Инфракрасный влагомер Советский патент 1989 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, а именно к инфракрасным влагомерам, и может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях народного хозяйства.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключения влияния изменения спектральных характеристик оптических фотоэлектрических элементов влагомера и автоматического определения реальной гра- дуировочной кривой для каждого измерения.

На чертеже представлена функциональная схема влагомера.

Устройство содержит источник 1 излучения, оптическую систему 2 формирования измерительного и эталонного каналов, модулятор-монохроматор 3, эталонный фильтр 4, измеряемый объект 5, фотоприемник 6, усилитель 7, коммутатор 8, генератор 9 синхроимпульсов, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 10, микропроцессор 11, постоянное запоминающее устройство 12, внешний показьгоающий прибор 13, переключатели 14, переменные резис- торы 15-17 (одинаковыми позициями

О)

4

О

сл

обозначены подобные друг другу резисторы).

Влагомер работает следующим образом,г

Световое излучение от источ1шка 1 излучения проходит через оптичес-. кую систему 2, формирующую измерительный канал, в котором находится объект 5, и эталонный канал, в кото- д ром размещена герметичная кювета с дистиллированной водой - эталонный фильтр 4. Модулятор-монохроматор 2 содержит интерференционные фильтры, которые закреплены на вращающемся 5

диске модулятора. За один оборот диска модулятора образуется четыре световых импульса, которые, попадая на фотоприемник 6, преобразуются в электрические импульсы. Эти электричес- 20 кие импульсы, усиленные усилителем 7, через коммутатор 8, который управляется сигналами от генератора 9 синхроимпульсов и АЦП 10, поступают в микропроцессор 11. Генератор син- 25 хроимпульсов необходим для того,чтобы микропроцессор проводил три опроса значений (с каждого переменного резистора данной группы) между серией из четырех информационных ; ЗО импульсов.

При включенном одном из переключателей 14 переменные резисторы 15- 17 данной группы окажутся вкл1С(ченны- ми между общей шиной и выходом микропроцессора 11, при этом выводы пере- менных резисторов будут подсоединены к входам коммутатора 8.

Измерения проводятся на аналитической и сравнительной длинах волн д„ (например, 1,9 и 1,7 мкм). Зависимость между отношением сигналов на . этих длинах волн Vq, величиной влажности W имеет вид

45

,Уанал-VclHUA ч-,.

,+a,-r:-- + аз(у- . V срабНV tpquH

где а, а, я. - коэффициенты пропорциональности.

Пусть при измерениях в измери- 0 тельном канале регистрируется величина Vi/V, а в эталонном - Vj/V .

35

Эталонные значения

V V,

определяются из реальной градуировочной кривой для каждого конкретного материала и имитируются переменными резисторами. При градуировке влагомера

строится градуировочная характеристика, заключающаяся в построении уравнении типа (1). Фиксированные значения влажности (нагфимер, 5, 10 и 15)из градуировочной характеристики (обозначим их W., W, , W,,) записьгааются в ПЗУ 12. Можно показать, что

Wv К, (Vэ/v,)5; w,. K,(Vj/V,),,; Wl5 Kj(V,/V,)i5.

Коэффициенты К- (i 1,2,3) заранее известны и задаются тремя переменными резисторами. Величина Vj/V, полученная непосредственно при измере1шях в эталонном канале, подается на переменные резисторы 15-17 и делится в K раз, в результате чего в микропроцессор 11 поступают значения величин (V ,/V,j,) 5- (V/V) ,j ; (V,/V) « Одновременно микропр оцессор получает получен1гую при измерениях в измерительном канале величину (V,/V;j). С учетом того, что значения W , W и W ,5 известны получим систему уравнений

- Wy а, + a,,(V,/V)s + + аз(У,/У)| W,, .a, + a(V,/Vi),c + -f a3(V,/V,)|.

„

5

0

5

5

W

IS

a, + a(),5 +

Ч- a,(V,,,W, a, + a(V,/V) +

-b .

Из решения системы первых трех уравнений определяются значения а , а и а для данного момента времени, после чего вычисляется искомое значение влажности W. При этом исключается влияние изменений спектральных характеристик фотоприемника, источника и; лучения, светофильтров и определяется реальная градуировочная кривая для каждого измерения.

Преимущество фильтра-эталона из дистиллированной воды перед фильтром- эталоном из стекла заключается в следующем; спектральная характеристика стекол, применяемых в качестве эталона, пологая в р абочем диапазоне (1,7 - 2,0 мкм) и изменение спектральной характеристики источт-шка излучения, фотоприемника или интер- ференхщонного светофильтра мало сказывается на результатах измерения.

тогда как при измерении влажности реального объекта эти изменения существенны.

При измерении реальной влажности фильтр-эталон из дистиллированной воды имеет точно такую спектральную характеристику, как влажный объект, и изменение спектральной характеристики одного из элементов (источник излучения, фотоприемник, интерференционный светофильтр) вызывает адекватные изменения результатов измерения как с эталоном, так и с реальным объектом.

Формула изобретения

Инфракрасный влагомер, содержащий источник излучения, оптически связанный с фотоприемником через опти- ческую систему формирования измерительного и эталонного каналов и модулятор-монохроматор, эталонный фильтр, размещенный в эталонном канале, а также электронный блок, соединенный с фотоприемником, о т л и- чающийся тем, что, с целью

повышения точности измерения за счет исключения влияния изменения спектральных характеристик оптических и фотоэлектрических элементов влагомера и автоматического определения реальной градуировочной кривой дпя каждого измерения, эталонный фильтр выполнен в виде герметично закрытой кюветы, заполненной дистиллированной водой, электронный блок выполнен в виде микропроцессора, выход которого через п переключателей соединен с контактными и общими выводами Зп переменных резисторов, причем каждый из п переключателей установлен с возможностью одновременного соединения с микропроцессором группы из трех переменных резисторов, каждый из переменных резисторов казвдой группы соединен с подобными переменными резисторами других групп, а через коммутатор и аналого-цифровой преобразователь - с входом микропроцессора, коммутатор соединен с генератором синхроимпульсов, а через усилитель - с фотоприемником, при этом микропроцессор соединен с постоянным запоминающим устройством.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности. Цель изобретения - повысить точность измерений за счет исключения влияния изменений спектральных характеристик элементов влагомера и автоматического определения реальной градуировочной кривой при каждом измерении. Последнее достигается тем, что измеренный эталонньй сигнал преобразуется в три величины, соответствующие трем точкам градуировочной кривой второго порядка. С помощью указанных трех величин, а также эталонных значений влажности (для данной градуировочной кривой), хранящихся в постоянном запоминающем устройстве прибора, микропроцессором решается система четырех уравнений. Результатом решения является .искомое значение влажности, полученное с учетом изменения условий измерений. Искажения из-за изменений спектральных характеристик элементов влагомера в значительной степени . компенсируются использованием в качестве эталона герметично закрытой кюветы с дистиллированной водой.1 ил. с 3 (Л