Фотоэлектрический измерительпАРАМЕТРОВ буМАжНОгО пОлОТНА Советский патент 1981 года по МПК G01N21/86 

(54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ БУМАЖНОГО ПОЛОТНА 38 выходами функциональных преобразоввте« лей измерительного и опорного сигнале , а выходы - с бпоком обработки сигналов вход дополнительного функционального преобразователя опорного сигнала через ком- мутатор связан с выходом усилителя, а второй вход блока измерения погрешности с.вязан с выхойЬм функционального преобразователя опорного сигнала. На фиг.1 представлена структурная , схема фотоэлектрического иэм нтеля параметров бумажного полотна; на фиг. 2 схема реализации блока измерения погрешности и блока коррекции. Устройство содержит источник 1излу-четш, модуляционный диск с фильтрами 2, фотьдегектор 3 и усилитель 4, соединенны последовательно, коммутатсфы 5 и 6, блоки 7 и. 8 питания фотодетектора, подключенные к фотодетектору 3 через коммута тор 5, функциональные преобразователи 8 и 10 .измерительного и опорного сигналов, второй функциональный преобразователь 11 опорного сигнала, подключенные входами через коммутатор 6 к выходу уси лителя 4| блок 12 измерения погрешности блок 13 коррекции, блок 14 обработки сигналов, регистрирующее устройство 15, соединет1ые между собой последовательно а входы блока 13 коррекции связаны с выходами функциональных преобразоватеггей 9 и 10 измерительного и опорного сигналов. Выход второго функционального преоб разрвателя 11 опорного сигнала связан с .одним из входов блока 12 измерения погрешности (фиг. 2), Возможшя схема реализации блока 12 измерения погреш ности содержит масштабный преобразователь 16, .схемы 17 и 18 сравнения, майштабные преобразователи 19 и 20, делительное устройство 21, .ключ 22, детекторы 23 и 24 полярности, усилите;1ь 25, триггер. 26 Шмидта. Вход масштабного преобразователя 16 соединен с выходом второго функционального преобразователя 11 опорного сигнала, а выход подключен к схеме 18 сравнения, второй вход Которой с&яаан с выходом масштабного преобраэоватегш 19, соединенного входом с вы ходом функционального преобразователя 1О опорнвого сигнала. Входы схемы 17 сравнения подключеш. один к выходу второго фушсционального преобразователя 11 опорного сигнала, второй к выходу мае штабного преобразователя 2Q вход кото . рого соединен с выходом функционального преобразователя 1О. Выходы схем 17 и 18 сравнения связаны со входами дели- 7 твйьнбго устройства 21, выход которого связан со входами ключа 22 детекторов 23 и 24 полярности. Выход детектора 23 полярности черев усвлитель 25 и триггер 26 Шмиата (жаван со вторым входом ключа 22 а выход детектора 24 полярносТй связан со входом трштера 6 Шмидта. Схема 13 блока коррекции включает два делшредьных устройства 27 и 28, два сумматора 29 и 30, источник 31 опорного напряжения. Фотоэлектрический измеритель параметpoiB бумажного полотна работает следующим образом. Моду ляционный «иск 2 с интерференционными фильтрами вырезает из потока ИК-излучения источника два потока, которые отличаются длиной волны. Интенсивность ИК-изиучения измерительного потока поглощается при наличии контролиру - емого свойства (концентрации наполнителя в бумажном полотне), интенсивность ИК-излучения опорного потока слабо зависит от измеряемого свойства. Для по- ышения точности измерения необходимо измерять и вводить коррекцию на температурную и временную нестабильность фотоэлектрического детектора. Для этого необходимо сигнал детектора 3 сделать полностью не зависящим от параметров бумажного полотна. В предлагаемом устройстве это достигается схемдтехничес- КИМ решением. В качестве фотоэлектрического детектора применяется фотосопротивление, но можно также Применить фотоднод в диодном включении, фотоэлемент. Для получения сигнала коррекции используется .следующее физическое свойство фоторезистора. Коэффициент преобразования фотореэвс- тора зависит от светочувствитеЛьнсмго ма- териала, конструкции н от приложенного напряжения. Выберем для фоторезисторвнапряжение питания, например У , При этом величина коэффициента гфеобраэова ния ИК-изпучения в фототек фоторезисту ра будет К .Изменение температуры а также временные изменения параметров светочувствительного материала выэо1вут изменэиие коэффициента преобразоваЮ1я фотореаистора на величину А К,Тогда напряжение измерительного канала будет описываться уравнением )Фо-,| гдеФр - величина светового потока, зависзацая от измеряемого параметра, дли- 1Ш1 волны излучения. Напряжение опорного канала описывается уравнением U j 4KituKjct)oa, где Фпт. величина светового потока, слабо зависящая от измеряемого параметра, зависящая от длины волны опорно го излучения. С помощью схемы синхронизации мож но сделать так, что при одном обороте модуляционного диска, когда работает опорный канал, на фоторезистор подается выбранное напряжение питания U, При следующем обороте модуляционноро диск когда работает опорный канал, на ( зистор подается напряжение питания Uj Затем пикл повторяется. При питании U2 коэффициент преобразования ИК излучения в фототок будет уже другой по величине и равен К2..Таким образом можно получить при питании Cfg также линейную зависимость фототока от освещенности. Напряжение дополнительного опорного ка нйла при питании Ug будет описываться уравнением .), где Фд2 -величина опорного светового потока, т.е. 7 . 2 KjiuKj Изменения коэффициентов преобразования K и К 2 приблизительно пропорциональны т.е. И АКа где f1 - коэффициент пропорциональности Решая уравнения, получим A Wa-Ua Таким образом, построив устройство ;с двумя опорными каналами, можно выде лить величину нестабильности Д К фоторезистора и перед обработкой сигналов измерительного и опорного канала для получения величины контролируемого пара метра ввести коррекцию в каждый канал. ЙК-излучение источника 1 через бумажное полотно и модуляционный диск с фильтрами 2 поступает на детектор 3. На нагрузке детектора 3 поочередно вы-деляются сигналы пропорциональные ам1476пт1тудам -длин волн измерительного и опорного фильтров при иапряженни питания фотор зисторп равном U. Сигнлпы.пропорционалыаю -амплитуде длины вошпл опорного фищэтра.при питании фоторезистора (/л, выделяются таким образом. При одном обороте модуляционного диска при прохождении ЙК-излучедая через опорный. фильтр подается питание на фоторезистор 0 а,- при втором: обороте диска подается питание U,. ,при этом работает только опорный фильтр. Синхронизация сделана так, что при любом обороте диска 2, когда излучеше проходит измерительный фильтр, на фоторезистор подается только питание t/ Сигналы с выхода детектора 3 усиливаются усилителем 4, и коммутатором 6 разделяются на три канала. На выходе функционального преобразовате/ш 9 формируется сигнал ( пропорциональный измеряемому свойству, на выходе преобразователя 10 - сигнал U jjKOTopHu является опорным для измерительного с:-1гнала. На выходе преобразователя 11 формируется сигнал t/j, который является дополнительным сигналом для опорного канала, полученным при напряжении питания фоторезистора t/2. Напряжение с преобразова-телей 10 и 11 поступает на блок 12 измерения погрешностей, который выдает напряжение пропорциональное изменению коэффициента преобразования фоторезистора , В блоке 12 может быть реализован алгоритм (8), но могут быть и другие алгоритмы, зависящие откошретных типов фоторезисторов,.их линейности и т.д. Напрях епие измерительного канала с преобразователя 9 поступает на первый вход блока 13 коррекции, на второй вход которого поступает напряжение опорного канала с преобразователя 1О. В блок 13 коррекции также поступает напряжение пропорциональное погрешности блока 12, на величину которого необходимо скорректировать измерительный и опорный сигнал. Скорректированные напряжения с бло- ка 13 поступают в блок 14 обработки, где обрабатываются по алгоритму, соответствукяцему измерению данного параметра. По предлагаемой структурной схеме можно построить ряд фотоэлектрических измерителей параметров бумажного олотна. Для каждого конкретного параметра, например концентрации наполнитея массы квадратного метра, влажности, ыбирают интерференционный фильтр для змерительного канала с требуемой длиой волны и изменяют алгоритм обработки в блоке 14 в зависимости от конкретного параметра. Приведенная схема реализации блока KOppejcunH (фиг. 2) работает следующим образом.... Напряжение 1/ функционального преобразователя 11 поступает на масштабный преобразователь 16, выходное напряжение которого тропорционально Uj К,Напряжение преобразователя 10 поступает 1ш вход масштабных преобразователей 19 и 2О. На выходе преобразователя 19 напряжение пропорционально Кз 52, а на выходе 2О - У U «Напряжения с преобразователей 16 и 19 поступают на. первый и второй вход схемы 18 фавнеШт Напряжение с выхода схемы 18 сравнения пропорциональное вэшчине { поступает на первый вход делительного устройства 21i Напряжения с выходов преобразователей 11 м 26 поступа10 г на первый и второй вход схемы 17 сравне1ШЯ, выходное напряжение которой подается lia второй вход делительного устройства 21. На выходе 21 формируется напряженне пропорциональное погрешности коэффициента преобразования фоторезистора, которое поступает на вход ключа 22. Это вызвано следующим обстоятельством. ИКизлучение,регистрируемое фоторезистором, носит в какцй-то мере статистический характер, определяемый статистическим характером колебаний параметров бумажного полотна. Поэтому при неизменном коэффициенте, преобразования фоторезистора, учитывая вышеуказанный факт, Н9яьз.я полу читьйК 0, хотя ulC и будет достаточно мапой величиной. При этом коррекция измерительного и опорногчэ сигналов может привести к уменьшению устойчивости устройства и даже появлению колеба1тй. На- пряжение погрешности с блока 21 поступает также на блоки 23 и 24, которые являются детекторами полярности. Когда Л К.f положительно, то через детектор 24 оно поступает на вход триггера 26 Шмидта. При. отрица1ельном А K срабаты вает детектор 23 и усилитель 25 инвертирует 4К/.которое затем также поступает иа вход триггера Шмидта. Когйа Д К превышает некоторую пороговую величину л которая больше уровня статистических флуктуации, срабатывает триггер 26 и открывает при этом ключ 22. Напряжение,,пропорциональное погрешности коэффициента преобразования фоторезистора поступает на вход блока 13 корретщии. Напряжение измерительного канала с преобразователя 9 поступает на первый вход делительного устройства 27. Напряжение опорного канала с преобразователя 1О поступает также на первый вход делительного устройства 28. На вторые входы устройств 27 и 28 нагружены выходы сумматоров 29 и ЗО соответственно. На первые входы сумматоров 29 и 30 поступает опорное напряжение источника 31, которое в определенном масштабе соответствует коэффициенту преобразования фоторезистора К,- На вторые входы сумматоров 29 и 30 поступает напряжение, пропорциональное погрешности с блока 21. На выходе сумматоров 29 и 30 формируются сигналы, пропорциональные вепнчше КмК, Таким образом, на выходе делительноfo устройства 27 формируется напряжение равное отношению + ) сЬрн К + ЛК M -J-uK На выходе делительного устройства 28 формируется напряжение равнов отношению Un .- JhlilhjL ДК Сигналы с выхода делительных устройста , 27 и 28 поступают на вход блока 14 обработки измерительных сигналов, где в соответствии с алгоритмом данного иэмерения обрабатываются, а результат обработки фиксируется регистрируюшим устрой твом 15. Предлагаемое изобретение значительно увеличивает точность за счет компенсации влияния температуры и старения на коэффициент преобразования фоторезистора. Это позволяет отказаться оттермоста- билизации датчиков, которая применяется в технологических процессах в химической технологии и вызывает усложнение конструшши, а главное,резкое снижение чувствительности подобных датчиков. Формула изобретения Фотоэлектрический измеритель параметров бумажного полотна, содержащий последовательно установленные источник излучения, модуляционный диск с фильтрами, фотодетектор с блоком питания, усилите ль, коммутатор, к выходам которого подключены функциональные преобразователи изме рительного и опорного сигналов, блок обработки сигналов и регистратор, о т л и л а ю ш н и с я тем, что, с целью повышения точности, в него пополнительно введены последовательно включенные второй функциональный преобразователь опорного сигнала, блок измере1шя погрешности и блок коррекции, а также дополнительный блок питания с коммутаторс,связанный с фотодетектором, причем входы блока коррекции связаны с выходами функциональных преобразователей измерительного и опорного сигналов, а выходы - с бло- ком обработки сигналов, вход дополнительного функционального преобразователя

опорного сигнала через коммутатор связан с выходом усилителя, а второй вход блока измерения погрешности связан с выходом функционального преобразователя опорного сигнала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Великобритании

М 1373807, кл. Q 1А, опублик. 1976.

2.Патент США № 3551678,

кл. G О1 N 21/00, опубпик. 1977 (прототип).