Измеритель оптической плотности Советский патент 1992 года по МПК G01N21/53 

±

VJ

XI N1 О

-N

ю

со

Фиг Л

Изобретение относится к оптическим методам анализа, а частности, к средствам измерения оптической плотности вещества и может быть использовано для измерения дымности отработавших газов дизельных доигэтелей и оптической плотности запыленных газовых потоков.

Цель изобретения - повышение точности путем автоматической коррекции базового отсчета.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 - функциональная схема логарифмического преобразователя устройства.

Измеритель оптической плотности содержит источник 1 излучения и фотоприем- ник 2, оптически сопряженные и размещенные в патрубках, расположенных по обе стороны от измерительного канала 3, последовательно включенные усилитель 4, логарифмический преобразователь 5, по первому входу, интегратор 6, сумматор 7 по неинвертирующему входу, ключ 8 и инвертирующий интегратоо 9, а также источник 10 опорного напряжения и pei истрирующее устройоьо 11, подключенное к выходу сумматора 7. При этом фотоприемник 2 подключен ко второму входу логарифмического преобразователя 5, а источник 10 опорного напряжения подключен к инвертирующему входу сумматора 7. Логарифмический преобразователь 5 выполнен в виде последовательно включенных ключа 12 и компаратора 13, параллельной RC-цепи 14, подключенной к инвертирующему входу компаратора 13 и выходу ключа 12, причем первым входом логарифмического преобразователя 5 является вход ключа 12, а вторым входом - неиивертирующий вход компаратора 13, Интегратор 6 выполнен в виде фильтра низкой частоты второго порядка, а инвертирующий интегратор 9 выполнен в виде операционного усилителя в инвертирующем включении с запоминающим конденсаторам в цепи отрицательной обратной связи.

Измеритель оптической плотности работает следующим образом. В исходном состоянии ключ 8 разомкнут и на выходе инвертирующего интегратора 9 напряжение равно нулю. Импульсный сигнал фотоприемника 2, соответствующий импульсам излучения излучателя 1, поступает на первый вход логарифмически о преобразователя 5. Через электронный ключ 12 преобразователя 5 сигнал заряжает конденсатор RC-цепи 14 и формирует на инвертирующем пходе ком паратора 13 последовательность экспоненциально сгтаг

дающих импульсов, которые сравниваются с выходным напряжением инвертирующего интегратора 9, подключенного к неинвертирующему входу компаратора 13.В результате сравнения напряжений, приложенных к входам компаратора, на выходе последнего Формируется низкий (нулевой) уровень сигнала. Этот уровень через интегратор б прикладывается к неинвертирующему входу

0 сумматора 7 и, с учетом напряжения опорного источника 10, формирует отрицательное напряжение на выходе сумматора 7.

Коррекция базового отсчета прибора (установка индикатора регистрирующего ус5 тройства 11 в нулевое положение) производится при замыкании ключа 8. При этом к входу инвертирующего интегратора 9 подключается отрицательное напряжение, присутствующее на выходе сумматора 7,

0 которое формирует нарастающее напряжение положительной полярности на выходе инвертирующего интегратора 9. Нарастающее напряжение, приложенное ко входу логарифмического преобразователя 5.

5 способствует формированию на выходе компаратора 13 импульсной последовательности с частотой следования, равной частоте следования экспоненциальных импульсов, причем длительность импульсов

0 на выходе компаратора 13 увеличивается с возрастанием напряжения на втором входе преобразователя 5.

Процесс нарастания напряжения на выходе инвертирующего интегратора 9 и дли5 тельности импульсов на выходе логарифмического преобразователя 5 прекратится, когда на выходе сумматора 7 установится нулевое напряжение. При этом импульсный сигнал логарифмического пре0 образователя 5, проинтегрированный ин тегратором 6, компенсирует опорное напряжение с учетом коэффициента передачи по входам сумматора 7. Установившееся (начальное) значение длительности

5 импульсов логарифмического преобразователя 5 определяется величиной опорного напряжения. Напряжение ка выходе интегратора б, соответствующее нулевому напряжению, поступающему на регистрирующее

0 устройство 11, сохраняется при размыкании ключа 8 и перехода прибора в режим измерения. За счет включения запоминающего конденсатора в схеме инвертирующего интегратора 9. Значительный коэффициент пе5 редачи петли отрицательной обратной связи, охватывающей элементы измерителя оптической плотности в режиме коррекции базового отсчета, обеспечивает высокую точность установки нуля заявляемого устройства.

В режиме измерения уменьшение амплитуды сигнала фотоприемника 2, обусловленное поглощением излучения средой, вызывает уменьшение начальной длительности импульсов на выходе логарифмирующего преобразователя 5, соответствующее уменьшение напряжения на оыходе регистрирующего устройства 11, пропорциональное плотности поглощающей среды в измерительном канале 3.

Преимущества измерителя оптической n JTHOCTH с автома гической коррекцией базового отсчета в значительной мере проявляются при оперативном контроле дымности газовых потоков с значительным содержанием твердых и жидких аэрозолей. Незначительное смещение базового отсчета после каждого единичного замера дым- ьости и запыленности, обусловленное осаждением компонентов газа на оптических элементах, с высокой точностью компенсируется при замыкании контактов ключа. При этом, благодаря линейности функции преобразования измерителя, другие метрологические характеристики прибора не изменяются. Широкий диапазон изменения корректирующего напряжения на втором выходе логарифмического преобразователя 5 и высокая разрешающая способность устройства во всем диапазоне изменений компенсирующего сигнала обеспечивают высокие эксплуатационные и метрологические характеристики прибора.

Формула изобретения Измеритель оптической плотности, содержащий излучатель и фотоприемник, оп0 тически сопряженные и расположенные по обе стороны измерительного канала, последовательно включенные усилитель и логарифмический преобразователь, а также источник опорного напряжения и регистри5 рующее устройство, причем выход фотоприемника подключен к входу усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем автоматической коррекции базового отсчета, з него введены последо0 вательно включенные интегратор, сумматор, ключ и инвертирующий интегратор, выход которого подключен к второму входу логарифмического преобразователя, подключенного выходом к входу интегратора,

5 источник опорного напряжения подключен к инвертирующему входу сумматора, а выход сумматора - к регистрирующему устройству.

Изобретение относится к оптическим методам анализа и может быть использовано для измерения дымности отработавших газов дизельных двигателей. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет автоматической коррекции базового отсчета. Замыканием ключа 8 формируется нарастающее напряжение на выходе инвертирующего интегратора 9, обеспеченное напряжением разбаланса сигналов интегратора 6 и источника опорного напряжения 10, вычисленное сумматором 7. Нарастающее напряжение смещает рабочую точку на характеристике логарифмического преобразователя 5, формирующего последовательность импульсов, длительность которых пропорциональна логарифму отношения сигналов фотоприемника 2, усиленного усилителем 4. и интегратора 9. В установившемся режиме импульсный сигнал преобразователя 5, проинтегрированный интегратором 6, компенсирует опорное напряжение, а на выходе сумматора 7 устанавливается нулевое напряжение. При размыкании ключа 8 инвертирующий интегратор 9 сохраняет корректирующий сигнал.2 ил. со