Способ измерения объема падающей капли стекла и устройство для его осуществления

 

1. Способ измерения объема падающей капли стекла, включающий измерение ее длины, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с цельЕО noBhiujeния точности измерения объема, длину капли измеряют путем вычисления скорости ее падения, после чего осуществляют сканирование падающей капли с определенной частотой, измеряют ее горизонтальные размеры в поперечном сечении, вычисляют площадь поперечного сечения капли и умножают ее на приращение размера капли по высоте между моментами сканирования, а объем капли вычисляют как сумму вычисленных произведений , причем частоту сканирования корректируют в зависимости от скорости падения капли. 2. Устройство для измерения объема падающей капли, содержащее два фотодатчика, установленных вдоль линии падения капли, отличающееся тем, что оно снабжено двумя фотодиодными камерами, расположенными ниже двух фотодатчиков по пути падения капли и установленными под углом друг к другу, блоком управления сбором данных, блоком измерения скорости падения и длины капли, двумя блоками измерения формы капли, генератором синхронизирующих импульсов, элементом памяти, вь;чр1слительной машиной и регистрирующим блоком, причем выходы первого фотодатчика соединены с первыми входами блока измерения скорости падения и длины капли и блока управления сбором данных, выходы второго фотодатчика соединены с вторыми входами блока измерения скорости падения и длины капли и блока управления сбором данных и первым входом генератора синхронизирьющих импульсов , второй и третий входы которого соед 1нены соответственно с первым Быход;ом блока измерения скорости g пален;;я и длины капли и с первым выходом блока управления сбором данных , а выход - с третьим входом блока управления сбором данных, четвертый, пятый и шестой входы которого соединены соответственно с первым выходом элемента памяти и с первыми выходами блоков измерения формы капли, пятый и шестой входы блока управления сбором данных соеОЭ динены также с входами .фотодиодных камер, которые подключены к первьгм 00 выходам блоков измерения формы капли , третьи входы блоков измерения формы капли соединены между собой Ю -а и подключены к третьему входу генератора , синхронизирующих импульсов и к третьему входу блока измерения скорости падения идлины капли,вторые выходы блоков изменения формы капли подключены к первому и второму входам элемента памяти, второй выход которого соединен с первым входом регистрирующего блока и первым входом вычислительной машины, второй выход блока измерения скорости падения и длины капли соединен с вторым входом вычислительной машины, выход которой подклгочен к второму входу регистрирующего блока.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(5 ) С 0 3 В 7/00

ОПИСАНИЕ HSOEPETEIHINR (21) 2830751/29-33 (22) 05 10 79 (31) 958770 (32) 08,11.78 (33) СЮ (46 I 15. 01. 84. Вюл. г:- 2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (72) Вильям Говард Ралн (СггА) (71) Оуэнс Иллинойс, ИНК ((Л А) (53) 666.189.22 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство CCCP

Р 324224, кл. С 03 В 1970. (54 ) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕЛ1А ПАГАГ0—

ЩЕЙ КАПЛИ СТЕКЛА И УСТРОЙСТВО г1ЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ измерения объег.1а падающей капли стекла, включающий измерение ее длины, о т л и ч а юшийся тем, что, с цель с повышения точности измерения объема, длину капли измеряют гутем вычисления скорости ее падения, после чего осуществляют сканирование падающей капли с определенной частотой, измеряют ее горизонтальные размерь; в поперечном сечении, вычисляют площадь поперечного сечения капли и умножают ее на приращение размера капли по высоте между моментами сканирования, а объем капли вычисляют как сумму вычисленных произ— ведений, причем частоту сканирования корректируют в зависимости от скорости падения капли.

2. Устройство для измерения обьема падающей капли, содержащее два фотодатчика, установленных вдоль линии падения капли, о т л и ч а ющ е е с я тем, что оно снабжено двумя фотодиодными камерами, расположенными ниже двух фотодатчиков по пути гадения капли и установленными под углом друг к другу, блоком управления сбором данных, блоком измерения скорости падения и длины капли, двумя блоками измерения фор„„SU„„1068027 А мьг капли, генератором синхронизирующих импульсов, элементом памяти, вы;ислительной машиной и регистрирующим блоком, причем выходы первого фотодатчика соединены с первыми входаг.пг блока измерения скорости падения и длины капли и блока управления -á îðîì данных, выходы второго фотодатчика соединены с вторыми входами блока измерения скорости паде,глины кar r; ::г блока управления сбором данных и первым входом генератора синхронизирующих импульсов, второй и :ретий входы которого соединены соответственно с первьгм вы>:одом блока измерения скорости .-ален::я и длины капли и с первьгм выхо=ол блока управления сбором данн: .х, =. =-ыход — c т реть им в ходом блска управления сбором данных, четверттый, пятый и шестой входы которого соедине:bI соответственно с ггервь м выходом элемента памяти и с герьыми выходами блоков измерения формы капли, пятый и шестой входы блока управления сбором данных соеди-:ены также с входами фотодиодных камер, которые подключены к первым выходам блоков измерения формы капли, третьи входы блоков измерения формы капли соединены между собой и подключены к третьему входу генеpaòñða синхронизирующих импульсов и к третьему входу блока измерения скорости падения и длины капли,вторые вьходы блоков изменения формы капли годключены к первому и второму входам элемента памяти, второй выход которого соединен с первым входом регистрирующего блока и первым входом вычислительной л1ашины, второй выход блока измерения скорости падения и длины кагли соединен с вторым входом вычислительной машины, выход которой подключен к второму входу регистрирующего блока. с

1 (,Г (|

Путем измерения времени между моментами начала срабатывания 8 и

9, соответствующими попаданию переднего края капли 1 на траекторию лазерных лучей, можно определить среднюю скорость переднего края капли 1 при прохождении ею лазерных лучей (так как расстояние Х известно), Учитывая, что расстояние Х относительно мало, можно считать полученную скорость мгновенной. Скорость хвостового края капли можно определить таким же способом, измерив время, необходимое для его прохождения мимо лазерных лучей 4 и 5. Затем 60 может быть измерено время, необходимое для прохождения всей капли мимо лазерного луча и отсюда определена длина капли (из уравнения

vg+ 1/2 я ., где уб — первоначаль-у

50 ними измерениями, в ре.:ультате .его получается объем "CIIOI»" капли.!. ля определения общего объема капли полученные объемы "слоев" суммируются.

Камеры также используются для 5 получения изображения капли, с помощью которого определяется ее форма. Кроме того, иэображение капли используется для определения ее ориентации, т.е. наклона продоль- 10 ной оси капли по отношению к ее траектории.

На фиг.1 представлено схематическое изображение системы измерений; на фиг.2 — стеклянная капля, вид сверху; на фиг.3 — блок-схема устройства для измерения на фиг.4 — блок-схема устройства измерения скорости и длины капли;на фиг.5 — блок управления сбором дан—

20 ных.

Как видно из фиг. 1, капля расплавленного стекла 1 падает иэ подающего механизма 2 по траектории,, обозначенной TIy нктирной линией 3..

Два параллельных лазерных луча 4 и

l5 излучаемых лазерами б и 7 соответственно, направлены таким образом, что пересекают линию 3. Расстояние между лазерными лучами 4 и 5 обоэначсно отрезком Х. После пересечения с линией 3 лазерные лучи 4 и 5 попадают в фотодатчики 8 и

9 соответственно. При попадании лучей 4 и 5 в датчики 8 и 9 на выходе последних генерируется с гнал

"0", при отсутствии лазерных лучей — сигнал "1". Когда капля 1 попадает на траекторио лазерных лучей 4 и 5, датчики 8 и 9 находятся в состоянии кода "1". После того, 40 как капля 1 пройдет достаточное расстояние, чтобы не препятствовать попаданию лазерных лучей в фотодатчики 8 и 9, последние вырабатывают сигнал, соответствующий коду 0 . 45 ная скорость капли 1; cr — ускорение силы тяжести, t — время прохождения всей капли через лазерный луч 5; длина капли).

При дальнейшем падении капля попадает в поле зрения двух фотодиоднь.х камер 10 и 11, расположенных под углом друг к другу. Камеры находятся на расстоянии Y (измерено вдоль линии 3) от лазерного луча 5 и расположены под углом 90С друг к другу.

Камеры 10 и 11 включают в себя горизонтальный набор íà 768 фотодиодов.

Обе камеры 10 и 11 имеют цифровой вь.ход, т.е. каждый из фотодиодов набора может иметь на выходе сигнал

"1" или "0" в зависимости от того, попадает ли на каждый из диодов свет от капли 1 или нет. Порог срабатывания набора фотодиодов регулируется, так что различие между светом, исходящим от капли, и при ее отсутстьии может быть обнаружено.

При падении капли 1 набор фотодиодов подвергается сканированию через очень маленькие интервалы времени.

Скорость сканирования такова, что каждое развертывание осуществляется горизонтально поперек всей ширины капли 1. В поле зрения каждой иэ камер входит полная гротяженность поперечного сечения капли

1 и еще небольшая часть этой длины.

Каждому фотодиоду соответствует определенная ширина, т.е. если каждая из камер 10 и 11 имеет поле

,ppHHp. ширинои 768 мм, каждому диоду соответствует 1 мм. Производятся последовательные развертывания, соответствующие равным приращениям

pëcñòoÿHèÿ, пройденного каплей 1 ,например, каждое развертывание осуществляется после прохождения каплей расст-ояния в 1 мм). В данном случае камерами производится 512 развертываний, начиная с момента фиксирования датчиком 9 прохождения капли 1. Сканирование производится через интервалы, достаточные для того, чтобы вся длина капли 1 попала в поле зрения камер 10 и 11.

Путем соединения последовательных развертываний, ocóöåcòâëÿåìûõ камерами, можно определить форму падающей капли 1.

Камерами 10 и 11 осуществляется последовательное развертывание "слоев", или сечений, капли 1 при ее падении. Измерения, полученные в процессе развертывания, могут быть использованы для определения площади поперечного сечения, .соответствующего каждому развертыванию.Поперечное сечение капли 1 имеет круглую или близкую к круглой форму (например, эллиптическую с большой и малой осями, отличающимися не более чем на 15Ъ). Если попереч l — з !

1«с

30

После каждого развертывания данные, собранные в блоке измерения деления формы капли 19 и 20, посту— пают в элемент памяти 24, Когда в элемент памяти заложены все данные, в блок управлекия сбором данных 13 поступает сигнал сброса счетчика, показанный линией 26. Блок 13 в свою очередь вырабатывает сигнал, поступающий в блоки 19 и 20, где он про— изводит сброс счетчиков данных, содержащихся в этих цепях. Этот сигнал ка одной из ликий 27. Из элемента памяти 24 информация поступает в регистрирующее устройство

25, где изображения от обеих камер

50 бО б5 памяти 24 сослин«3 с регистрирующ3м устройством 25 и вычиспитель— ной машиной 16. Выход вычислите ьной машины 16 также соединен с р«гистрируемым устройством 25.

Работа устройства начинается с 5 момента, когда датчик 8 зарегистрирует переднии край капли 1.Сигнал сброса от датчика 8 поступает в блок управления сбором дан!:нх

13 и последний также вырабатывает 10 сигнал сброса. 3Iocsie этого блоки

12, 19 и 20 готовы к приему данннх, а генератор 18 синхронизируюших импульсов очишается. Блок 12 измерения скорости и длины капли опр«д«- 15 ляет временнь3е интервалы между фиксированием различных частей капли 1 и датчиками 8 и 9. .Сигналы, соответствующие этим временным интерва— 20 ную машину 16, где определяется входная и выходная скорости и дл 3ка капли 1.Сигнал входной скорости также посылается в генерато1з 18 синхронизирующих импульсов. Б момент фиксирования датчикам 9 3.«р«д— него края капли 1 под действи«м сигнала начала IJèêëà блок 13 у33рав— пения сборам данных вьрабатнва«-, сигнал начала скакирования, поступающий в блоки измерекия д«пения формы капли 19 и 20. Затем блоки

19 и 20 начинают получать сигнал! 3 от камер 10 и 11. Б про!3«сс« пад«ния капли 1 камерами 10 и " г1>оиз— водится сканирование, а блоки 39 и 20 определяют !ирину и псз3ож«333!с краев и центра капли 1 для каждого развертывакия. CiêàíèðîâàH3.".е произ— водится через равные расстояния, пройденные каплей 1. Скоростью сканирования управляет генератор

18 синхронизируюших импульсов, После того, как камеры 10 и 11 произведут сканирование в 512 раз, блок управления сбором данньх прек — 45 ращает вырабатывать сигкал начала сканирования. Следующий цикл начинается при получении сигналов сброса и начала цикла. но производятся на экране. 13ы 333слитепьная машина 16 использует информацию, накопленную в элементе памяти

21, для определения объема и веса кагли 1. Затем эта информация посы— лается в регистрирующее устройство

25.

На фиг.4 показан блок измерения скорости и длина капли 12. Первона:альна датч33к 8 вырабатывает сигнал, соответствуюший коду "1" при пересечен!333 каплей 1 траектории лазерного пуча 4. Быход датчика 8 через линию

28 связан с блоком управления 13 сбором данных, а также с входом схемы И 29 и инвертаром 30. Когда на выходе датчика 8 сигнал соответствует коду "0", то на выходе блока управления 13 сигнал сброса также соответствует коду "1".Бь3ход сброса соединен с 33нве!зт33рован33ьз 3 входам .упьтивибратара 31. Вход Й мультивибратора 31 cBFçà33 с входами схемы : 32. П«рвоначалько на выходе муз-.:,: 33виб!затора 31 с!!гнал "1 ", этому при поступлении сигнала сбро— са "1", "1" вырабатывается на выходс сх«мн !! 32. 13нход схемы И 32 сняз:ii с .хода.":3! схем И 2.,33 и 34.

Таким абра-,.см, «õåìi-i И 29, 33 3. 34 находятся в рабочем состоянии,когда

l3ñ3 В3 3Ха3 Е СклМ33

13нход да=:;.ика 9 саед!:нен с вхадасх«:". . 33 : 34 33 с Вхсда3.: кквертоьа 35 . Выход,33i3«p :сра 35 5соеди:-:«33 с вхо ом схемь !! 29 и с входом

".-333хро333".зац333 мупьтивибратора 31. 1ак3 õ образо, сннхрок3;зация муль-3:иибратора асуюест"-ляется в момент

;:.-3м кения сиг-:à à на выходе инвер-сра ат "0" кB. "11 ", что имее-. место., когда хвостовой кран каплH 1 riocxo ди - мимо да:=ика 9. Когда на вход с33нхронизации мультивибратора 31

; †.ncòóïàåò "1",. на его выходе, оч!ишенком при поступлении сигнала сб„.зоса "0", генерируется сигнал "0 .

Это в свою очередь приводит к появлению на выходе схемы И 32 сигнала, соответствуюшего коду "0". Таким образам, выход схемы И 32 соответствует коду "1" между моментом, когда датчик 8 впервые зафиксировал появление капли 1, и моментом, когда датчик 9 в последний раз зафиксировал. каглю 1.

Выход схемы И 29 соответствует

1i i !3 ко.-да ка выходе датчика 8 и на выходе датчика 9 "0" (считая, что на выходе схемы И 32 "1"3, Эта соответствует времени между моментами фиксирования переднего края капли 1 каждым из датчиков 8 и 9.

Выход схемь: И 33 соответствует "1", когда выход датчика 8 соответствует "0" и выход датчика 9 — "1". Это. соответствует времени между моменГ ГЛИ !

3 . L

Т О!: .3:=

: .= :О (Г

;. !V =,= тт-,. т:lJ

° ()

1

Г

) 3 ), 106 8027

После завершения каждого развертывания сигнал выполнения сканиро— вания "1" посылается в линии, которые связаны с входом схемы ИЛИ 55.

Выход схемы ИЛИ 55 связан с входом И

54. Таким образом, выход схемы И

II II

54 переходит в состояние 1,когда на выходе " мультивибратора 52

"1" (т.е. после получения сигнала начала цикла), и вырабатывается сигнал выполнения сканирования. Выход схемы И 54 соединен с элементом памяти 24, поэтому при появлении

"1" на выходе схемы И 54 элемент памяти 24 получает данные из элементов измерения формы капли 19 и

20. После завершения сбора данных элементов памяти 24 на вход схемы

И 56 поступает "1". Выход, мультивибратора 47, связанный с другим входом схемы И 56, находится в состоянии "1" на протяжении всего времени сбора информации. Таким образом, выход схемы И 56 измсняется с "0" на "1" после того, как данные каждого развертывания поступают в элемент памяти 24. Выходы схемы И 56 является линия 27, связанная с элементами измерения формы капли 19 и 20.

Процесс управления схемой фиг.5 заключается в том, что при появлении сигналов начала сканирования камеры 10 и 11 начинают производить последовательные развертывания.После завершения каждого развертывания полученные данные поступают в элемент 24. После завершения сбора данных элемента памяти 24 в блоки

15 измерения формы капли посылается сигнал, подготавливая их к измерениям следующего развертывания. Затем генерируется следующий сигнал начала сканирования, и процесс повторяется. Выход,, мультивибратора 49 связан с входом инвертора 57. Выход инвертора связан с инвертированным входом сброса мультивибратсра 47.

+ 3

4 .л

ВНИИПИ Заказ 11237/59 Тираж 469 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4