения глубокой отрицательной обратной связи блоков 15, 17, 20, 21 и 22 коэффициент усиления дифференциального усилителя выбирается как можно большим (10 ...

... юЪ.: .

С выхода управляемого делителя напряжение подается также на первый вход синхронного детектора 16, на другой вход которого поступают синхроимпульсы с частотой f . Синхронный детектор 16 из указанного напряжения .вьщеляет импульсное напряжение частотой f, пропорциональное величине светового потока. Это напряжение подается на интегратор 19, к выходу которого подключен измерительный прибор 18. Очевидно, что в.еличина выходного напряжения интегратора 19, которая является мерой определяемой концентрации пьши,корректируется и не зависит от неста- бильностей блоков 13 и 14, общих для измерительного и контрольного каналов.

Фо рмула изобретения

Оптический измеритель концентрации пыли, содержащий оптически связанные между собой через рабочую

- .5 0 5 :

2836294 .

камеру светоизлучатель и фотоприем- соединенный через последова20

25

30

35

40

ник,

тельно включенные усилитель переменного тока и управляемый делитель с входами первого и второго синхронных детекторов, имеющих разные рабочие частоты, выход первого синхронного детектора соединен с измерительным прибором через первый интегратор, выход второго синхронного детектора через второй интегратор соединен с первым входом дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с блоком опорного напряжения,а выход..- с управляемым делителем,о т- л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности, он дополнительно содержит генератор пря- I моугольных импульсов, делитель частоты, первый и второй ключевые элементы, потенциометр, первое, второе и тр.етье сферические зеркала,второй светоизлучатель и светофильтр,причем генератор прямоугольных импульсов соединен с первым светоизлуча- телем через первый ключевой элемент и с вторым светоизлучателем через делитель частоты, второй ключевой элемент и потенциометр, первый и второй ключевые элементы соединены с первым и вторым синхронными детекторами соответственно, первый светоизлучатель оптически связан с фотоприемником через первое и второе сферические зеркала, рабочую камеру и светофильтр, второй светоизлуча- тель оптически связан с фотоприемником через третье сферическое зеркало и светофильтр, при этом светоиз- лучатели имеют длину волны излучения в инфракрасной области спектра и размещены вместе с фотоприемником соосно в одном корпусе.

М

;

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и позволяет повыс ить надежность работы и технологичность измерителей концентрации пыли. Для этого два свето- излучателя 3 и 7, входящие в измерительный и контрольный каналы, работают в инфракрасной области оптического спектра, в импульсном режиме и на разных частотах. Светоизлучат.ели оптически связаны с фотоприемником 13, расположенным в одном корпусе с ними, через сферические зеркала 8 и 9, рабочую камеру 10, светофильтр 11 и через сферическое зеркало 12 и светофильтр 11 соответственно. Синхронные детекторы 16 и 17 из усиленного напряжения светоприемника выделяют сигналы контрольного и измерительного каналов. Сигнал контрольного канала сравнивается с опорным сигналоь., а по величине их разности корректируется выходной сигнал измерительного канала. 2 мл. i (Л ю 00 со О5 tc ;о

Редактор М. Келемеш

Составитель В. Калечиц

Техред И.Попович Корректор Л. Патай

Заказ 7431/41Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного кo штeтa СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4