Устройство для измерения уровня сыпучих материалов

Союз Советсеа Сфцналмстицасиия Респубямя) Приоритет -Гщ,яефетеепнФ вел СССР ее яаяви щебратевва в етквапвв. 82 (088,8) ня 25. 06. 7 ата опубликования опи 72) Авторы изобретения(71) Заявитель Куйбышевский политехнический институт им, В. В. Куйбьлцев 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВИзобретение относится к фотоэлектрическиМ уровнемерам и может найти применение для измерения уровня сыпучих материалов.Известны фотоэлектрические уровнемеры, содержащие оптическое устройство, расположенное над уровнем контролируемого материала, при этом оптическое устройство выполнено в виде камеры-обскуры с экраном, на котором в ряд закреплены светочувствительные элементы 1) .Этим уровнемерам свойственны низкая точность, узкий диапазон измерения и ограниченная обдаст применения.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для электро- оптического измередия расстояний, которое содержит передатчик, излучающий пучок модули 35 роваиного света, оптическую систему и фотоприемиик; в котором свет, отраженный от контролируемой поверхности, сравнивается по фазе с иэлучеийым (2). Это устройство имеет высокую точиост измерения, однако, оно может быть ис. польэоваио для локации контролируемой поверхности с дистанцией не ближе 20 м, что обусловлено малым временем прохождения световыми лучами указанных расстоянии и сложностью алпературной реализации подобных устройств, предназначенных для локации на более коротких дистанциях, Кроме того, известное устройство не позволяет измерять углы наклона контролируемой поверхности.Целью изобретения является расширение диапазона измерения, повышение точности и одновременное измерение углов наклона нонтролиру. емой поверхности.Достигается это тем, что устройство снабже но дополнительной оптической системой, которая вместе с первой формирует на своем выходе три плоских веерообразных световых луча, образующих между собой известные углы, двумя ск нисторами, установленными в фокальной плоскости объектива фотоприемника параллельно друг другу и симметрично относительно плоскости,проходящей через оптическую ось и перпендикулярной к световым лучам, двумя блоками выделе ния видеосигналов, блоком измерения временных интервалов, кодирующим устройством, вычислительным устройством и регистрирующим устройством, при этом каждый из сканисторов669202 3через блок выделения видеосигнала подсоединенк соответствующим входам блока измерения временных интервалов, выход которого подключенк последовательно соединенным кодирующему,вычислительному и регистрирующему устройстбв ам.На фиг. 1 представлена блок - схема предлагаемого фотоэлектрического устройства для одновременного измерения уровня и углов наклона поверхности сыпучих материалов; на фиг,2 - 1 осхема фотоприемника; на фиг,3 - схема опти,ческой системы; фиг. 4, 5, 6, 7 - иллюстрируютработу фотоэлектрического устройства,Устройство содержит источник света 1, опти"ческую систему 2, которая формирует три плос.ких веерообразных световых луча 3, образую 1 цихмежду собой известные углы а, фотоприемцик 4,а также блоки 5 и б вьщеления видеосигналов,блок 7 измерения временных интервалов, кади.рующее устройство 8, вычислительное устройство 209 и регистрирующее устройство 10.Система 2 и фотоприемник 4 расположены та:ким образом, что их оптические оси лежат в ллоскости, перпендикулярной плоскости горизонта исветовым лучам 3.Фотоприемник 4 (см, фиг, ) образован двумя позиционно - чувствительными фотоприбора11ми 11 и 11, например С 1 санисторами, которыеразмещены в фокальной йлоскости объектива;фотоприемника 4 параллельно друг другу и симметрично относительно плоскости, проходящейчерез оптическую ось и перпендкулярно 11 к воерообразным световым лучам 3.ббСканисторы 11 и 11 через блоки выделения видеосигналов 5 и 6 соединены с последо звательно включенными блоком 7 измерения временных интервалов, кодирующим 8, вьлислительным 9 и регистрирующим 10 устройствами.Поверх сканисторов 11 и 11 установленыббоптические нланшайбы 12 и 12 бб, которые выполнены из тонких стеклянных волокон, расположенных перпендикулярно к их поверхностям.Вследствие того, что свет в планшайбе распространяется вдоль отдельных волокон, она обладает свойством однозначно передавать изображение с одной своей поверхности на другуто. План.шайбы 12 и 12 уменьшают "фоновую засвет 1 б 1 беку сканисторов 11 и 11 и повышают контрастизображения световых следов.Оптическая система 2 содержит последовательно расположенные конденсор 13, два оптических клина 14, три цилиндрические линзы 15 -7 с апертурными диафрагмами 18, Клинья 1,4расположены в плоскости перпендикулярной коптической оси конденсора 13, симметричноотносительной этой оси таким Образом, что расстояние между их Вершинами, которые обраще.ны друг к другу, составляет 0,2 - 0,3 диаметраконденсора 13, Оптические оси цилиндрических 4линз 15 и 16 располОжены В ОДКОЙ плОскОсти с оптической осью цилиндрической линзы 17, совпадающеЙ с осью конденсора 13, и образуют с ней 1 равнь 1 е углы оФотоэлектрическое устройство для измеро. ния уровня сыпучих материалов работает еле. дующим образом.Световые лучи 3 попадают на поверхность материала 19, уровень которого измеряют, образуя бри узкие световые полосы - следы 20 (см., фиг. 4). При углах наклона поверхности материала равных нулю, световые следы 20 пред. ставляют собой равноотстоящие прямые, лежашре в плоскости ХОЕ, При наличии углов а и 7 на клока поверхности материала относительно осей ОХ и ОЕ, соответственно,. параллельность следов 20, а также их изображений 20 нарушается, измеряются также и расстояки 6. и 2 (см.фиг. 5).1 б 1 зменение уровня Н конбролируемого материала вецет к изменению положения изображения слобб дов на скаептсторах 11 и 11, Фиг, 6 иллюстрирует изменение положения ЯМ следа сред. него луча 11 а скае 1 исторех 11, 11 В 33 Висимообб ти от уровня Н материала 19 (точки ггг 1 ).Под действием света на сканисторах 11 и бб11 создается рельеф возбуждения светом и разделенных р-и переходами неосновных носителей заряда, При сканировании, которое происходит путем изменения пилообразного напряжения, приложенного к сканистору от О до Е (схема пита- ния на чертеже не показала), сканирующая гра 1 пща благодаря нелинейным свойствам р=и пере ходов имеет Н-апертуру. Видеосигнал, отражающий распределение освещенности на сканисторах 11 и 11 С 1 имается с соответствующих блолков выделения видеосигнала 5 и б и подается в блок 7 измерения временных интервалов.На фиг, 7 (а, б) представлены осциллограммы видеосигнала со сканисторов 11 и 11 приЕ бб отсутствии углов наклона Ое=О, 7=0) контролируемой поверхности сыпучего материала на фиг. 7 ( в, г) - прн наличии углов наклона (Г-СО, .7 ФО), Как видно из фиг. 7 информацию об уровне Н материала в бункере и углахУ и 7 наклона егО поверхности содержат интерВалы времени т. Наличие угла 1 б наклона поверхности мате. риала (относительно оси ОХ) приводит к изме. нению соотношения интервалов времени т, и т между видеоимпульсами с каждого из сканисто. ров 11, а наличие угла 7 (относительно оси ОЕ) приводит к неравенству соответствующих времен. ных интервалов между видеоимпульсами со скависторов 11 и 11 ", т. е. т 1 Ф т 1"и т 2 Ф т 2", Из пОдОбия треуголып 1 КОВ Й 1 О 1 О 2 и ЬО 2 Р 1 2 (см, фиг. 6) следует, что расстояние ь 2 от цен 1- ра О, оптической системы 2 до поврехности контролируемого материала связано с положением669202 г б ф"где К - расстояние между оптическими осями5системы 2 и фотоприемника 4;1 - фокусное расстояние оптической системы фотоприемника 4;- временной интервал между началом отсчета и вторым видеоимпульсом;У - скорость сканирования;1, 2, 3 . и.Тогда уровень Н контролируемого матери ала определяется выражениемН=, - К т(т Ч (2)где Ь, - расстояние от центра О, оптическойсистемы 2 до нижней отметки (точкиг уровня.Световой след на плоскости Х 02 в системекоординат ХУЕ определяется уравнением26 С 5 ЯР-х(соЯT( 6 Я 5(пУс 05- - (51 ПЧ-(Е со 5 Ч со 5) =о (3)Данное уравнение описывает все три световые плоскости 3, если положить,Е = +а, Е =О и 25Г =-а, соответственно, а уФ гдето - угол между световой плоскостью и осью ОУ,1 ьДля получения координат хх, х х хх, точек пересечения световых плоскостей 3 сосканисторами 11 и 11 в уравнение (3) необхо- зодимо представить значения а = +д:Ь ф 1 пч-ЦАсобЧ созе-И сс( 3/ОХ -РсоЮЧ+6 р 51 пУ со 5 у я 2 15 20 де Сгй-А )+") от же знак, что и величитот же знак, что и величи угол ч имеетугол ( имеет на А,на С. Описываемое устроиство позволяет одновременно измерять уровень и углы наклона поверхности сыпучих материалов во взрывоопасныхсредах с высокой точностью и большом динамическом диапазоне, не чувствительно к изменениюдавления, температуры, влажности и газовогосостава в зоне измерений; измерительную информацию получают в виде временных интерваловмежду видеоимпульсами, которые легко преоб.разуются в цифровой код для ввода в вычисли.тельное устройство,Кроме того, временные интервалы между им 5пульсами, мало зависят от параметров самих им.пульсов (амплитуды, длительности и крутизныфронтов), что обеспечивает высокую точностьизмерений. созу )-с 1 1 ПЧ(. б( Ю581 светового следа на сканисторе соотноше. нием д 6(.5(п 1 1(5(пЧЦ ео 5 Ч со Со 5 Ч(-Ьр 51 ПЧ Со 5 5со 5 ЧЯПЧсо 5,)(( Ц //Расстояния Ьх Ьха, Ьх Ьх мГ ( ( б( И Фками х( и х, х и хз, х( и хг, х иветственно, связаны с временными и видеоимпульсами соотношениямт =дк,/Ч С учетом выражения (4) выражение (5) имьет вид 1(1 бСИ со 5 Л + бт СО 5 Ч 5 Ю Э) Ч совЧ(соаЧ фбс МпЧ- тв р)х61 с(Ь (овф+д й(5 ч 90,1) ч(б со 51(со 5 ъ б 6 мпч со 5 э)А(Ь сои -д со 5 У 5(п 3 ) У,-С 05 у 1 Сю 5 Ч-Ц 4. 5(ПЧ со 31)6 А.(Аг со 51 -д со 5 Ч 5(п Э ) Ч 1 б сПЧ(со 5 Ч Ьр 5(пЧсо 52) Решение системы (6) дает следующие формулы для расчета углов наклона ч и т поверх. ности контролируемого материалаФормула изобретения Устройство для измерения уровня сыпучих материалов, содержащее источник светового излучения, оптическую систему и фотоприемник, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерения, повышения точности и од новременного измерения углов наклона контро. лируемой поверхности, оно снабжено дополнительной оптической системои, которая вместе с первой формирует на своем выходе три плоских веерообразных световых луча, образующих между собой известные углы, двумя сканисто. рамн, установленными в фокальной плоскости обьектнва фотоприемника параллельно друг другу и симметрично относительно плоскости, проходящей через оптическую ось и перпендикуляр 8ной световым лучам, двумя блоками выдель ния видеосигналов, блоком измерения временньзх интервалов, кодирующим устройством, вычислительным устроиством и регистрирующим устройством, при этом каждый из сканисторов через блок вьщеления видеосигнала подсоединен к со .ответствующим входам блока измерения временных интервалов, выход которого подключен к последовательно соединенным кодирующему, вы числительному и регистрирующему устройствам. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Нф 295988,15 кл. 6 01 Г 23/22, 1969. 2. Авторское свидетельство СССР й 233227, кл. 6 О 1 С, 1968,669202 А. Афониндрейко Состав и тел Техред О,едактор Е, Гонч каз 3645 а/32 одписноета СССР коми ткрытииушская наб., д, 4/5 лнал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная Тираж 865 ЦНИИПИ Государствен по делам изобрете 133035, Москва, Ж - 35