Оптический влагомер Советский патент 1990 года по МПК G01N21/81 

(21)4600776/31-25

(22)02.11.88

(46) 30..08.90. Бюл. № 32

(71)Кемеровский технологический институт пищевой промьпштенности

(72)Г.В.Кожухов и А.Г.Захарова

(53)535.375 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 561896, кл. G01 N 21/101, 1977.

Авторское свидетельство СССР № 1087851, кл. q 01 N 21/81, 1983.

(54).ОПТИЧЕСКИЙ ВЛАГОМЕР

(57)Изобретение относится к конт- . рольно-измерительной технике, а именно к измерению влажности твердых материалов. Целью изобретения являет-ся повьппение точности измерения. Для этого источник излучения выполнен в виде трех селективных излучателей на светодиодах, один из которых подключен через первый модулятор к выходу первого генератора синусоидальных колебаний частоты S2,co стабилизацией амплитуды, а два других свето- диода через переключатель подключены к выходу второго модулятора, вход которого соединен с выходом второго генератора синусоидальных колебаний частоты Qj,co стабилизацией амплитуды. В устройство также введены апериодический усилитель, вход которого подключен к приемнику модулированного излучения, а выход соединен с входом резонансного усилителя частоты S7,, выход которого соединен с входом детектора амплитуды, выход последнего соединен с первым входом первого операционного усилителя, выход этого операционного усилителя соединен через усилитель автоматической регулировки усиления с входом регулирования коэффициента усиления апериодического усилителя. Выход апериодического усилителя соединен также с входом второго .резонансного усилителя частоты Q выход которого через амплитудный детектор соединен с входом аттенюатора установки нуля, выход которого соединен с первым входом второго операционного усилителя, вторые входы операционных усилителей соединены с выходом источника образцового напр-яжения, а выход второго операционного усилителя соединен с входом регистрирующего прибора. 1 ил.

(f.

С

ел

00

ф

Э

Од

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к измерению влажности твердых материалов. Целью изобретения является повышение точности измерения. Для этого источник излучения выполнен в виде трех селективных излучателей на светодиодах, один из которых подключен через первый модулятор к выходу первого генератора синусоидальных колебаний частоты Ω 1 со стабилизацией амплитуды, а два других светодиода через переключатель подключены к выходу второго модулятора, вход которого соединен с выходом второго генератора синусоидальных колебаний частоты Ω 2 со стабилизацией амплитуды. В устройство также введены апериодический усилитель, вход которого подключен к приемнику модулированного излучения, а выход соединен с входом резонансного усилителя частоты Ω 1, выход которого соединен с входом детектора амплитуды, выход последнего соединен с первым входом первого операционного усилителя, выход этого операционного усилителя соединен через усилитель автоматической регулировки усиления с входом регулирования коэффициента усиления апериодического усилителя. Выход апериодического усилителя соединен также с входом второго резонансного усилителя частоты Ω 2, выход которого через амплитудный детектор соединен с входом аттенюатора установки нуля, выход которого соединен с первым входом второго операционного усилителя, вторые входы операционных усилителей соединен с выходом источника образцового напряжения, а выход второго операционного усилителя соединен с входом регистрирующего прибора. 1 ил.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, а именно к измерению влажности твердьпс материалов.

Цель изобретения - повьтение точности измерения влажности твердых материалов в промышленных условиях.

На чертеже изображена структурная схема оптического влагомера.

Оптический влагомер содержит источник 1 модулированного излучения.

по ходу лучей которого последовательно расположены держатель 2 исследуемого материала п приемник 3 мо лулиронянис го Н лучения, выход которого соединен с входом апериодического. усилит,еля 4, Источник 1 излуче- ПИЯ выполнен в виде трех селективных излучателей на светодиодах 5-7, первый светодиод 5 подключен к вы- Х(Эду первого модулятора 8, вход которого соединен с выходом первого ге нфратора 9 синусоидальных колебаний частоты 7|Со стабилизацией амплитуды, а два других светодиода 6 и 7 чфрез переключатель 10 подключены к В1|1ходу второго модулятора 1 1 , вход кфторого соединен с в ыходом второго генератора 12 синусоидальных колеба- частоты стабилизацией ам uJj.HTyp,b. Выход апериодического уси- лфтеля 4 соединен с входом первого у$кополосного резонансного усилите- п 13 частоты Q,, выход которого соединен со входом первого амплитуд- нбго детектора 14j выход последнего соединен с первым входом первого оиер ационного усилителя 15, второй вход которого соединен с выходом источника 16 образцового напряжения. Выход первого операционного усилителя 15 соединен со входом усилите- ля 17, выход которого соединен со в содом апериодического усилителя 4, предназначенным для регулировки его коэффициента усиления. Кроме того, вьгход апериодического усилителя 4 соединен со входом второго резонанс- Н0ГО усилителя 18 частоты S,и выход которого соединен со входом второго амплитудного детектора 19, выход которого соединен со входом аттенюа- тора 20 установки нуля, выход которого соединен с первым входом второго операционного усилителя 21, второй вход которого соединен с выходом источника 16 образцового напряжения, а выход соединен со входом регистрирующего прибора 22 (например,вольтметром) .

I .

Оп-тический влагомер работает

следующим образом.

Генераторы 9 и 12 синусоидальных колебаний вырабатывают переменные напряжения с частотами Q, и Q, которые поступают соответственно на мо дул я торы, 8 и 11 для модуляции светового потока светодиодов 5 и 6 (в режиме измерения). Таким образом, све- тодиоды 5 и 6 излучают амшштудно

модулированные световые потоки П, Пн равные

П, (l-Hn,)cosCO,t;

П n()cos(jt,

де riQi и П(2 амплитуды несущих световых потоков П и rig соответственно

С5,и О. - частоты огибающих по - токов, определяемые частотами генераторов 9 и 12;

П,

m / -v:

ПсО

nS2z

и ш

С02

- коэффициенты амплитудной модуляции потоков излучения , П QI и П I - амплитуды огибающих

потоков П и П, СО, и СО2 частоты несущих частот ИК-излучения све- - тодиодов 5 и 6,

причем СО, соответствует слабому поглощению излучения водой, а Q2 сильному.

Коэффициенты m , и m модуляции определяются режимом работы модуляторов 8 и 1 1 и величиной амплитуды коле баний генераторов 9 и 12. При стабилизации режима модуляторов и амплитуды колебаний генераторов коэффициенты т и т2 будут постоянны. При этом m и т должно быть меньше 1 (т.е. т,: 1, т 1) .

Из выражений (О следует, что при уменьшении Пс,-), и П ( (так как т и т„ постоянные величины) пропорционально будут уменьшаться П Q, и а это значит, что о затухании потоков под действием влаги и рассеиванию от исследуемого- материала можно судить по пропорциональному уменьшению амплитуды их огибающих. Излученные светодиодами 5 и 6 амплитудно- модулированные световые потоки попадают на исследуемый материал, где суммируются, причем часть потока рассеивается, а часть потока BQ рассеивается и поглощается влагой материала. Отраженный суммарный поток попадает на приемник 3, выполненный на фотодиоде. В приемнике 3 осуществляется демодуляция светового потока и далее его огибающая усиливается в апериодическом усилителе 4. После усилителя 4 огибающие световых потоков,разделяются. Напряжение,

nopinioiajibHoe огибающей с частотой уси.иш аотся узкополосным резонансным усилителем 13, а напряжение с частотой Q Усиливается узкополосным резонансным усилителем 18. Таким образом, в предлагаемом оптическом влагомере осуществляется не временное, а частотное разделение, каналов.

Напряжение с частотой S2,, пропорциональное затуханию потока без составляющей U. поглощения, детектируется в амплитудном детекторе 14 и действующее либо амплитудное зна- чение этого напряжения поступает на один из входов операционного усилителя 15. На другой вход усилителя 15 поступает напряжение UQ от источника 16 образцового напряжения, на- пряжение которого должно меняться в щироких пределах и регулироваться пр настройке прибора на конкретном рабочем месте. В усилителе 15 происходит сравнение этих двух напряжений и на выходе усилителя 15 появляется напряжение разбаланса, равное Ди Upp - UQ, , которое затем усиливается в усилителе 17 автоматической регулировки усиления (АРУ) и воздей- ствует на апериодический усилитель 4, изменяя его коэффициент усиления до тех пор, пока U станет равно нулю (Ди 0). Данная цепь АРУ позволяет поддерживать практически не- изменным отношение напряжения Upa в рабочем канале и напряжения в сравнительном канале при изменении в процессе работы толщины контролируемого материала, загрязнении оптическ элементов влагомера или изменении коэффициентов усиления электронных усилителей, что повыщает точность измерения влажности.

Напряжение с частотой Q , пропор- циональное затуханию потока с составляющей ираБ поглощения, с выхода узкополосного резонансного усилителя 18 поступает также на амплитудный детектор 9, где детектируется, в ре- зультате чего действующее либо амплитудное значение Upqg через аттенюатор 20 настройки нуля поступает на один из входов операционного усилителя 21, на другой вход которого поступает напряжение UOP CD источника 16 образцового напряжения.

На выходе усилителя 21 появляется напряжение UHIM ср - ррб. слу1636

жащее мерой влажности контролируемого материала, которое измеряется регистрирующим прибором 22 (например, вольтметром), градуированным в единицах измерения влажнос ти.

Для повьпяения точности, измерения перед началом работы прибора проводят его калибровку. Для этого переключатель 10 переводят в положение, при котором частотой Q осуществляется модуляция светодиода 7, имеющего частоту несущей ИК-излучения такую же, как и светодиод 5, т.е.СО соответствующую слабому поглощению светового потока водой.

Работа прибора при этом происходи аналогично, но при этом прибор 22 с помощью аттенюатора 20 настройки нуля устанавливают на ноль (0), т.е. калибруют по усилению рабочий канал прибора, что также повышает точность измерения.

Использование предлагаемого оптического влагомера (по сравнению с известными) повышает помехоустойчивость измерения влажности в промышленных условиях за счет того, что в схеме влагомера отсутствуют пороговые элементы синхронизации, а разделение каналов сравнения и измерительного (рабочего) осуществляется по частоте узкополосными резонансными усилителями, которые обладают способностью подавлять по,мехи, не входящие в пределы их полос пропускания, что позволяет ослабить как помехи от посторонних источников излучения, так и промьшшенные, при это повыщены надежность оптического влагомера (за счет отсутствия в схеме механических вращающихся элементов) и точность измерэния (за счет исклю- чени я ощибок, обусловленных каналом синхронизации).

Формула изобретения

Оптический влагомер, содержащий источник модулированного излучения, включающий первый модулятор, по ходу лучей которого последовательно рас-, положены держатель исследуемого вещества и приемник модулированного излучения, первый резонансный усилитель и регистрирующее устройство, отличающийся тем, 4TOs с целью повышения точности измерения, в него введены апериодический усили

тель с регулируемым коэффициентом усиленияГ, второй резонансный усилитель, два амплитудных детектора, источник образцового напряжения, аттенюатор , два операционных усилите- Ля и усилитель, при этом источник модулированного излучения содержит два генератора синусоидальных колебаний, Втор ой модулятор, переключатель и три селективных излучателя на свето- Диодах, первый из светодиодов через Первый модулятор соединен с вькодом niepBoro генератора, выход второго г|енератора через второй модулятор по к входу переключателя, выходы Которого соединены с вторым и третьи Светодиодами, выход приемника моду- jjHpoBaHHoro излучения через апериодический усилитель.соединен с входами

0

8

обоих резонансных усилителей, выход первого из которых через первый ам- ;плитудный детектор подключен к первому входу первого операционного усилителя, выход которого через усилитель соединен с входом регулирования коэффициента усиления апериодического усилителя, выход второго резонансного усилителя через второй амплитудный детектор подключен к входу аттенюатора, выход которого соединен с первым входом второго операционного усилителя, вт.орые входы операционных усилителей подключены к выходу источника образцового напряжения, а выход второго операционного усилителя соединен с входом регистрирующего устройства.