Частотно-импульсный измеритель влажности

 

Применение: технологические процессы в строительной, деревообрабатывающей и пищевой отраслях промышленности. Сущность изобретения: частотно-импульсный измеритель влажности содержит составной светофильтр 3, неподвижно зафиксированный между симметричным световодом 2 и двумя фотопреобразователями 4 и 5, соединенными с двумя усилителями фототока 6 и 8 соответственно, коммутатор 9, управляемый одновибратором 12, интегратор 7, подключенный неинвертирующим входом непосредственно к одному усилителю фототока 6, инвертирующим входом - к другому усилителю фототока 8 через коммутатор 9, а выходом - к одному входу компаратора 10, другой вход которого соединен с источником опорного напряжения 11, а выход - с одновибратором. 2 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам для измерения влажности твердых, сыпучих, жидких и газообразных веществ, и может быть применено в промышленности строительных материалов, пищевой, горнодобывающей и деревообрабатывающей отраслях промышленности.

Известны двухволновые инфракрасные влагомеры, принцип действия которых основан на сравнительном измерении отражательной способности контролируемого продукта на двух длинах волн ИК-диапазона, из которых λ₁ 1,95 мкм соответствует интенсивной абсорбции воды, а λ₂ 1,75 мкм слабой абсорбции. Для измерения соотношения двух отраженных сигналов применена схема потенциометрического деления и фазочувствительная схема, нагруженная двигателем, ось которого кинематически связана с потенциометром, выполняющим роль нуль-органа. Влажность регистрируется по шкале амперметра (Е.С. Кричевский, А.Г. Волченко, С.С. Галушкин. Контроль влажности твердых и сыпучих материалов. М. Энергоатомиздат, 1987, с. 53). Эти ИК-влагомеры имеют общий недостаток: ограниченная точность измерения влажности материалов из-за наличия двигателя и стрелочного индикатора.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является двухволновый влагомер (М. Мухитдинов, Э.С.Мусаев. Оптические методы и устройства контроля влажности. М. Энергоатомиздат, 1986, с. 27), содержащий модулятор с двумя светофильтрами, приводимый синхронным двигателем. Отраженные от обоих потоков доли излучения фокусируются на светочувствительную поверхность фотоприемника, сигнал которого усиливается предварительным усилителем. Электронный переключатель разделяет сигналы от опорного и измерительного потоков, которые поступают на два усилителя с регулируемыми коэффициентами усиления, выпрямители, оконечный усилитель и регистрирующий прибор. В устройстве также имеются переключатель рода работ и блок автоматического регулирования.

Данное измерительное устройство имеет низкий технический уровень, обусловленный невысокой точностью измерения, поскольку измерительное устройство содержит синхронный двигатель, выпрямители с блоком автоматической регулировки усиления и стрелочный индикатор, регистрирующий результат измерения влажности в аналоговой форме. При применении измерительного устройства с аналоговой схемой обработки информации в составе автоматизированной системы управления технологическим процессом необходим аналого-цифровой преобразователь, который является источником дополнительной погрешности. Кроме того, при передаче аналоговой информации от измерителя к ЭВМ в канале передачи данных возникает дополнительная погрешность.

В связи с этим важнейшей задачей является создание измерителя влажности, не содержащего синхронный двигатель, электрические запоминающие элементы, блок автоматической регулировки усиления и стрелочные индикаторы и имеющего в качестве выходного информативного параметра частоту следования импульсов для передачи без потерь на большие расстояния с дальнейшим преобразованием в цифровой код.

Техническим результатом заявленного дискретного измерителя влажности является повышение точности измерения и удобства пользования этим измерительным устройством, поскольку результат измерения представлен в цифровом коде. Наличие цифрового выхода у измерительного устройства позволяет использовать его в составе автоматизированных систем управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности.

Указанный технический результат достигается тем, что частотно-импульсный измеритель влажности, содержащий два светофильтра, фотопреобразователь с усилителем фототока, коммутатор, снабжен вторым фотопреобразователем и вторым усилителем фототока, интегратором, компаратором, источником опорного напряжения и одновибратором, выходы фотопреобразователей опорного и измерительного каналов соединены с входами соответствующих усилителей фототока, выход одного из которых подключен через коммутатор, управляемый одновибратором, к инвертирующему входу интегратора, а выход второго усилителя фототока непосредственно подключен к неинвертирующему входу интегратора, выход которого соединен с первым входом компаратора, а его второй вход соединен с источником опорного напряжения, вход компаратора подключен к одновибратору.

Указанное отличие позволяет повысить точность измерения влажности, поскольку в частотно-импульсном измерителе влажности применен принцип частотно-импульсного развертывающего преобразователя, в результате которого частота следования импульсов пропорциональна влажности контролируемого вещества. Эта последовательность импульсов может передаваться на большие расстояния как по проводным линиям, так и по радиоканалам передачи данных, а затем преобразовываться в код без потерь информации непосредственно в ЭВМ.

Приведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного решения, позволило установить, что заявителями не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого решения по совокупности признаков, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому решению отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию "изобретательского уровня" заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение для специалиста не следует явным образом из известного уровня техники.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображена блок-схема частотно-импульсного измерителя влажности; на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие работу прибора.

Между исследуемым объектом и двумя фотоприемниками установлены два светофильтра. Оптимальные длины волн опорного и измерительного каналов определены по спектральным характеристикам и составляют 1,9 мкм (измерительная) и 1,7 мкм (опорная).

Излучение, отраженное от поверхности контролируемого объекта 1, через симметричный световод 2 и составной светофильтр 3 фокусируется на светочувствительные поверхности фотоприемников 4 и 5. К усилителю фототока 6, соединенному с фотоприемником 4, подключен неинвертирующий вход интегратора 7, а к усилителю фототока 8, соединенному с фотоприемником 5, подключен одним входом коммутатор 9, выход которого подключен к инвертирующему входу интегратора 7. Выход интегратора 7 соединен с первым входом компаратора 10, к второму входу которого подключен источник опорного напряжения 11. Выход компаратора 10 подключен к входу одновибратора 12, выход которого соединен с другим входом коммутатора 9.

При работе измерителя влажности на фотоприемники 4 и 5 одновременно попадают отраженные от поверхности контролируемого объекта 1 и прошедшие по световоду 2 через составной светофильтр 3 потоки измерительной и опорной длин волн. Сигналы от потоков измерительного и опорного каналов с выхода фотоприемников 4 и 5 подаются на усилители фототока 6 и 8 соответственно. Сигнал измерительного канала меньше. Сигнал измерительного канала с выхода усилителя фототока 6 непосредственно подается на неинвертирующий вход интегратора 7, на выходе интегратора появляется линейно изменяющееся напряжение с положительной производной, фиг. 2, диаграмма 13, которое поступает на один вход компаратора 10, а на другой его вход подается постоянное пороговое напряжение от источника опорного напряжения 11. В момент t₂ срабатывания компаратора 10 на его выходе появляется импульс, фиг. 2, диаграмма 14, который запускает одновибратор 12, формирующий импульс стабильной длительности T₀ t₂ t₃, который открывает коммутатор 9. Сигнал опорного канала с выхода усилителя фототока 8 через коммутатор 9 подается на инвертирующий вход интегратора 7 только в течение интервала времени T₀, таким образом на двух входах интегратора 7 действует разность напряжений измерительного и опорного каналов. Так как напряжение опорного канала больше измерительного, то на выходе интегратора 7 появляется линейно изменяющееся напряжение с отрицательной производной, фиг. 2, диаграмма 13. По истечении времени T₀ в момент t₁ коммутатор 9 закрывается, на вход интегратора 7 вновь поступает только напряжение измерительного канала и цикл повторяется, фиг. 2, диаграмма 13. Частота следования импульсов на выходе компаратора пропорциональна отношению световых потоков измерительного и опорного каналов.

Период повторения импульсов на выходе компаратора определяется следующими соотношениями: откуда U_x(t₃-t₁) U₀(t₃-t₂), где T_x период последовательности импульсов на выходе компаратора, пропорциональный информативному параметру влажности; T₀ длительность стабильного импульса; U₀ напряжение потока опорной длины волны; U_x напряжение потока измерительной длины волны.

Результат измерения влажности может быть непосредственно введен в ЭВМ без дополнительного аналого-цифрового преобразования.

Применение данного частотно-импульсного измерителя влажности позволяет повысить точность измерения.

Таким образом, вышеизложенное свидетельствует о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности: частотно-импульсный измеритель влажности, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, предназначен для использования в различных технологических процессах;
для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления в соответствии с описанием и прилагаемыми чертежами;
частотно-импульсный измеритель влажности, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость".

Формула изобретения

Частотно-импульсный измеритель влажности, содержащий два светофильтра, фотопреобразователь с усилителем фототока, коммутатор, отличающийся тем, что он снабжен вторым фотопреобразователем и вторым усилителем фототока, интегратором, компаратором, источником опорного напряжения и одновибратором, выходы фотопреобразователей опорного и измерительного каналов соединены с входами соответствующих усилителей фототока, выход одного из которых подключен через коммутатор, управляемый одновибратором, к инвертирующему входу интегратора, а выход второго усилителя фототока непосредственно подключен к неинвертирующему входу интегратора, выход которого соединен с первым входом компаратора, а его второй вход соединен с источником опорного напряжения, выход компаратора подключен к одновибратору.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2