Фотопирометрический датчик Советский патент 1978 года по МПК G01J5/28 

(54) ФОТОПИРОМЕТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК

Изобретение может быть исподьзова но в трубной промышленности для регуянрованкя режима высокочастотной сваркн труб по потоку 1зпуче«яя its очага сварки. Для измерения 1ютока излучения нагретых тел при меняются :фотопирометр| ческие датчике. В за висикюстн от воопрвяимаемогОИмнспектра излучения я принципа действия р пЕчают латчвки спектрального отношенвя (цветовые), flaiw чики частичного излученвя и датчики марного излучения. В качестве приемн8 ков излучения исшояьзуют фотодиоды, фо тооопротввлёвия, фотралемевты, Т|фмопа ры.

Известны датчяки спектральво1Ч отвошеявя, которые обычно применяют в цветовых пирометрах для измерения температуры ij. Для регулярсюания режима сварке по потоку излучения они не првгодны, так как величава сигнала этях датчике мало зависит от абсолюТвой1юяв ь чины потока излучения. Она зависит от температуры тела. Кроме того, эти датчйкн чувствительны к помехам в виде дыма, паров жидкости и аругям, rifiacyrcny юшим в зсше аварки.

HattiSonee близким к изобретению по гехятвскоЛ сущности является фотопяромвГ рический датчик, основными апемевтамк котор мч являются сФетофияьтры, объек-о гт, опорныЛ источник , обтюратор в виде врашаюю&гося дяска, фотоприем няк, усялителн, ключевые устройства, генерат( опорного спгвалв, генератор стробов, блок сравнения ctiniano Г21.

Однако при исгюльаоваявк атого фотопирометрического датчика в системе автоматическогч регулцюваяяя режима свар ки, он имеет низкую помехозащищенность, так как не оюсобея выделить в чистом виде поток излучения, создаваемый очагом сварки в вязир жавяя.

Целью изобретения является повышение помеховашншенвостяфотсшврометр кого датчика прв яс польоованяв его в системе игоматяческснО регупярованвя режима высокочастотной сварки труб.

Достигается ато путем введаякя в схецу датчика амплвтуднон ремвняыж

преобразователей измеряемого и опорного сигналов, .колпимирующего устройства, запоминающих устройств измеряемого и опорного сигналов и амплитудных сепекторов. При этом вход амплитудно-временного преобразователя из fepяeмoгo сигнала соединен с выходом уснпнтеля, вход амплитудно-временного преобрвэоватепя опорного сигнала - с выходом reHepaixJра опорного сигнала, а выходы амплитуд но-временных преобразователей через запоминающие и кшочевые устройства соединены с блоком сравнения сягналов. Выход заломинаюшего устройства измеряемого сигнала соединен с. одним из входов коммутирующего устройства и через амплитудный селектор с вторым вхо дом того же устройства. Амплитудный се лектор подключен ,. параллельно амплитуд но-временному преобразователю измеряемого сигнала. Вход селектора соединен с входом ключевого устройства, Ампли отдно-временные преобразователи, вырабатывающие сигналы, амплитуды кото|%1Х пропорциональны длительности входных импульсов, дают возможность сравнить сигналы не по амплитуде, а по длительности. При использовании датчика для регулирования процесса высокочастотной сварки в условиях помех длительность ймпульсоа на выходе датчика, пропропорциональная ширине |:м эогретой зоны кромок, изменяется в меньшей степени, чем амплитуда, однако, зависимость длительности импульсов от их амплитуды имеется. Для уменьшения этой зависимости в датчик введен каскад усиления измеряемого сигнала до урсвня ограничения. Благодаря введению амплитудно-временных преобразоватепей и усип ителя-ог-. раничителя резко снижается зависимость процесса регулирования от таких помех, как шслаждаюшая жидкость, пары этой жидкости и дым. Для зашиты от воздействия искр в датчик введен амплитудный оелектор, бла годаря которому сигналы от и.скр, имеющие большую амплитуду, на блок срав- . яенйя сигналов не постуйают. В этих спу чаях осуществляется регулирование по ияеракЕИ, т, е. по запомненному ранее сл. валу, В некоторых случаях в atme сварке происходят кратксАремевяые яркие вспышки, имеюшие размеры, большие по сравнёвяю с шириной рйзсгретой зоны 1фамо1и|Дш| устр{ишн1ш на процесс регуляровання атнх вспышек в дат чих введена свпекпяя измеряемого сигнала по длительности, благодаря которой сигналы, преЕоашаоюшие по длительности

порог ограничения, в блок сравнения сиг напов не посту.пают, а регулирование в этих случаях осуществляется по инерции, т. е. по запомненному ранее сигналу. Введением перечисленных дополнительных узлов удается защитить датчик от большинства видов помех.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого фотопирометрического датчика; на фиг, 2 представлены эпюры стробимлупьсов, . вырабатываемых генератором стробов, которыми управляется работа схемы.

Фотопирометрический датчик состоит из светофильтра 1, объектива 2, опорного источника света 3, обтюратора 4 в виде вращающегося диска do щелями, фотоприемника 5, генератора стробое 6 и блока преобразователя сигналов, который содержит усилители 7, 8, ключевые ус тройства 9-14, блоки сраввения сигнале 15 и 16, эаломннаюшяе устройства 17-2О, амплитудно-временные преобразо ватели 21 и 22, амплитушяие сепекто(%1 23 и 24. Схема датчика работает следующим образом. Измеряемый поток излучения через с тофильтр 1, объектив 2, щель в диоке 4 попадает на фотоприемник 5, В датчике применены телескопический объектив и узкая щель, формирующие узкую приемную диаграмму, которая при вращении диска-обтэоратора 4 сканирует в направлении, перпендикулярном оси трубы, т. е. поперек шва. От ширины диаграммы зависит точность измерения ширины |Ьазогретой зоны 1фомок, Чем уже диаграммма по сравнению с шириной разогретой зоны, тем выше точность измерений. Сигнал с приемника 5 поступает на усилитель 7, а затем через ключ 9 и усилитель-ограничитель 8 подается на амплитудно-временной преобразователь 21. Ключ 9 управляется стробом 25, оовя падающим во времени с измеряемым сигналом 26, благодари чему сигнал 27 опорного источника 3 в этот канал не поступает, Усилительгограничитель 8 предназначен для уменьшения зависимости длительности импульсе от их амплитуды. На выходе, амплитудно-временного преобразователя 21 получается импульсный сигнал, амплтуда которого гфопорционаЛьна длительности намеряемого сигнала 2ф, Выходной сигнал поступает на започ инаюшее устроАство 17 и далее на вход коммутирующего устройства 10, с вых. да которого он подается на вход блока сравнения сигналов 15, В качестве опор. рго сигнапа используется не сигнал от ;опорного источника света 3, а строб 25 вырабатываемый генератором стробов 6, Длительность строба 25 равна средней длительности измеряемого сигнапа 26, которая определяется выбранным режимом Строб 25 с выхода генератора стробов 6 подается на амплитудновременной преобразователь 22, а с его еУхода - на заломвнаюшее устройство 18 С запоминающего устройства 18 строб 25 через ключ 11, управляемый стробом 28, подается на второй вход блока срав неняя сигналов 15, Коммутирующее уотройство 1О также . у1Ч авлиется стробом 28, благодаря чему преобразованные измеряемые сигналы 26 я строб 25, поотупаюшие на вход блока сравнения сигналов 15, где они сравниваются по амплс туде, имеют одинаковые длительности. Блок сравнения снгналсж 15 вырабатывает сигнал, величина которого зависит от разницы длвтельностеЧ изк)яемого сигнала 26 и строба 25, а полярность определяется тем, какой из сигналов имеет болыиую длительность. Ампля удная селекшш измеряемого сиг нала 26 в датчике выполнена следующим образом. Параллельно усилителю-ограничителю 8 измеряемый сигнал 26 подается на вход запоминающего устройства 19, вели чина сигнала на имходе которого пропорциональна амплитуде измеряемого сигнала 26. Выходной сигнал подается на амплнтудный селектор 23, на выходе которого появляется сигнал лvrшь в, том случае, если амплитуда меряемсн о сигнала превышал уровень селекпяи. Выход селектора 23 подключен к входу коммутирующего устройства 1О, которое npfl наличии сигнала на выходе амплитудного селектора 23, р фывает аепь прохождения измеряемого сигнала, подключенного к коммутирующему устройству Ю. На блок сравнения сигйапов 15с коммутирующего устройства Ю в этом случае поступает сигнйл, которыйбы л заложен в запоми нающее у стройс гео блока Юво время предыдущего оборота 4. Сброса памяти, который ххзушествгшется стробом 29, в этом случае не про Ьходит. Селекция умеряемых импульсов по ддительности осуществляет аа следующим образом. С хода запоминающего ycrpoft ства 17 преобразованный сигнал с ампдвтудой, пропорциональной длительности измеряемого сигнала на выхоое приемника 5, подается на амплитудный селектор 24 с выхода которого сигнал поступает на вход коммутирующего устройства 10. На выходе амплитудного селектора 24 сигнал появляется лншь , когда длительность измеряемого сигнала на выхо де приемника 5 превышает порог ет-ранцчения по длительности. В этом случае на блок сравнения сигнап ж 15 с коммутирук щего устройства Ю поступает свгнал, который имел место во время преды{:огп1вго оборота диска. При испошз3 жании предлагаемого дат чика в пирометрах для намерения темпер)туры тел работа схемы происходит следующим образом. С выхода пр11ем:ника 5 измеряемый сигнал 26 и сигнал 27 от источника 3 проходят через усилитель 7, к выходу которого подключены две параллельных цепи. Первая цепь - ключевое устройство 9, запоминающее устройство 19, ключевое устройство 12, блок сравнения сигналов 16. ГЪ этой цепи прохсьдит только измеряемый сигнал 26, тех как кшочевое устройство 9 управляется стробом 25, совпадающим во времени с измеряемым сигналом 26, Вторая цепь - ключевое устройство 13, запоминаюшре устройство 2О, ключевое устройство 14 и блок сравнения сигналов 16. По этой цепн проходит только опорный сигнал 27 от опорного источника света 3, так как ключевое устройствЬ 13 управляется стробом ЗО, совпадающим во времени с опорным сигналом 27. Величина сигнала на выходе блока сравнения сигналов 16 пропорциональна разности амплитуд измеряемого 25 и опорного 27 сигналов, а полярность зависит от того, какой из этих сигналов имеет болыиуюамплитуду. Так как сигналы на выходе запоминающих устройств 19 и 2О пропорциональны соответствё нно амплитудам измеряемого 26 и опорного 27 сигналов, а приемная диаграмма датчика узкая, применение датчика позволяет измерять не усредненную по зоне визирования температуру, а максимальную температуру в этой области, -Это важно при измерении температуры неравномерно нар ретой шжерхности и, в частности, при измерение телтературы сварного шва. Исяюльзование лредлагаемого устройства псюволяет во многих случаях автоматизировать режим млЬокочастотной сварки труб без применения специальных мер по очисткезовы визирования. Процесс очистки 8оны визирсбвания связав с необходимостью ра аботки нового оборудования, {вменения конструкции сварочной клети я, следовательно, с дополнительными затра