Способ измерения влажности объекта Советский патент 1991 года по МПК G01N21/59 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности может найти применение при измерениях влажности воздуха, текстильных изделий и других объектов, в спектре пропускания или отражения которых имеются полосы максимума и минимума поглощения влагой.

Цель изобретения - повышение точности измерений путем исключения влияния паразитного -поглощения в крыльях спектра излучения измерительного потока.

На чертеже приведены спектральные характеристики опорного потока излучения (кривая t), измерительного потока излучения (кривая 2), спектральная чувствительность фотоприемника (кривая 3) и полоса поглощения роды (кривая 4).

фотоэлектрический сигнал, генерв руемый на фотоприемнике, в общем случае определяется как

W° K{V ,, SM, si K,,

и

eo a

где Р

W

сш

; т

(I)

- относительный спектр излучения источника)

- относительная спектральная характеристика фотоприемника;

ttl 60 jq

AU

max

p

wax

относительный спектр пропускания объекта измерения, например воздуха; абсолютное значение мощ- г ности излучения на длине максимума спектра (т.е. когда Ри (Атах) - П; абсолютное значение чувствительности а длине 10 Ъф т0у(т.е. когда

f« W

U

Urncm SftPmax

uu

Jcp

На основе выражения (2), а также используя спектральные характеристики (кривые 1, 2), запишем выражения для фотоэлектрических сигналов

1U

U

qm.on

КР Йитахол5

i ft.

и„

KP«

M

ао (Ю

«,U4 - «UMJBJ

Однако фотоэлектрический сигнал un°T измерительного потока можно т

d/A

КР Sf

«пчякоп -As то

+ KR

(Я1

I Ф«

/э представить в виде суммы ралов

р Ы о О к « ,л шил- Гии,ОП &cpnKeo3(J fl A

У

uu.on (Л

AU

maxu

+ КР,

SWmar.из Puu1U J

V ta1 (

п«хш|Р«и-иэ S К

срл W

K«,S d/

AUmay. uuqpn.u%.i + ифП.д%.4

фп

W

Ли,

Cpn.U3,5

К - коэффициент использования потока излучения. Если-весь поток, излучаемый источником, попадает на фотоприемник, то К 1.

Поскольку РЛи иах и S - постоянные величины (при неизменности потоков излучения), то их можно вынести за пределы интегрирования и выражение (1) записывается в виде

Wl

Jcpn

к

U

СМ

60 }1

и Un

«W.

(2)

ап.оп °фп, MJ генерированных под воздействием опорного н измерительного потоков;

ax

1U

i ft.

00

Ми. on

, Ort

фП

M

К

(ft)

ао (Ю

dH;

d/A

(Я1

х I Ф«

трех интег Ы о О ии,ОП &cpn

uu.on (Л

pn

срл W

K«,S d/

К

W

Ли,

Cpn.U3,5

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к изме1 рению влажности путем использования инфракрасных волн. Цель изобретения - повышение точности измерений влажности. Исследуемый объект облучают при помощи двух источников излучения (ИИ) с узкими спектральными характеристиками (СХ). СХ первого охватывает вместе с полосой максимума поглощения влагой (ПВ) часть полосы минимума ПВ, а СХ второго охватывает только полосу минимума ПВ. Преобразуют потоки, провзаимодействовавшне с объектом, в фотоэлектрические сигналы (ФС) и на основе их отношения судят о влажностио Новым в способе является формирование электрического сигнала, равного доле ЛС,соответствующей спектру минимума ПВ путем перемножения ФС от второго ИИ на постоянный коэффициент и вычитание данного электрического сигнала из ФС от потока первого ИИ. ил. с S С

Здесь слагаемые AU,и b. образуются от воздействия частей потоков излучения вне полосы поглощения влагой и поэтому они вносят погрешность в результат измерений за счет паразитного поглощения в этой части спектра.

Как видно, слагаемые UUtpn.иаи и

AU,

фАПЭ. .

представляют собой постоянные величины, так как подинтег- ральные выражения в них (т.е участки спектральных характеристик) зависят только от длин волн а определенный интеграл от них для конкретного диапазона золн является постоянной величиной.

Слагаемое Диф„и 9 образуется QT части измерительного потока в полосе поглощения влагой и несет информацию о количестве влаги. Значения точек кривой К воза WO зависят от наличия влаги, поэтому определенный интеграл уже не является постоянной величиной.

Фотоэлектрический сигнал Улп.дй является постоянной величиной. Поэтому, умножая Uq,Bon на некоторый коэффициент а, мы достигнем равенства

,ОП AUflf O.U%. + .(,

или

.il i AlL91JU.5}2:3.

срп.оп

Коэффициент а является постоянной величиной как отношение постоянных величин.

Поэтому, вычитая из фотоэлектрического сигнала ифд от измерительного потока электрический сигнал получим

Uqpn,u9 fucpn.on .м.1 +

+ 6 ифп.и}.г. + ,u43

,и%4 -v&Ujpn.uJ.S

. Ол

и(рП.ОР

,(г .

J(pn.on

Тогда отношение

Ugpn - aUcpn.onЛифп.и1.

--W-- - ..«J- - 9 «....---- -

ифп, on ифп.оп несет в себе более точную информацию о наличии влаги в контролируемом материале (воздухе).

Кроме того, это отношение обеспечивает устранение или значительное уменьшение влияния различных факторов (например изменение потоков обоих излучений из-за температуры или в результате старения) на точность измерения влажности.

В качестве источников опорного и измерительного потоков можно нс- пользовать светойзлучающие диоды с максимумами излучения на длинах волн 0,7 и 0,95 мкм или на длинах волн 1,7 и 1,94 мкм. В таком случае измерительными потоками являются потоки от светоизлучающнх диодов на длинах волн 0,95 мкм (для первой пары излучателей) и 1,94 мкм (для второй пары излучателей), совпадающие с полосами поглощения влагой.

Формирование дополнительного элекрического сигнала и его вычитание из фотоэлектрического сигнала от нзмери тельного потока повышает точность измерений. Таким образом, описанный спсоб измерения влажности оказывается более точным, чем известные двух- волновые способы, использующие не- ог.ерентные источники излучения.

0

30 35

5

20

25

Формула изобретения

Способ измерения влажности объекта, заключающийся в том, что направляют на объект измерительный поток излучения, спектр которого включает в себя хотя бы одну полосу поглощения воды, и опорный поток излучения, спектр которого ке содержит полос поглощения воды, преобразуют провзаимодействовавшие с объектом измерительный и опорный потоки излучения в соответствующие фотоэлектрические сигналы, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности измерений путем исключения влияния паразитного поглощения в крыльях спектра излучения измерительного потока, формируют дополнительно электрический сигнал из опорного фотоэлектрического сигнала путем изменения опорного фотоэлектрического сигнала в а раз, где а - отношение доли измерительного фотоэлектрического сигнала, соответствующей части спектра излучения измерительного потока, не содержащей полос поглощения воды, к опорному фотоэлектрическому сигналу, вычитают дополнительный электрический сигнал из измерительно - го фотоэлектрического сигнала, а о влажности объекта судят по отношению полученной величины к опорному фотоэлектрическому сигналу.

V

Pnu.onCty Раи. из (V

Заказ 1517

Тираж 415

ВШИЛИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Подписное