Способ измерения коэффициента отражения исследуемого материала Советский патент 1993 года по МПК G01N21/55 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения состава сложных сред, компоненты которых отличаются по фотометрическим свойствам, а также в качестве нормирующего преббразовате- ля, выходной сигнал которого формируется через оптрон с целью сглаживания пульсаций.

Целью изобретения является повышение точности измерений за счет уменьшения влияния изменения расстояния от поверхности исследуемого материала до чувствительных элементов.

На фиг. 1 приведена схема устройства, реализующего предлагаемый способ измерения коэффициента отражения исследуемого материала; на фиг. 2 - зависимость показаний регистрирующего прибора от расстояния от контролируемого материала до фотоприемников.

Устройство (фиг. 1), реализующее предлагаемый способ измерения коэффициента отражения исрледуемого материала, содержит: мостовые схемы 1 и 2, фазочувствитель- ный интегральный усилитель 3, регистрирующий прибор 4, контролируемый объ- ект-исследуемый материал 5, источник излучения 6. Мостовая схема 1 включает: чувствительные элементы 7 и 8, резисторы 9, 10,11, 12, 13, 14, 15 и питается от стабилизированного источника питания 16 Мостовая схема 2 включает: чувствительный элемент 17, резисторы 18, 19, 20, 21 и получает питание от фаэочувствительного интегрального усилителя 3, который одновременно дает информацию об изменении коэффициента отражения исследуемого материала 5 на регистрирующий прибор 4.

Перед реализацией способа: закрывают объектив перед чувствительными элементах| О 00

О

Qs СХ

ми 7, 8, 17 и с помощью резистора 12 устанавливают минимальное или нулевое выходное напряжение (ивых) фазочувствитель- ного интегрального усилителя 3; перед обь- ективом чувствительных элементов 7, 8, 17 помещают источник излучения бис помощью резисторов грубой и точной настройки 14, 15 устанавливают такое значение выходного напряжения (Увых) фазочувствительного интегрального усилите- ля 3, чтобы .стрелка регистрирующего прибора 4 показала 100 % шкалы.

Спбсоб измерения коэффициента отражения материала осуществляется следующим образом.

Исследуемый материал 5 освещают источником излучения 6. Одинаковый отраженный световой поток ( Ф0т) делят на три части. Две части светового потока принимают чувствительные элементы 7, 8 мостовой схемы 1, одну часть - чувствительный элемент 17 мостовой схемы 2. Получают опорный сигнал (Xi) из алгебраической суммы двух частей отраженного потока, вырабатываемый мостовой схемой 1 и определяемый выражением:

Xi Uo (Ki - К2),

где Ki - коэффициент передачи мостовой схемы 1 в зависимости от воздействия одной части отраженного светового потока (Фот) на чувствительный элемент 7 (коэффициент отражения);

. Кг - коэффициент передачи мостовой схемы 1 в зависимости от воздействия второй части отраженного светового потока (Фот) на чувствительный элемент 8. Величина Ка регулируется с помощью переменных резисторов 14 и 15;

Do - амплитуда стабилизированного источника питания 16 мостовой схемы 1.

Получают измеряемый сигнал (Х2) их третьей части отраженного потока, вырабатываемый мостовой схемой 2 и определяемый выражением:

Х2 Ш, где К - коэффициент передачи мостовой схемы 2 в зависимости от воздействия третьей части отраженного светового потока ( Фот) на чувствительный элемент 17 (коэффициент отражения);

U - питание мостовой схемы 2, которое вырабатывается фазочувствительным интегральным усилителем 3 и формируется от входного сигнала, равного

ивх - Xi - Х2 - Uo (Ki - Кг) - KU, (1) где Xi - выходной сигнал мостовой схемы 1 (опорный сигнал);

Х2 - выходной сигнал мостовой схемы 2 (измеряемый сигнал).

Сравнение опорного (Xi) и измеряемого (Х2) сигналов осуществляется на входе фазо- чувствительного интегрального усилителя 3, который компенсирует входной сигнал. Тогда выражение (1) примет вид: U0(Ki-K2)-KU 0(2) Принимая во внимание то, что все коэффициенты Ki, Кг, К являются функцией одного и того же отраженного светового потока (Фот), а параметры мостовых схем 1 и 2 идентичны, получим:

Uo.-U-O(3)

1

Подавая на вход фазочувствительного интегрального усилителя 3 сигнал, выраженный формулой (3), найдем значение выходного напряжения фазочувствительного интегрального усилителя 3 путем интегрирования входного сигнала

ивых / Uo -/UdU

U0lnCK-U2, (4) где С - постоянная интегрирования.

Полученное значение выходного напряжения фазочувствительного интегрального усилителя 3 подставим в выражение (3) и получим

Uo г - UolnCK + U2 О,

К

Uo(-lnCK)+U2 0, к

U0(lnCK- )-U2 0.

|

dK

npnlnCK получим UolnCK-U2«0 (6) К

Решая уравнение (6), найдем зависимость выходного напряжения (ивых) фазочувствительного интегрального усилителя 3 относительно коэффициента отражения К:

ивых U « vU,ln CK(7)

Таким образом, измеряя значение выходного напряжения (ивых) фаэочувстви- тельного интегрального усилителя 3 регистрирующим прибором 4, можно судить о значении коэффициента отражения материала.

Пользуясь формулой (7) можно програ- дуировать регистрирующий прибор 4 в числовых значениях коэффициента отражения исследуемого материала, задаваясь значениями К в пределах от 0 до 1.

На фиг. 2 приведены зависимости показаний регистрирующего прибора 4 (N, %) от расстояния (h, мм) от исследуемого материала 5 до фотоприемников. Эксперименты проводились на продуктах, отличающихся величиной коэффициента отражения (Ki. Кг. К).

Из приведенного графического материала можно сделать вывод, что изменение расстояния от исследуемого материала до фотоприемников практически не влияет на величину коэффициента отражения.

Таким образом, применение предлагаемого способа за счет получения опорного и измеряемого сигналов путем отражения от одной контролируемой поверхности позволит повысить точность измерений коэффи- циента отражения исследуемого материала в виду уменьшения влияния на величину коэффициента отражения материала изменения расстояния от поверхности исследуемого материала до чувствительных элементов.

Формула изобретен и я Способ измерения коэффициента отражения исследуемого материала, заключаю-

щийся в том, что направляют поток излучения на исследуемый материал, измеряют опорный сигнал и измерительный сигнал, пропорциональный интенсивности отраженного потока излучения от исследуемого материала, сравнивают сигналы и компенсируют полученную разность, по величине которой определяют коэффициент отражения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет уменьшения влияния изменения расстояния от поверхности исследуемого материала до чувствительных элементов, опорный и измерительный сигналы формируют путем деления отраженного от исследуемого материала потока излучения на три одинаковые части, при этом опорный сигнал формируют пропорциональным алгебраической сумме двух частей, а измерительный - пропорциональным одной части.

Использование: контрольно-измерительная техника. Сущность изобретения; исследуемый материал освещается источником излучения. Чувствительные элементы принимают одинаковый отраженный сигнал. Одна мостовая схема вырабатывает опорный сигнал, пропорциональный алгебраической сумме двух частей отраженного сигнала, а вторая вырабатывает измеряемый сигнал, пропорциональный третьей части отраженного сигнала, который затем сравнивают и компенсируют разность, по которой определяют коэффициент отражения независимо от влияния изменения расстояния от поверхности исследуемого материала до чувствительных элементов. 2 ил.

Фиг. I

70

50

30

100 200 300 400600

Фиг.2 ....

к,

%

к,

h,MM