Устройство для определенияудЕльНОгО BECA Советский патент 1981 года по МПК G01N9/00 

Изобретение относится к устройст вам автоматического измерения удель ного веса исследуемых образцов и может использоваться в си-стемах автоматического контроля и экспресс-анализа исследуемых образцов, например для определения удельного веса образцов грунта, получаемых при проведении бурения скважин, контроля удельного веса изготавливаемых обра цов и т.п. Известны устройства для определе ния удельного веса, основанные на независимом измерении веса образца и узла измерения объема образца и состоящие из блоков взвешивания, измерения объема и обработки резуль татов измерения llj. Недостатком устройств является низкая оперативность проведения измерений, что связано с низким быстродействием таких устройств и сложностью автоматизсщии процесса измерений. Известно также устройство для определения удельного веса, содержа щее источник света, конденсор, площадку-основание, датчик веса, объек тив и телевизионную сканирующую сис тему, а также вычислительный блок. информационные входы которого соединены с выходами телевизионной сканирующей системы t2j.Недостатком устройства является значительная сложность, что связано с необходимостью использования телевизионной сканирующей системы. Цель изобретения - повышение надежности работы устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения удельного веса, содержащее источник света, конденсор, площадку-основание, датчик веса, объектив, дополнительно введены вспомогательный конденсор, в фокусе которого установлен вспомогательный источник света, ас противоположной стороны вспомогательного конденсора расположен оптический клин, закрепленный неподвижно у торца прозрачной пластины-основания, на котором из непрозрачного материала выполнена маска с отверстием-коллиматором, а с. противоположного торца прозрачной пластины-основания расположен вспомогательный объектив, в фокусе которого установлен первый фоточастотный датчик, выход которого через формирватель соединен с входом элемента задержки и входом разрешения считывания блока индикации, информационные входы которого соединены с выходами счетчика импульсов, вход сброса и счетный вход которого соеди нены соответственно с выходом эле-минта задержки и выходом умножителя частоты импульсов, тактовый вход которого соединен с выходом тактового генератора и тактовым входом блока измерения периода, информационные вы ходы которого соединены с управляющими входами умножителя частоты, информационный вход которого соединен с выходом второго фоточастотного дат чика, который расположен в фокусе до полнительного объектива. В фокусе объектива установлен третий фоточастотный датчик, выход которого соединен с входом блока измерения периода причем прозрачная пластина-основание закреплена на упругих элементах -и на ней под углом 45° к основанию установлена система зеркал. В качестве фоточастотных датчиков в предложенном устройстве используется полупроводниковая микросхема, представляющая собой замкнутое коль цо инверторов, реализованных на биполярных транзисторных структурах, причем число инверторов в кольце явл ется нечетным. В кольце таких инверторов возникает генерация импульсов имею1цих стандартные логические уровни, причем частота генерации будет прямо пропорциональна энергии, пог ступакяцей от источника, от которого питается эта цепочка, и обратно про;ПОрционс1льна числу элементов в цепоч ке. В качестве источника энергии для ключевых элементов, выполненных по биполярной интегральной технологии, можно использовать поток света, пада .ющий на этот элемент, причем величин тока в каждом из элементов при этом будет пропорциональна величине потока, падающего на интегральный элемент (микросхему). Таким образом, этот элемент может быть использован в качестве фоточастотного датчика, т.е« датчика, обеспечивающего преобр эование падакндего на элемент света в электрические импульсы стандартной логической величины и имекяцих частоту прямо пропорциональную величине светового потока. На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема фоточастотного датчика. Устройство для определения удель№е№о веса содержит основной источник света 1 и вспомогательны: источник света 2, которые расположены соответ стаенно в фокусах конденсатора 3 .и вспомогательного конденсатора 4, на оптической оси которого помещен .оптический клин 5, расположенный у торцгь прозрачной пластины-основания 6, которая закреплена на упругих элементах 7, причем на торце пластины-основания 6 сформирована маска В из непрозрачного материала, имеющая отверстие, ас противоположного торца пластины-основания б устано влен вспомогательный объектив 9, в фокусе которого установлен первый фоточас)тотный датчик 10, выход которого соединен с входом формирователя 11. Выход формирователя 11 соединен с входом элемента задержки 12 и входом разрешения считывания блока индикации 13, информационные входы которого соединены с выходами счетчика 14, входы сброса и счета которого соединены соответственно с выходам элемента задержки 12 и выходом умножителя 15 частоты импульсов, тактовый вход которого соединен с выходом генератора импульсов 16. Генератор импульсов 16 соединен с тактовым входом блока 17 измерения периода , информационные выходы которого соеди,нены с управляющими входами умножителя 15 частоты импульсов, информационный вход которого соединен с выходом второго фоточастотного да.тчика 18, установленного в фокусе дополнительного объектива 19, который находится над системой зеркал 20, закрепленных на прозрачной пластине-основании 6 под углом к ее плоскости. Над пластиной-основанием 6 установлен объектив 21. в фокусе которого установлен третий фоточастотный датчик 22, выход которого соединен с входом блока измерения периода 17. Фоточастот.ный датчик содержит последовательно включенные полупроводниковые биполярные инверторы 23, выход одного из них соединен с выходом фоточастотного датчика 24, а биполярные ключевые элементы выполнены в виде микросхелвл, которая освещается источником света, в результате чего в р-п переходах форьшруется фотоЭДС и в генераторах тока 25 возникает ток. Указанный эффект представлен на фиг. 2. Устройство для определения удельного веса работает следующим образом. Исследуемый образец 26, имеющий параллельные верхние и нижние грани (например цилиндр, параллелепипед, куб, треугольная или иная призма и т.д., образец может иметь и вертикальные сквозные отверстия, устанавливается на прозрачной пластинеосновании 6 меязду системой зеркал 20 под объективом 21. Под действием веса образца элементы 7 сжимаются, что вызывает перемещение Пластины 6 и, следовательно, отверстия в маске 8. В связи с этим количество света, проходящего через отверстие в маске 8, будет обратно пропорционально весу тела из-за наличия оптического клина 5. Поток света.

проходящий через отверсгйе в маске 8, собирается с noivtouibra вспомогательного объектива 9 на первом фоточастотном датчике 10, в котором возникает генерация импульсов, период которых будет прямо пропорционален весу образца. Эти импульсы, проходя через формирователь, который вьщеляет фронты этих импульсов,а при необходимости и снижает их частоту, от считывают реэульта-1Ы измерения в блок индикации 13, а также с. некоторой задержкой, определяемой элементо задержки 12, производят сброс счетчика 14 в нулевое состояние, после чего начинается новый цикл измерения. Эти импульсы можно использовать для управления устройством, обеспечивающим автоматическую смену образцов. Поток света, проходящий через конденсор 3 о источника 1 через прозрачну пластину-основание 6, частично уменьшается из-за экранирования этого светового потока образца 26, собирается Объективом 21 и падает на трети фотоЧасТотный датчик 22/ частота импульса на выходе которого будет обратно пропорциональна площади основа НИЛ образца 26. Период этих импульсо и число, характеризующее этот период зафиксированное на выходе блока 17 измерения периода, прямо пропорционально площади основания образца. Часть светового потока от источника 1, проходя через систему зеркал, обеспечивает получение информации о высоте образца 26 и падает на второй фоточастотный датчик, частота ш«1ульсов на выходе которого обратно пропорцинальна высо-ге образца 26. Умножитель частоты импульсов обеспечивает получение оценки объема |образца, причем частота импульсов io6paTHO пропорциональна объему образ ца, а TiaK как импульсы с выхода умножителя 15 считаются счетчиком 14 в течение интервала времени, nponqpционгшьного весу, образ;ца, код, фиксируемый счетчиком 14, характеризует удельный вес исследуемого образца.

.: Предложенный измеритель обеслечи:вае измерение удельного веса с высоким быстродействием и надежностью при пониженных аппаратурных затратах и может быть легко реализован в виде мгшогабаритного прибора с вцдачей результатов в цифровой форме (напрвмер|г в автоматизированных системах управления производства для ввода получаемой информации с ЦВМ), а также в автоматизированных системгис измерения.

Формула изобретения

1. Устройство для определения удельного веса, coдp.JжaIaee источник света, конденсор, площадку-основание, датчик веса, объектив, о -т л ичающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройсва, в него дополнительно введены вспомогательный конденсор, в фокусе которого установлен вспомогательшлй источник света, а с противоположной стороны вспомогательного конденсора расположен оптический клин, который закреплен неподвижно у торца прозрач ной пластины-основания, на котором из непрозрачного материала выполнена маска с отверстием-коллиматором, а с противоположного торца прозрачной пластины-основания расположен вспомогательный объектив, в фокусе которого установлен первый фоточастотный датчик, выход которого через формирователь соединен с входом элемента задержки и входом разрешения считывания блока индикации, информационные входы которого соединены с выхЪдом счетчика импульсов, вход сброса и счетный вход которого соедн.нен соответственно с выходом.элемента задержки и выходом умножителя частоты импульсов, тактовый вход которого соединен с выходом тактового генератора и тактовым входом блока измерения периода, информационные выходы которого соединены с управляющими входами умножителя частоты, информационный вход которого соединен с выходом второго фоточастотного датчика, который расположен в фокусе дополнительного объектива, а в фокусе объе;ктива установлен третий фоточастотный датчик, выход которого со: единен с входом блока измерения периода, причем прозрачная пластинаоснование закреплена на упругих элементах и на ней под углом 45 к основанию установлена система зеркал

2. Устройство по П.1, о т л и чающееся тем, что каждый из фоточастотных датчиков содержит цепочку из нечетного числа полупроводвиковых биполярных инверторов, выход которой соединен с выходом последнего инвертора и входом первого инвертора, выполненную в виде микросхемы .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР №364872, 1972.

2.Патент Японии 51-25351, кл. 108 L, 1976 (прототип).

Умно к1/тед1

частоты

UHnyatcoS

блок анбикации

13

( Счетчик числа R unnyjucet