Инфракрасный измеритель влажности бумаги Советский патент 1984 года по МПК G01N21/86 

Изобретение относится к технике измерения физических параметров материалов и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности для контроля влажности бумаги

Известно устройство для измерени влажности листовых материалов, содержащее источник излучения, модуляционный диск с фильтрами, детектор, блок обработки, регистрирующее устройство. Излучение проходит измеряемый материал и модулируется диском, на котором установлены фильтры с различной длиной волны, а затем преобразовывается детектором t П..

Основной параметр (влажность) измеряется на длине волны 1,92 мк, опорный сигнал - на длине волны 1,8 мк. Несмотря на то, что р полосе 1,8 мк нет полосы поглощения по влажности, опорный сигнал все же частично зависит от колебаний влажности, так как последняя влияет на оптическую плотность и массу кв.метра, состояние поверхности листового материала и ослабляет пропускание или отражение ИК-излучения. Недостаток данного устройства состоит в том, что невозможно выбрать длину волны опорного канала чтобы его сигнал полностью зависел от дестабилизирующих факторов и не зависел от параметров измеряемого материала.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является инфракрасный измеритель влажности бумаги, содержащий источник ИК-излучения, модуляционный диск с фильтрами, детектор, соединенный с усилителем, коммутатор, подключенный входом к выходу усилителя, регистрирующее устройство, источник опорного напряжения, блок сравнения с масштабным преобразователем, выход которого соединен с управляющим входом усилителя,,а один вход блока сравнения связан с источником опорного напряжения С21.

Недостатки устройства в том, что опорный канал зависит как от параметров объекта измерения, так и от дестабилизирующих факторов.

Цель изобретения -,повышение точности измерения за счет устранения погрешности от изменения параметров источника излучения и детектора.

Поставленная цель достигается тем, что в известный инфракрасный измеритель влажности бумаги дополнительно введены эталонный образец, установленный перед одним из фильтров модуляционного диска, схема электрической модели детектора, подсоединенная входом к выходу детёктора, дв-а функциональных преобразователя с дополнительным комму- татором, подключенным входом к выходу схемы электрической модели детектора, и дополнительный блок сравнения с масштабным преобразователем, подключенным к блоку сравнения с onopHfcjM сигналом, причем входы дополнительного блока сравнения подключены к выходам дополнительных функциональных преобразователей входы которых соединены с дополнительным коммутатором.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит источник излучения 1, модуляционный диск 2 с фильтрами 3, детектор 4, усилитель 5, коммутатор б, регистрирующее устройство 7, эталонный образец 8, схему электрической модели детектора 9, два функциональных преобразователя 10, 11, дополнительный коммутатор 12, дополнительный блок сравнения 13 с масштабным преобразоватЪлем 14, масштабный преобразователь 15, блок сравнения 16, источник опорного напряжения 17.

Устройство работает следующим, образом.

Прошедший через контролируемый материал поток ИК-излучения источника 1 попадает на эталонный образец, которым дополнительно ослабляется, и через интерференционный фильтр 3 поступает на детектор 4, где преобразуется в электрическое напряжение. В общем случае такой сигнал детектора 4 описывается уравнением:

Ur-kiPoe S

(1)

ф - напряжение на детекторе;

- коэффициент преобразования фотоэлектрического детектора; ф, - первичный поток ИК-излучения источника 1 q - коэффициент ослабления ИК-излучения эталонным образцом)

О(1 - коэффициент ослабления ИК-излучения измеряемым материалом)

j )2. - толщина эталонного образца и измеряемого материала соответственно. и другом положении модуляциондиска ИК-излучения сигнал дера описывается уравнением:

Uz-k, %«- Длина волны интерференционных фильт ров выбрана одинаковой. Допустим изменилась чувствительность детектора б на величину . а первичный поток ИК-иэлучения - на величи ну л Фд Для простоты изложения в уравнении (1)и (2)- разложим в ряд зависимость вида 8 и ограничимся первыми членами разложения. С учет вышесказанного, уравнения (1) и (2) можно предстаьить в виде: |u.j(k,t&k,Ho-lio)(1-a2 j lu,-il.-AM(V oUl-c,iX,-OjX,) Напряжения U и Ui поступают на усилитель 5, который имеет регулируемый коэффициент передачи. Одновременно эти сигналы поступают на вход схемы электрической модели де тектора 9. Передаточная функция схемы электрической модели детектора 9 подбирается идентичной характерист ке преобразования детектора 4, но оператор преобразования ее должен быть вида 1/к.д Тогда напряжения на выходах функциональных преобразова телей 10, 11 будет иметь вид: К iM ik lPo -iPolO-a.x,-а. 21 ,1 V-bk,U V-iPoUl-ajx l Разность двух напряжений u,( и U2 на выходе блока сравнения 13 равна U,-U,-U2,ФoO,x,tлФoa,x,iik AФoa1 c il 1ЬPoa Преобразуем уравнение (5) ,,%t Ф„tьk,Фoik,лФe,, , , Анализ уравнений (6) показывает что если чувствительность детектор 6 и параметры источника ИК-излучения не изменяются, то мсд О, Д.(Д) 0. Тогда ®о , т.е. посто ной величине. Если теперь напряжение Uj с выхода блока сравнения 13 будет подаваться на вход масшта ного преобразователя 14, то на выходе получим сигнал, пропорциональный А Оэ Теперь величину А, U,, блоком 16 сравнивают с опорным напряже-. нием источника 17. При Д-И и л Фо , равных нулю, на выходе блока сравне ния 16 сигнал равен нулю. Если же любая из этих составляющих не равна нулю, то на выходе 16 появляется напряжение. Это напряжение масштабируется преобразователем 15, поступает на усилитель 5 и управляет коэффициентом передачи. Таким образом погрешности детектора 4 и источника ИК-излучения 1 компенсируются изменением усиления измерительного трак та. С выхода усилителя напряжения и, и Ui детектора поступают на коммутатор 6. Коммутатор пропускает одно из напряжений Уд или i на вход регистрирующего устройства 7. Обычно используется напряжение UT. ., так как оно более чувствительно к измеряемому параметру. Данное изобретение позволяет вырабатывать сигнал коррекции в самом процессе измерения. Для этого не требуется дополнительных фотоэлектрических детекторов и дополнительного опорного канала,.не требуется подбирать селективные детекторы или фильтры для опорного канала. Кроме того, предлагаемое устройство, в отличие,от известных, построено таким образом, что вырабатываемый сигнал коррекции полностью не зависит от параметров измеряемого материала, а зависит только от дестабилизирующих факторов, влияющих на источник излучения, фотоэлектрический детектор, погрешности которых в процессе самого измерения трудно компенсировать. Применение эталонного образца, который может быть стеклом, пленкой, металлической стенкой или любым другим материалом, имеющим известный коэффициент ослабления ИК-радиации и стабильные параметры, позволяет построить такую функцио- нальную схему устройства, выходной сигнал которого зависит только от |измеряемого параметра материала.

ИНФРАКРАСНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВЛАЖНОСТИ БУМАГИ, содержащий источник ИК-излучения, модуляционный диск с фильтрами, детектор, соединенный с усилителем, коммутатор, подключенный входом.к выходу усилителя, регистрирующее устройство, источник опорного напряжения, блок сравнения с масштабным преобразователем, выход которого соединен с управляющим входом усилителя, а один вход блока сравнения связан систочником опорного напряжения, отличающий ся. тем, что, с целью повышения точности измерения за счет устранения погрешности от изменения параметров источника излучения и детектора, в него дополнительно введены эталонный образец, установленный перед одним из фильтров модуляционного диска, схема электрической модели детектора, подсоединенная входом к выходу детектора, два функциональных преобразователя с дополнительным коммутатором, подключенным входом к выходу схемы электрической модели детектора, и дополнительный блок сравнения с масштабным преобразователем, подключенным к блоку сравнения с опорным сигналом, причем входы дополнительного блока сравнения подключены к выходам дополнительных функциональных преобразователей, входы которых соединены с дополнительным коммутатором.S^S^уIHIKD1C4;^