Влагомер

 

1. ВЛАГОМЕР, содержащий устройство обработки информации с выходным блоком, блок деления, источник излучения, на оптической оси которого расположены модулирующий диск с двумя светофильтрами, установленный на оси синхронного двигателя , и приемник излучения, подключенный к входу блока формирования-усиления , третий выход которого соединен с вторым входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП), отличающийся тем, чтоj с целью повышения точности измерений, в него введены блоки памяти, корректировки значения оптического показателя, умножения , задания, формирования сигнала Запуска и элемент ИЛИ, выход которого через блок формирования сигнала запуска соединен с первым входом АЦП, a два его входа соединены с соответствующими первым и вторым выходами блока формирования - усиления и с соответствующими третьими входами блоков деления и умножения, причем третий выход блока формирования усиления соединен с входом блока корректировки значения оптического показателя , выходы которого соединены с четвертыми входами блока умножения, иторые входы которого соединены с соответствующими выходами блока :-адания , выход блока деления через первый вход блока умножения соединен с входом устройства обработки информации с выходным блоком, вход блока памяти соединен с выходом А1Ш, a его два вьссода соединены с соответствующими входами блока деления, при зтом модулирующий диск снабжен отверстием, расположенным вместе со светофильтрами на одной окружности, d диаметр i (Л отверстия равен , йРде ТГ где йТ - изменение диаметра изображения в плоскости вращения диска, соответствующее изменению расстояния до поверхности контролируемого материала; Од - разность, между возможными макСО Од симальньм и минимальным уровнями поверхности контролируе мого материала; д - нормируемое значение чувствительности влагомера по высоте контролируемого-материала. 2. Гшагомер по п. 1 , отличающийся тем,-что блок корректировки значения оптического показателя содержит элементы ИЛИ, триггеры, формирователь импульсов, счетчик импуль .сов, два элемента И, два генератора импульсов, ограничитель и дешифратор , выходы которого подключены

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

Ю

РЕСПУБЛИН

Р1Р1. G 01 N 21/85

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗО6РЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ аэдЕ

2е (21) 3616359/18-25 (22) 30.05.83 (46) 30.09.84. Бюл. В 36 (72) К.П.Чкония и Г.В.Шуглиашвили (71) Научно-исследовательский институт автоматизации производственных процессов в промышленности (53) 535.24(088.8) (56) 1. Патент США У 3551678, кл. С 01 N 21/81,.опублик. 1971, 2. Авторское свидетельство СССР по заявке М 3521361, кл. G 01 N 21/81, 1982 (прототип). (54) (57) 1. ВЛАГОИЕР, содержащий устройство обработки информации с выходным блоком, блок деления, источник излучения, на оптической оси которого расположены модулирующий диск с двумя светофильтрами, установленный на оси синхронного двигателя, и приемник излучения, подключенный к входу блока формирования-усиления, третий выход которого соединен с вторым входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП), о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измеренио, в него введены блоки памяти, корректировки значения оптического показателя, умножения, задания, формирования сигнала запуска и элемент ИЛИ, выход которого через блок формирования сигнала запуска соединен с первым входом АЦП, а два его входа соединены с соответствующими первым и вторым выходами блока формирования — усиления и с соответствующими третьими входами блоков деления и умножения, причем третий выход блока формирования усиления соединен с входом блока кор,SU„„1116369 А ректировки значения оптического показателя, выходы которого соединены с четвертыми входами блока умножения, вторые входы которого соединены с соответствующими выходами блока .-адания, выход блока деления через первый вход блока умножения соединен с входом устройства обработки информации с выходным блоком, вход блока памяти соединен с выходом АЦП, а его два выхода соединены с соответствующими входами блока деления, при этом модулирующий диск снабжен отверстием, расположенным вместе со светофильт рами на одной окружности, а диаметр отверстия равен где йЭ вЂ” изменение диаметра изображения в плоскости вращения диска, соответствуюшее изменению расстояния до поверхности контролируемого материала; — разность между возможными мак симальным и минимальным уровнями поверхности контролируемого материала; ьŠ— нормируемое значение чувствительности влагомера по высоте контролируемого материала.

2. Влагомер по и . 1, о т л и ч а ю шийся тем,.что блок корректировки значения оптического показателя содержит элементы ИЛИ,-триггеры, формирователь импульсов, счетчик импульсов, два элемента И, два генератора импульсов, ограничитель и дешифратор, выходы которого подключены к единичному входу соответствующих триггеров, нулевые входы которых через соответствующие элементы ИЛИ подключены к прямым выходам последующих триггеров, вторые входы элементов ИЛИ подключены к выходу формирователя импульсов, соединенного с вторым и нулевым входами соответственно счет чика импульсов и последнего триггера, вход формирователя импульсов подключен к выходу первого генератора импульсов, соединенного с первым вхо16369 дом первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго генератора импульсов, выход первого элемента И подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого через ограничитель подключен к третьему выходу блока формированияусиления, а выход подключен к первому входу счетчика импульсов, выходом подключенного к входу дешифратора,причем прямые выходы триггеров подключены к четвертым входам блок а умножения.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения влажности твердых и сыпучих материалов с помощью инфракрасного излучения. 5

Известен влагомер, содержащий источник излучения, фильтрующий модулятор с синхронным двигателем, последовательно соединенные детектор излучения, предварительный усилитель, 10 синхронный детектор, управляющие входы которого соединены с генератором синхронных импульсов, а два вы хода соединены каждый со своим преобразователем аналог — код соответственно эталонного и измерительного каналов, выходы которых соединены с входами блока деления, и измерительный блок 1j..

Недостатком данного устройства 20 является ограниченная область его применения.

Наиболее близким к изобретению является влагомер, содержащий устройство обработки информации с выходным 25 блоком, блок деления, источник излучения, на оптической оси которого расположены модулирующий диск с двумя светофильтрами, установленный на оси синхронного двигателя, и при- З0 емник излучения, подключенный к входу блока формирования-усиления, третий выход которого соединен с вторым входом АЦП (2.1.

Недостатком известного устройства является большая погрешность при измерении влажности движущегося потока сыпучих и кусковых материалов с разной высотой слоя. Это обусловлено тем, что с изменением высоты слоя изменяется расстояние от оптического преобразования до контролируемого, насыпанного материала и, соответственно, изменяется значение оптического показателя (отношения величины измерительного и реперного сигналов) из-за разной формы отраженных потоков измерительного и реперного излучения.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что во влагомер, содержащий устройство обработки информации с выходным блоком, блок деления, источник излучения, на оптической оси которого расположены модулирующий диск с двумя светофильтрами, установленный на оси синхронного двигателя, и приемник излучения, подключенный к входу блока формирования-усиления, третий выход которого соединен с вторым входом АЦП, введены блоки памяти, корректировки значения оптического показателя, умножения, задания, фор; мирования сигнала запуска и элемент

ИЛИ, выход которого через блок формирования сигнала запуска соединен с первым входом АЦП, а два его входа соединены с соответствующими первым и-вторым выходами блока формированияусиления и с соответствующими третьими входами блоков деления и умножения, причем третий выход блока формирования-усиления соединен с входом блока коррелтировки значения

1116369 оптического показателя, выходы которого соединены с четвертыми входами блока умножения, вторые входы которого соединены с соответствующими выходами блока задания, выход блока деления через первый вход блока умножения соединен с входом устройства обработки информации с выходным блоком, вход блока памяти соединен с выходом АЦП, а его два выхода соединены с соответствующими входами блока деления, при этом модулирующий диск снабжен отверстием, расположенным вместе со светофильтрами на одной окружности, а диаметр отверстия равен Э Р ге где dD — изменение диаметра изображения в плоскости вращения диска, соответствующее изменению расстояния до поверхности контролируемого материала;

pB3HocTb между возможными 25 максимальным и минимальным уровнями поверхности контролируемого материала; д0 — нормируемое значение чувствительности влагомера по высоте контролируемого материала °

Блок корректировки значения оптического показателя содержит элементы ИЛИ, триггеры, формирователь импульсов, счетчик импульсов, два эле-35 мента И, два генератора импульсов, ограничитель и дешифратор, выходы которого подключены к единичному входу соответствующих триггеров, нулевые входы которых че- 40 рез соответствующие элементы ИЛИ подключены к прямьи выходам последующих триггеров, вторые входы элементов ИЛИ подключены к выходу формирователя импульсов, соединенного с <5 вторым и нулевым входами соответственно счетчика импульсов и последнего триггера, вход формирователя импульсов подключен к выходу первого генератора импульсов, соединенного с 50. первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго генератора импульсов, выход первого элемента И подключен к первому входу второго элемента И, вто- 55 рой вход которого через ограничитель подключен к третьему выходу блока формирования-усиления, а выход подключен к пеРвому входу счетчика импульсов, выходом подключенного к входу дешифратора, причем прямые выходы триггеров подключены к четвертым входам блока умножения.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого влагомера; на фиг. 2— блок-схема блока коррекции значения оптического показателя; на фиг.3временная диаграмма работы влагомера; на фиг. 4 и 5 — схемы получения оптического сигнала, длительность которого пропорциональна высоте слоя измеряемого материала.

Влагомер (фиг. 1) содержит источник 1 излучения, модулирующий диск 2 с двумя светофильтрами и отверстием между ними (фиг. 4 и 5), вращаемый синхронным двигателем 3, приемник 4 излучения, выходом подключенный к входу, блока 5 формирования-усиления, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входу элемента ИЛИ 6, выход которого через блок 7 формирования сигнала запуска АЦП подключен к первому входу АЦП 8, выход которого соединен с входом блока 9 памяти, выходы которого подключены к первому и второму входам блока 10 деления, третий вход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ 6, соединенного с третьим входом блока 11 умножения, первые и вторые входы которого подключены соответственно к выходу блока 10 деления и к выходам блока

12 задания, четвертые входы блока

11 умножения подключены к выходам блока 13 корректировки значения оптического показателя, вход которого подключен к третьему выходу блока

5, соединенного с вторым входом

АЦП 8. Выход блока 11 умножения подключен к входу 14 устройства обработки информаций с выборным блоком.

Блок 13 корректировки значения оптического показателя (фиг. 2) содержит ограничитель 15, вход которого, подключен к третьему выходу блока 5 формирования-усиления (фиг. 1), а выход — к второму входу второго элемента И 16, первый вход которого подключен к выходу первого элемента

И 17, второй вход которого годключен к выходу второго генератора IS импульсов, а первый вход — к выходу первого генератора 19 импульсов, соединенного с входом формирователя

l 116369

Ф

20 импульсов, выход которого подключен к второму входу счетчика 21 импульса, первый вход которого подключен к выходу второго элемента И 16, а выход - к входу дешифрвтора 22, выходы которого подключены к единичному входу соответствующих триггеров

23> нулевые входы которых через элементы ИЛИ 24 подкл,учены к прямым выходам последующих триггеров 23, 10 вторые входы элементов ИЛИ 24 подключены к выходу формирователя 20 импульсов и нулевому входу последнего триггера. Прямые выходы триггеров 23 подключены к четвертым входам блока 11 умножения. На модулирующем диске 2 расположены светофильтры 25 и 26 и отверстие 27 корректировки оптического показателя. 20

Устройство работает следующим обр.азом.

Отраженное интегральное излучение напрявляется на модулирующий диск

25 и поочередно проходит светофильтры

25 и 26 (интерференционные) и отверстие 27, расположенные на модулирующем диске 2, который вращается от синхронного двигателя 3. Эти фильтры пропускают только лучи с длинои вол30 ны в ближней ИК-области спектра

1,7 мкм (эталонная длинна волны) и, = 1,9 мкм (длина волны измерения). Отраженные от измеряемого вещества световые импульсы поступают 35 к приемнику 4 излучения, где они превращаются в электрические импульсы и подаются на блок,5 формирования-усиления, где эти сигналы формируются, усиливаются. По третьему 4о выходу блока 5 импульсы, соответстИЗм вующие измерительному сигналу U реперному сигналу U Р " и высоте .измеряемого материала U высоi (фиг.3), подаются на второй вход АЦП 8 и на 45 блок 13, а по первому и второму выходу блока 5 через элемент ИЛИ 6 подаются синхроимпульсы на блок 7 формирования сигнала запуска АЦП, где формируются (фиг. 3) и подаются на первый вход АЦП 8. При этом АЦП преобразует аналоговый сигнал О " H О " B двоичный код . и посылает их на вход блока 9 памяти, где происходит запоминание.

Напряжение 0 " АЦП не преобразуется из-за отсутствия синхроимпульса соответствующего 0 ь . Оба эти сигнала (О" и 0 " ) с блока 9 в двоичном коде подаются на первый и второй вход блока 10 деления.

При наличии синхроимпульса на втором выходе блока 5 в блоках деления 10 и умножения 11 происходит соответственно деление л = О" /U " и умножение на коэффициент К. (1 текущая нумерация высоты слоя измеряемого материала). Значение поправочного коэффициента К; по высоте слоя измеряемого материала с помощью блока 12 задания вводится оператором с второго входа блока 11 умножения.

Откорректированное значение оптического показателя во " = лК; с блока умножения подается на блок обработки информации с выходным устройством 14. Таким образом, на каждый второй синхроимпульс происходит деление и умножение сигналов. Выборка поправочного коэффициента по ступеням высоты производится блоком 13.

Работа блока 13 (фиг. 2) осуществляется следующим образом.

Сигналы с блока 5 подаются на вход блока 13 корректировки значения оптического показателя, в частности на вход ограничителя 15 (фиг. 2), где происходит ограничение сигналов по амплитуде (фиг. 3). Допустим, на вход блока 15 подан сигнал - 08ь с т (фиг. 3), ограниченный сигнал подается на второй вход элемента И 16, на на первый вход которого через первый элемент И 17 подаются электрические импульсы определенной частоты, вырабатываемые вторым генератором 18 импульсов. Элемент И 17 пропускает импульсы в течение времени, соответствующему длительности импульса, вырабатываемого первым генератором

19 импульсов (фиг. 3) и подаваемого на первый вход элемента И 17. Одновременно с помощью формирователя 20 импульсов происходит формирование импульса (фиг. 3), его подача на второй вход (" Сброс" ) счетчика 21 импульсов, на нулевой вход последнего триггера 23 „ и на вторые входы элементов ИЛИ 24; в результате чего триггеры 23 и счетчик 21 импульсов приводятся в исходное состояние.

В течение времени длительностью

t (с) сигнала Us элемент И 16

{фиг. 3) пропускает электрические

11163

7 импульсы, вырабатываемые генератором

18 на вход счетчика 21 импульсов. вь!сот

Образование сигнала U, пропорционального высоте слоя материала, производится с помощью отверстия (фиг. 4 и 5) на модулирующем диске.

На фиг. 4 и 5 также указано расположение светофильтров и отверстия на диске в одном иэ возможных вариантов. .Длительность импульса, соответствую- 10 щего высоте слоя, пропорциональна величине диаметра изображения.

Когда сигнал отсутствует, элемент

И 16 прекращает пропускание импульсов от второго генератора 18 им- 15 пульсов к счетчику 21 импульсов. Разным значениям высоты измеряемого материала соответствуют разные значения длительности импульса, так как на выходе дешифратора 22 получаются раз-20 ные количества импульсов. Допустим, высота слоя измеряемого материапа изменяется от номинального до (15 см). Высота слоя сверх номинального разделяется на несколько ступеней (участков), например Ъ„ (3 см);

bz (6 см); 1тз (9 см); Ь (12 см) и

1 5 1т (1 5 см) е Этим уровням соответствуют разные значения длительИ1 И2 ИЗ и4 и и, соответствейно, количества импульсов на выходе дешифратора, (например, М1 = 40, М = 48, M з 55 М

= 60, M< = 64) . Выходы дешифратора условно пронумерованы по ступеням 35 высоты. Допустим, при длительности импульса 0 < 4 на вход счетчиИЯ

69 ка 21 импульсов подается М 50 имтек пульсов, тогда на первом (М 40) и втором (М = 48) выходах дешифратора появляется потенциал, который переводит первый 23„ и второй 23 триггеры в единичное состояние. При этом единичный сигнал на выходе второго триггера 23 через элемент

ИЛИ 24 переводит первый триггер в нулевое состояние, так как на втором выходе блока 13 корректировки значения оптического показателя появляется сигнал разрешения, который подается на четвертый вход блока умножения, и при появлении на третьем входе блока 11 умножения сигнала разрешения в блоке 11 происходит умножение оптического показателя 4 на коэффициент корректировки К

Аналогично работает блок корректировки значения оптического показателя при других значениях высоты как в прямом, так и в обратном направлениях.

Предлагаемый влагомер по сравне-, нию с прототипом (серийно выпускаемый влагомер ВИК-1) обеспечивает возможность измерения влажности движущихся сыпучих материалов с неравномерной поверхностью. В среднем в

1 7 раза повышается точность измерения влажности за счет корректировки значения оптического показателя, функционально связанного с влажностью, по изменению высоты насыпного материала.

Puz.1

1116369

1116369

1116369 ние

27 нуе

28

Составитель А.Чурбаков .

Редактор М.Петрова Техред Ж.Кастелевич Корректор M.Ëåì÷èê

Заказ 6923/36 Тираж 522 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал 1П!П "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4