Инфракрасный влагомер Советский патент 1993 года по МПК G01N21/85 

Излучение источника 1, в качестве которого может использоваться кварцевая галогенная лампа, формирующими оптическими системами 2 и 3 измерительного и эталонного каналов соответственно преобразуют- ся в два параллельных пучка, каждый из которых через соответствующие зеркала 6 и 7 одновременно поступают на оптические фильтры 4 и 5. Поток излучения, прошедший через оптический фильтр 4, сосредоточен в области длины волны Я1 и хорошо поглощается водой (измерительный поток). Поток излучения, прошедший через оптический фильтр 5, сосредоточен в области длины волны Я 2 и слабо поглощается водой (эта- лонный поток). Измерительный и эталонный потоки с помощью объективов 8 и 9 одновременно направляются на диаметрально противоположные части модулирующего диска 10, приводимого во вращение двига- телем. На модулирующем диске закреплен оптический коммутатор, состоящий из кольца 17 с отверстием 18 и цилиндра 19 с отверстием 20.

В определенный момент времени ti, когда отверстие 11 модулирующего диска 10 попадает в поле зрения объектива 8, измерительный поток в течение некоторого временного интервала г, равного времени прохождения измерительного потока через перемещающееся отверстие 11, поступает на светоделитель 15, который разделяет этот поток на два пучка. Пучок, отраженный от светоделителя 15, перехватывается отверстием 20 в цилиндре 19 оптического ком- мутатора и направляется на наклонное зеркало 21, установленное на валу двигателя 14 и вращающееся синхронно с модулирующим диском 10. Отраженный от наклонного зеркала 21 пучок излучения через выходное зеркало 22 облучает исследуемое вещество 23. Часть излучения, диффузно рассеянного исследуемым веществом 23, поступает на приемную оптическую систему 30, которая обеспечивает Фокусировку принимаемого излучения на фоточувствительную площадку фотоприемника 29. В фогоприемнике 29 оптическое излучение преобразуется в электрический импульс амплитудой Ui и

длительностью т

В момент времени t2 ti + Т0/4, сдвинутый относительно момента и на четверть периода вращения модулирующего диска 10, отверстие 12 попадает в поле зрения объектива 9. Эталонный поток в течение не- которого времени интервала т. равного времени прохождения эталонного потока через перемещающееся отверстие 12, поступает на светоделитель 16, который разО 5 0

5 0 5 0 5

0

5

деляет этот поток на два пучка. Пучок, прошедший через светоделитель 16, перехватывается отверстием 18 в кольце 17 оптического коммутатора и направляется на зеркало 25. Отраженный от зеркала 25 пучок излучения, отражаясь от светоделителя 26, с помощью зеркал 27 и 28 направляется на чувствительную площадку фотоприемника 29. В фотоприемнике 29 оптическое излучение преобразуется в электрический импульс амплитудой Ua и длительностью т,

В момент времени ta t2 + T0/4, сдвинутый относительно момента t2 на четверть периода вращения модулирующего диска 10, отверстие 11 попадает в поле зрения объектива 9. Эталонный поток в течение временного интервала т, равного времени прохождения эталонного излучения через перемещающееся отверстие 11, пройдя отверстие 11, поступает на светоделитель 16, который разделяет этот поток на два пучка. Пучок, отраженный от светоделителя 16, перехватывается отверстием 20 в цилиндре 19 оптического коммутатора и направляется на наклонное зеркало 21, синхронно вращающееся с модулирующим диском 10. Отраженный от наклонного зеркала 21 эталонный пучок излучения через выходное зеркало 22 облучает исследуемое вещество 23. Часть излучения, диффуэно рассеянного исследуемым веществом 23, поступает на приемную оптическую систему 30, которая фокусирует принимаемое излучение на чувствительную площадку фотоприемника 29. В фотоприемнике 29 оптическое излучение преобразуется в электрический импульс амплитудой Кз и длительностью т.

В момент времени t4 13 + Т0/4, сдвинутый относительно момента времени ta на четверть периода вращения модулирующего диска 10, отверстие 12 попадает в поле зрения объектива 8. Измерительный поток в течение временного интервала т, равного времени его прохождения через перемещающееся отверстие 12, пройдя отверстие 12, попадает на светоделитель 15, который разделяет этот поток на два пучка. Пучок, прошедший через светоделитель 15, перехватывается отверстием 18 в кольце 17 оптического коммутатора и направляется на зеркало 24. Отраженный от зеркала 24 пучок излучения проходит через светоделитель 26 и с помощью зеркал 27 и 28 направляется на фотоприемник 29. где преобразуется в электрический импульс амплитудой LM и длительностью т .

Выработанная в фотоприемнике 29 последовательность импульсов одинаковой длительности, но различной амплитуды, поеле усиления в усилителе 31 подается в аналого-цифровой преобразователь 32, где вырабатываются цифровые коды, соответ- ствующие амплитудам Ui, Lte, Ua и Щ. Для разделения цифровых кодов по четырем ка- налам используется демультиплексорЗЗ, на информационный вход которого подаются сигналы с выхода аналого-цифрового преобразователя 32, а на управляющий вход - опорное напряжение генератора 36. Для формирования опорного напряжения используются синхронизирующие импульсы, выработанные оптронной парой светоди- од-фотодиод. Излучение светодиода 34 указанной оптронной пары через отверстие 13 вращающегося модулирующего диска 10 воспринимается фотодиодом 35 и преобразуется в электрический сигнал. Этот сигнал поступает на вход генератора 36, который и формирует опорное напряжение.

Выходные сигналы демультиплексора 33 подаются в блок 37 вычисления показателя влажности. В блоке 37 показатель влажности вычисляется с использованием выражения

w llnUl.U2

w у п и3 ид

в котором весовой множитель у является разностью между коэффициентами поглощения влажного вещества на длинах волн Я1 и А 2- Отношение Ui/Us является мерой содержания влаги в исследуемом веществе, так как оно пропорционально соотношению потоков излучения, поглощенных влагой вещества на различных длинах волн. Сигналы Uz и IJ4 не подвержены влиянию влаги, содержащейся в исследуемом веществе. Од

нако они подвержены влиянию старения,

температурных изменений и других дестабилизирующих факторов точно в такой же мере, как и сигналы Ui и 1)з. Таким образом, все погрешности, связанные с изменениями потока излучения, полосы пропускания оптических фильтров, интегральной и спектральной чувствительности фотоприемника, включаются в выходном сигнале W измерителя влажности.

Как видно из приведенной на чертеже функциональной схемы, оптические фильтры 4 и 5 установлены перед модулирующим диском 10 неподвижно и диаметрально противоположно относительно оси его вращения. Это дает возможность перестройку прибора, связанную с заменой оптических фильтров, осуществлять без разборки оптико-механического блок,з. бзлянсировки модулирующего диска и юстировки оптической

. 5 0 5 0

5

0 5

0

5

0 5

системы. Вместе с тем введение оптическо- . го коммутатора и двух компенсационных каналов позволяет исключить влияние дестабилизирующих факторов на точность измерения влажности.

Формула изобретения Инфракрасный влагомер, содержащий источник излучения, установленные по ходу излучения первую формирующую оптическую систему, первый оптический фильтр, модулирующий диск с отверстиями, установленный на валу двигателя, приемную оптическую систему, оптически сопряженную с фотрприемником, а также второй оптический фильтр и последовательно соединенные усилитель, подключенный к выходу фотоприемника, аналого-цифровой преобразователь, демультиплексор и блок вычисления влажности, последовательно соединенные генератор синхронизирующих импульсов, включающий светодиод и фотодиод и генератор опорных напряжений, подключенный выходом к управляющему входу демультиплексора. отличающийся тем, что, с целью упрощения перенастройки прибора и повышения точности, в него введены вторая формирующая оптическая система, установленная по отношению к первой формирующей оптической системе с противоположной стороны от источника излучения, за которой по ходу излучения установлен второй оптический фильтр, два зеркала, каждое из которых обеспечивает оптическое сопряжение первого и второго оптических фильтров с соответствующей формирующей оптической системой, два объектива, каждый из которых оптически сопряжен с соответствующим фильтром, первый и второй светоделители, установленные по ходу излучения за модулирующим диском с отверстиями и через него оптически сопряженные с объективами и через оптический коммутатор, установленный за ними, с наклонным зеркалом, установленным на валу двигателя или с одним из соответствующих наклонных зеркал, установленных за оптическим коммутатором, которые через третий светоделитель и два дополнительных зеркала оптически сопряжены с фотоприемником, и выходное зеркало, оптически сопряженное с наклонным зеркалом, установленным на валу двигателя, при этом модулирующий диск выполнен с тремя отверстиями, два из которых расположены под углом 90° относительно центра модулирующего диска, а оптический коммутатор, состоящий из кольца с отверстием и цилиндра с отверстием, закреплен с помощью указанного цилиндра к модулирующему диску, причем наклонное зеркало, установленное на валу двигателя, срез отверстие в цилиндре оптического коммутатора, первый или второй светоделители и первое отверстие в модулирующем диске оптически сопряжено с первым или вторым объективом, а наклонные зеркала через отверстие в кольуе оптического коммутатора,

л

первый или второй светоделители и второе отверстие в модулирующем диске оптически сопряжены с первым или вторым объективом, при этом светодиод связан с фотодиодом через третье отверстие модулирующего диска.

/s

л-«

2