Фотоэлектрический измерительпараметров бумажного полотна

Фотоэлектрический измерительпараметров бумажного полотна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И C А Н И E < 805147

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнн

Соцнкалчстмческнн

Республик (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 09.10.78 (2() 2671630/18-25 (5) ) Щ. Кд

G 01 Й 21/86 с присоединением зачвки М (23) Приоритет

Гееударстввньй коднтет

СССР

IIo ленки нза4рвтюннй н вткрытнй

Опубликовано 15.02.81. Бюллетень М 6

Дата опубликования описания. 15.02.81 (53) УД К543.422 т

:535,242 (088.8 ) П. П. Бахарев, В. М. Гпадаревский, Г. и В. A. Чуперов (72) . Авторы изобретения

Украинское научно-производственное о цеппюпозно-бумажной промышленности (71) Заявитель

f54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ БУМАЖНОГО ПОЛОТНА

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено дпя измере» ния параметров технологических процессов, например, концентрации минерального напопнитепя, массы квадратного метра поиотна, впажности и т.д, S

Известно устройство дпя контроля параметров бумажного полотна, содержащее источник излучения, модуляционный диск с фильтрами, фотодетектор с блоком питания, усилитель, функционапьный преоЬра10 зоватепь, коммутатор и регистратор (1).

Наиболее близким техническим решением к цредлагаемому является фотоэлектрический иэмеритепь параметров бумажного

15 полотна, содержащий последовательно уста« новпенные источник излучения, модуляционный диск с фильтрами, фотодетектор с блоком литания, усипитепь, коммутатор, 20 к выходам которого подключены функциональные преобразователи измерительного и опорного сигналов, блок обработки сигналов и регистратор (2).

Недостатком данного устройства явля- . ется погрешность, связанная с изменением температуры и временного старения фоторезистора. Сигнал эталонного канала зависит от измеряемых параметров бумажного полотна, изменения температуры и старения фотореэисторов. При измерении в технологических процессах химической технологии подобные устройства необходимо термостатировать, чтобы устранить влияние температуры, но при этом значи- тельно падает чувствительность.

11ель изобретения - повышение точности.

Поставленная цепь достигается тем, что я известный фотоэлектрический измеритель параметров бумажного полотна дополнительно введены последовательно включенные второй функциональный преоб рлзователь опорного сигнала, блок изме.ения погрешности и блок коррекции, а также дополнитепьный блок питания с коммутатором, связанный с фотодетектором, причем входы блока коррекции связаны с тельного устройства 21, выход которого связан со входами ключа 22, детекторов

23 и 24 полярности, Выход детектора

23 полярности черве усилитель 25 и триггер 26 Шмидте сааван со вторым входом ключа 22, а выход детектора 24 полярности связан со входом триггера 6 Шмидта.

Схема 13 блока коррекции вкйючает два делительных устройства 27 и 28, два сумматора 28 и ЗО, источник 31 опорного .напряжения, . Фотоэлектрический измеритель параметров бумажного полотна работает следующим образом.

Модуляционный диск 2 с интерференционнымы фильтрами вырезает из потока

ИК-излучения источника два потока, которые отличаются длиной волны. Интенсивность ИК-излучении измерительного потока поглощается при наличии контролируемого свойства (концентрации наполнителя в бумажном полотне), интенсивность

ИК-излучения опорного потока слабо зависит от измеряемого свойства. для повышения 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 схемотехническим решением. В качестве фотоэлектри ческого детектора применяется фотосопро тивление, но можно также применить фо тодиод в диодном включении, фотоэлемент.

Для получения сигнала коррекции ис пользуется .следующее физическое свойст

Коэффициент преобразования фоторезис тора зависит от светочувствительного ма териала, конструкции и от приложенного напряжения. Выберем для фоторезисторе. напряжение питания, например U . При этом величина коэффициента преобразове ния ИК-излучения в фототок фотореэист@ ра будет К . Изменение температуры Т а также временные изменения параметров светочувствительного материала вызовут иэменэние коэффициента преобраэовайия фотореэистора на величину Ь Х„.Тогда на пряжение измерительного канала будет описываться уравнением ц„=(к,+ дк, ж„, где. сОо - величина светового потока, зависящая от измеряемого параметра, дли ны волны излучения, З - дР8147 выходами функциональных преобразовате лей измерительного и опорного сигнале, а выходы - с блоком 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.

На фиг.1 представлена структурная . щ ,схема фотоэлектрического измерителя параметров бумажного полотна; иа фиг. 2схема реализации блока измерения погрешности и блока коррекции.

Устройство содержит источник 1 нэпу-, 15 чехия, модуляционный диск с фильтрами 2,, фотодетектор 3 и усилитель 4, соединенные последовательно, коммутаторы 5 и 6, блоки 7 и, S питания фотодетектора, подключенные к фотодетектору 3 через комму- zo татор 5, функциональные преобразователи

9 и 10.измерительного. и опорного сигналов, второй функциональный преобразователь 11 опорного сигнала, подключенные входамп через коммутатор 6 к выходу уси- z5 лителя 4, блок 12 измерения погрешности, блок 13 коррекции, блок 14 обработки сигналов, регистрирующее устройство 18, 1 соединенные между собой последовательно, а входы блока 13 коррекции связаны с выходами функциональных преобразова тепей 9 и 10 измерительного и опорного сигналов.

Выход второго функционального преоб разователя 11 опорного сигнала связан

35 с,одним из входов блока 12 измерения погрешности (фиг. 2), Возможная схема реализации блока 12 измерения погрешности содержит масштабный преобразова- во фоторезистора. тель 16, схемы 17 и 18 сравнения, мас-

40 штабные преобразователи 19 и 20, дели- ., тельное устройство 21, .ключ 22, детекторы 23 и 24 полярности, усилитель 25, триггер 26 Шмидта. Вход масштабного преобразователя 16 соединен с выходом второго функционального преобразователя

1l опорного сигнала, а выход подключен к схеме 18 сравнения, второй вход кото-, рой связан с выходом масштабного преобразователя 19, соединенного входом с выходом функционального лреобраэователя

1О опорного сигнала. Входы схемы 17 сравнения подключены один к выходу вто рого функционального преобразователя 11 опорного сигнала, второй к выходу мас» штабного преобразователя 2Q вход кото-. 55 . рого соединен с выходом функционального преобразователя 10. Выходы схем 17 и

18 сравнения связаны со входами делиS 8

Напряжение опорного канала описывается уравнением

»2 . 1 . 1 Ог) где Ф - величина светового потоВа, слабо зависящая от измеряемого параметра, зависящая от длины волны опорного излучения.

С помощью схемы синхронизации можно сделать так, что при одном обороте модуляционного диска, когда работает опорный канал, на фоторезистор подается выбранное напряжение питания U1, При следу1ощем обороте модуляционного диска, когда работает опорный канал, на фоторезистор подается напряжение питания 0, Затем цикл повторяется. При питании U коэффициент преобразования ИК-излучения в фототок будет уже другой по величине и равен К 2 .,Таким образом можно получить при питании 0 также линейную зависимость фототока от освещенности.

Напряжение дополнительного опорного канала при питании U> будет описываться уравнением И " г+ а < от . где (Р0г- величина опорноГо светового потока, т.е.

012 021

К„+аК т+ "г

Изменения коэффициентов преобразования

К» и К 2 приблиэительно пропорциональны, т.е.

6К

» И ьК, =" где И - коэффициент пропорциональности.

Решая уравнения, получим где

А =

И

Таким образом, построив устройство с двумя опорными каналами, можно выделить величину нестабильности и К» фото резистора и перед обработкой сигналов измерительного и опорного канала для получения величины контролируемого параметра ввести коррекцию в каждый канал.

ИК-излучение источника 1 через бу» . мажное полотно и модуляционный диск с фильтрами 2 поступает на детектор 3.

На нагрузке детектора 3 поочередно вы деляются сигналы, пропорциональные ам08147 6 плитудам длин волн измернтельного и опорного фильтров JIpH напряжении питания фотореэистора раьцом U» ° Сигналы пролор» циональныв,.амплитуде длины волны опорного фильтра при питании фоторезистора

О выделяются таким образом. При од ном обороте модуляционного диска при прохождении ИК-излучеция через опорный фильтр подается питание на фотореэистор.

10 О» а,. при втором:-обороте диска подается питание 0<,,при этом работает только опорный фильтр. Синхронизация сделана так, что при любом обороте диска 2, когда излучение проходит измерительный фильтр, на фоторезистор подается только питание У» .

Сигналы с выхода детектора 3 усиливаются усилителем 4, и коммутатором 6

20 . разделяются на три канала. На выходе функционального преобразователя 9 формируется сигнал И, пропорциональный из1 ме ряемом у свойству„на выходе преобразователя 10 - сигнал И12,который явля2$ ется опорным для измерительного с cнала ю °

На выходе преобразователя -11 формируется сигнал 02, который является дополнительным сигналом для опорногс канала, полученным при напряжении питания фото30 резистора U2. 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 реалиЗ5 зован алгоритм (8), но могут быть и дру гие алгоритмы, зависящие от конкретных THIIoB фоторезисторов, их линейности и т.д. Напряжение измерительного канала с преобразователя 9 поступает на первый

40 вход блока 13 коррекции, на второй вход которого поступает напряжение опорного канала с преобразователя 10. В блок 13 коррекции также поступает напряжение, пропорциональное погрешности блока 12, м5 на величину которого необходимо скорректировать измерительный и опорный сигнал. Скорректированные напряжения с бло ка 13 поступают в блок 14 обработки, где обрабатываются по алгоритму, соот 0 ветствующему измерению данного параметра. По предлагаемой структурной схеме можно построить ряд фотоэлектрических измерителей параметров бумажного полотна. Для каждого конкретного параметра, например концентрации наполнителя массы квадратного метра, влажности, выбирают интерференционный фильтр для измерительного канала с требуемой длиной волны и изменяют алгоритм обработ147 8 41 9<+«q) с о1

К + 6 К К 1-d Kq

25

30 ством 15.

° 0

Ф ормуиа изобретения ч SOS ки в блоке 14 в зависимости от конкрет. ного параметра.

Приведенная схема реализации блока коррекции (фиг. 2) работает спедующим образом.

Напряжение Уц функционального преобразователя 11 поступает на мвсштабный преобразователь 16, выходное напряжение которого пропорционально U> К,На- 1 пряжение Ц2 преобразователя 10 поступает на вход масштабных преобразователей 1 9 и 20. На выходе преобразователя 19 напряжение пропорционально К у2, а на выходе 20 -)<01> „Напряжения с преобразователей 16 и 19 поступают на первый и второй вход схемы 18 бривйеРйя, Напряжение с выхода схемы 18 сравнения, пропорциональное вепичине (U2 > К q- "2)> поступает на первый вход депитепьного устройства 21, Напряжения с выходов преобразователей 11 и 26 поступвкя нв первый и второй вход схемы 17 сравнения, выходное напряжение которой подается на второй вход целительного устройства 21. На выходе 21 формируется напряжение, пропорциональное погрешности коэффициента преобразования фоторезисторв, которое поступает на вход ключа 22. Это вызвапо следующим обстоятельством, ИКизлучение,регистрируемое фоторезнстором„ носит в какой-то мере статистический характер, определяемый статистическим характером колебаний параметров бумажного полотна. Поэтому при неизменном коэффициенте преобразоввния фоторезистора, учиФ тывая вышеуказанный факт, нельзя получитьЙК =О, хотя и будет достаточно мапой величиной. При атом коррекция измерительного и опорного сигналов может привести к уменьшению устойчивости устройства и даже появлению колеба п й. На» пряжение погрешности с блока 21 поступает также на блохи 23 и 24, которые являются детекторами полярности. Когда

d К положительно, то через детектор

24 оно поступает на вход триггера 26

Шмидта. При, отрица1ельном д К срабатывает детектор 23 и усипитеаь 25 йпвефтирует Дj(которое затем также постуl пает на вход триггера Шмидта. Когда

Й К превышает некоторую пороговую вели1 чину, которая больше уровня статистичес) ких фпуктуаций, срабатывает триггер 26 и открывает при этом ключ 22. Напряжение, пропорциональное погрешности ко эффициента преобразования фотореэистора поступает на вход блока 13 коррекции.

Напряжение измерительного канапа с пре обрвзоввателя О поступает на первый вход делительного устройства 27. Напряжение опорного канала с преобразователя 10 поступает также нв первый вход целитель ного устройства 28. Нв вторые входы устройств 27 и 28 нагружены выходы сумматоров 29 и 30 соответственно. На первые входы сумматоров 29 и 30 поступает опорное напряжение. источника

31, которое в опредеаенном масштабе со0 ответствует коаффициенту 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 величине Щ .

Таким образом, .на выходе делительно-

4 4 го устройства 27 формируется напряжение равное ютношению

На выходе делительного устройства 28 формируется напряжение равное отношению

О 2 (К,+ вК, ) 4 О2

4+ К4

Сигналы с выхода делительных устройств

27 и 28 поступают на вход блока 14 обработки измерительных сигналов, где в соответствии с алгоритмом данного измерения обрабатываются, а результат обработки фиксируется регистрирующим устройПредлагаемое изобретение значительно увеличивает, точность эа счет компенсации влияния температуры и старения на коэффициент преобразования фоторезистора.

Это позволяет отказаться от термостабилизации датчиков, которая применяется в технологических процессах в химической технологии и вызывает усложнение конструкции, а главное, резкое снижение чувствительности чодобных датчиков.

Фотоэлектрический измеритель параметров бумажного полотна, содерхещий последовательно установленные источник излучеиия, модуцяционный диск с фвтьтрами, фотодетектор с блоком питания, усилитель, коммутатор, к выходам которого подключены функциональные преобразователи измерительного и опорного сигналов, блок обработки сигналов и регистратор, о т и иB 805147 10 .ч а ю шийся тем, что, с целью. по- опорного сигнала через коммутатор свявышения точности, в нега дополнительно зан с выходом усилителя, а второй вход введены последовательно включенные вто- блока измерения погрешности связан с вырой функциональный преобразователь опор- ходом функционального преобразователя ного сигнала, блок измерения погрешнос- S опорного сигнала. ти и блок коррекции, а та же дополнительный блок питания с коммутатором, связан- Источни и и фор сточники информации, ный с фотодетектором, причем входы блока коррекции связаны с выходами функци« еликобритании опальных преобразователей измеритепьно- >а Ж 1373807, кл. G ny к Й 1А о блик. 1976. го и опорного сигналов, а выходы - с бло- 2. Патент США И 3

2 Патент США N 3551678, ком обработки сигналов, вход дополнитель- кл. 6 01 И 21/00, опублик. 1977 (проного функционального преобразователя тотип).

Составитель А, Чурбаков

Редактор М. Келемеш Техред М.Гопника Ко екто Н. Бабинец рр р

Заказ 10868/63 Тираж 918 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам юобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4