Фотометрический дискриминатор

)1 О 01 О 1/04 ТЕ СКРИМИНАптическим использоГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗО К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Северодонецкое производственное объединение "Азот" им. Ленинского комсомолэ(72).Г,Я.Лозинский. М.М,Фалько и Н.П.Усов (56) Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы. Справочное пособие. Л.; Машиностроение, 1976. с. 167,Измерения в промышленности. Справочник. Л.: Металлургия, 1980. с. 496. 54) ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ ДИОР57) Изобретение относится к отометрам и предназначенод Изобретение относится к оптическимфотометрам, действующим по принципусравнения, и предназначено для использования в.качестве чувствительного элементав автоматизированных системах управления, используемых в цеховых условиях, наи ример, для определения качествапродукта, загрязненности стоков и т,д.Известен фотоколориметрический анализатор АФ, содержащий измерительный блок, блок усиления, компрессор,термостат, блок водоподготовки и электронный мост.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату являетсядвухлучевой фотометр с двумя излучателями, включающий два источника света, оптический фильтр, модулятор, две ячейки сосравниваемыми поглотителями света и фотоприемник,вания в качестве чувствительного элемента в автоматизированных системах управления. Цель изобретения - повышение точности и надежности работы дискриминатора. Устройство включает опорную и измерительную лампы накаливания, оптический аттенюатор, измерительную ячейку. блок автоматического регулирования интенсивности света, блок управления, волоконный световод, первый, второй и третий каскады выборки и хранения. потенциометр, источник стабилизированного напряжения, усилитель, вычитатель, мультивибратор, двухсторонний ограничитель, многовходовой фоторезисторный приемник, преобразователь "ток-напряжение". фиксирующую цепочку и детектор, 3 з.п, ф-лы, 5 ил. Недостатком устроиства является необходимость использования в нем кинематических узлов, идентичных излучателей. стабильного фотоприемника. что приводит к снижению точности устройства, Кроме того, устройство не обладает дискриминаторной характеристикой, что затрудняет его использование в качестве чувствительного элемента системы автоматического регулирования технологического процесса,Цель изобретения - повышение точности работы устройства.Цель достигается тем, что в фотометрическое устройство, содержащее опорную и, измерительную лампы накаливания, оптический аттенюатор, измерительную ячейку, установленную на пути излучения измерительной лампы, фотоприемник и выходную клемму, допонительно введены блок управления, блок автоматического регулиро 177852615 30 35 40 45 50 55 вания интенсивности света, соединенный третьим, четвертым и пятым входами соответственно с первым, вторым и третьим выходами блока управления, последовательно соединенные преобразователь ток-напряжение, вход которого подключен к выходу фотоприемника, фиксирующая цепь, детектор, первый элемент выборки-хранения и блок вычитания, выход которого подключен к выходной клемме, волоконный световод, 10 связывающий дополнительный оптический вход фотоприемника, основной оптический вход которого установлен на пути излучения от измерительной ячейки, с оптическим аттенюатором, установленным на пути излучения опорной лампы, последовательно соединенные мультивибратор и двухсторонний ограничитель, выход которого подключен к электрическому входу Фотоприемника, второй и третий элементы 20 выборки-хранения, инвертор, потенциометр, усилитель и источник напряжения, выходом подключенный через потенциометр к другому входу блока вычитания и выходу второго элемента выборки-хранения. один вход которого соединен с выходом детектора, а другой вход подключен к пятому выходу блока управления, одному входу третьего элемента выборки-хранения и шестому входу блока автоматического регулирования интенсивности света, первый и второй оптические входы которого установлены на пути Света, а первый и второй выходы подключены соответственно к йзмерительной и опорной лампам, при этом средний вывод потенциометра через усилитель подключен к другому входу третьего элемента выборки- хранения, выход которого соединен непосредственно с вторым входом и через инвертор - с третьим вхсгдом двусторон него ограничителя, а выход мультивибрэтора подключен к входу блока управления, четвертый выход которого соединен с другим входом первого элемента выборки-хранения.Отличительным признаком изобретения является то, что в него введены блок управления. блок автоматического регулирования интенсивности света, соединенный третьим, четвертым и пятым входами соответственно с первым, вторым и третьим выходами блока управления, последова. тельно соединенные преобразователь токнапряжение, вход которого подключен к выходу фотоприемника, фиксирующая цепь. детектор, первый элемент выборкихранения и блок вычитания, выход которого подключен к выходной клемме, волоконный световод, связывающий дополнительный оптический вход фотоприемника, основной оптический вход которого установлен нэ пути излучения от измерительной ячейки, с оптическим аттенюатором, установленным нэ пути излучения опорной лампы, последовательно соединенные мультивибратор и двухсторонний ограничитель. выход которого подключен к электрическому входу фотоприемника, второй и третий элементы выборки-хранения, инвертор, потенциометр, усилитель и источник напряжения, выходом подключенный через потенциометр к другому входу блока вычитания и выходу второго элемента выборки-хранения, один вход которого соединен с выходом детектора, а другой вход подключен к пятому выходу блока управления. одному входу третьего элемента выборки-хранения и шестому входу блока автоматического регулирования интенсивности света, первый и второй оптические входы которого установлены нэ пути света, а первый и второй выходы подключены соответственно к измерительной и опорной лампам, при этом средний вывод потенциометра через усилитель подключен к другому входу третьего элемента выборки- хранения, выход которого соединен непосредственно с вторым входом и через инвертор - с третьим входом двухстороннего ограничителя, а выход мультивибратора подключен к входу блока управления, четвертый выход которого соединен с другим входом первого элемента выборки-хранения,Другое отличие фотометрического устройства состоит в том, что блок управления его выполнен в виде делителя частоты, вход которого является входом блока управления, двух дифференцирующих цепей, элемента ИЛИ, двух одновибраторов и трех элементов ИЛИ-НЕ, выходы которых являются соответственно третьим, четвертым и пятым выходами блока управления, при этом первый и второй выходы делителя частоты являются соответственно первым и вторым выходами блока управления и подключены соответственно через первую и вторую дифференцирующие цепи, элемент ИЛИ и второй одновибрэтор к одним входам второго и третьего элементов ИЛИ-НЕ, выход второй дифференцирующей цепи подключен через первый одновибратор к одному входу первого элемента ИЛИ-НЕ, другой вход которого соединен с другим входом второго элемента ИЛИ-НЕ и с первым выходом делителя частоты, второй выход которого подключен к другому входу третьего элемента ИЛИ-НЕ.Еще одним отличием фотометрического устройства является то, что блок автоматического регулирования интенсивности све 1778526та содержит два волоконных световода, входы которых являются первым и вторым оптическими входами блока, последовательносоединенные фотоприемник, первый и второй входы которого связаны с соответствующими волоконными световодами,преобразователь ток-напряжение, первыйэлемент выборки-хранения, блок вычитания, корректирующую цепь, усилитель ипервый управляемый источник напряжения, 10выход которого является первым входомблока автоматического регулирования интенсивности света, а второй вход - третьимвходом этого блока, источник стабилизированного напряжения, выходом подключенный к третьему входу фотоприемника,второй элемент выборки-хранения, включенный между выходом преобразователяток-напряжение и другим входом блока вычитания, второй управляемый источник напряжения, вход и выход которого являетсясоответственно четвертым входом и вторымвыходом блока автоматического регулирования интенсивности света, пятым и шестым входами которого являются другиевходы первого и второго элементов выборки-хранения соответственно,На фиг. 1 представлена блок-схемапредлагаемого устройства; на фиг. 2 - блоксхема блока управления; на фиг, 3 - блоксхема блока автоматическогорегулирования интенсивности света.Фотометрическое устройство содержитблок управления 1, блок автоматическогорегулирования интенсивности света 2, измерительную и опорную лампы накаливания 3 и 4 соответственно, измерительнуюячейку 5, фотоприемник 6, установленныйсвоим основным оптическим входомв световой поток измерительной лампы 3 на выходе измерительной ячейки 5, при этом егодополнительный оптический вход введенчерез волоконный световод 7 и оптическийаттенюатор 8 в световой луч опорной лампы4, а электрический вход указанного прием.ника 6 подключенвыходу двухстороннегоограничителя 9, выход фотоприемника 6 через последовательно соединенные преобразователь ток-напряжение 10 ификсирующую цепь 11 подключен к входудетектора 12, первый, второй и третий элементы выборки-хранения 13, 14 и 15 соответственно, причем выход первого иэукаэанных элементов 13 соединен с первым входом блока вычитания 16, выходвторого - 14 - с вторым входом блока вычитания 16 и первым выводом потенциометра17, второй вывод которого подключен к выходу источника напряжения 18, выходтретьего элемента - с вторым входом двухстороннего ограничителя 9 и через инвертирующий каскад 19 - с третьим входом ограничителя 9, мультивибратор 20 и усилитель 21.Блок управления содержит делитель частоты 22 с. первым (прямым) и вторым (инверсным) выходами, первую и вторую дифференцирующие цепи 23, 24, подключенные соответственно к укаэанным выходам и нагруженные на элемент ИЛИ 25, первый и второй одновибраторы 26 и 27, первый из которых подключен к выходу второй дифференцирующей цепи 24, а второй - к выходуэлемента ИЛИ 25, первый, второй и третий элементы ИЛИ-НЕ 28. 29 и 30 соответственно. Первые. входы первого и второго из указанных элементов 28 и 29 соединены с прямым выходом делителя частоты 22 и первым выходом блока, вторые входы этих элементов подключены к выходам первого и второго мультивибраторов 26 и 27 соответственно, а выходы - к третьему и четвертому выходам блока. Первый вход третьего элемента ИЛИ-НЕ 30 соединен с инверсным выходом делителя частоты 22 и вторым выходом блока, второй вход указанного элемента подключен к выходу второго мультивибратора 27, а выход - к пятому выходу блока.Блок автоматического регулирования интенсивности света содержит первый управляемый источник напряжения 31, коммутирующий вход которого соединен с третьим входом блока, а выход - с первым выходом блока: второй управляемый источник напряжения 32, коммутирующий вход которого соединен с четвертым входом блока, волоконные световоды ЗЗ и 34, установленные на первом и втором оптических входах фотоприемника 35, источник стабилизированного напряжения 36, подключенный к электрическому входу указанного приемника 35, преобразователь ток-напряжение 37, установленный на выходе упомянутого приемника .35, первый и второй элементы выборки-хранения 38 и 39 соответственно, Их сигнальные входы подключены к выходу преобразователя ток-напряжение 37, а коммутационные - к пятому и шестому входам блока для первого и второго упомянутых элементов 38 и 39 соответственно. На выходах элементов выборки-хранения 38 и 39 установлен блок вычитания 40, подключенный через последовательно соединенные корректирующую цепь 41 и усилитель 42 к уп равляющему входу первого управляемого источника напряжения 31.;Торец волоконного световода 33 введен в световой луч опорной лампы 4, а торецволоконного световода 34 - в световой лучизмерительной лампы 3 фотометрическогоуст ройства.Устройство работает следующим образом. 5Блок управления 1 формирует и выдаетсо своего первого и второго выходов противофазные импульсы 01 и 02, которые поступают соответственно на третий ичетвертый входы блока автоматического 10регулирования интенсивности света 2, Внем они коммутируют источники питанияизмерительной лампы 3 и опорной лампы 4,установленные на первом и втором выходахуказанного блока регулирования, в реэультате чего лампы поочередно загораются игаснут.В период горения измерительной лампы 3 она облучает измерительную ячейку 5.Прошедший через нее световой поток Фя 20поступает на основной оптический вход фотоприемника б. В следующий интервал времени, когда при обесточеннойизмерительной лампе 3 горит опорная лампа 4, часть ее светового потока Фо, ослабленного оптическим аттенюатором 8,поступает по волоконному световоду 7 надополнительный оптический вход указанного приемника б,На электрический вход фотоприемника6 поступает токозадаюцее напряжениепрямоугольной формы, сформированноемультивибратором 20, симметрично ограниченное в области положительных и отрицательных значений двухстороннимограничителем 9. Такую же форму несущейполучают как токовый сигнал на выходе фотоприемника б, так и потенциальный сигнална выходе преобразователя ток-напряжение 10, установленного на выходе указанного приемника.В результате поочередного включенияламп 3 и 4 сигнал на выходе преобразователя 10 приобретает амплитудную модуляцию. Огибающая этого сигнала при 45неизменной величине токозадающего напряжения повторяет интенсивность световых сигналов на оптических входахприемника б. С помощью фиксирующей цепи 11 огибающая отрицательных полупериодов несущей приводится к нулевомупотенциалу, а установленный на выходеуказанной цепи детектор 12 выделяет огибающую положительных импульсов несущей.55Продектированные импульсы поступают на первые (сигнальные) входы первого и второго элементов выборки-хранения 13 и 14 соответственно, Первый из этих элементов 13 открывается импульсной командой Оа блока управления 1 спустя некоторое время тзи после включения нулевым уровнем сигнала О 1 измерительной лампы 3, Элемент переходит в режим хранения в момент снятия напряжения с измерительной лампы 3 и включения опорной лампы 4. Второй элемент выборки-хранения 14 открывается командой О 5 блока управления 1 спустя некоторое время тзо после включения нулевым уровнем сигнала О 2 опорной лампы 4. Элемент переходит в режим хранения в момент снятия напряжения с опорной лампы 4 и включения измерительной лампы 3. Команды О 4 и О 5 поступают соответственно с четвертого и пятого выходов блока управления 1. В итоге такой работы упомянутых элементов на их выходах в установившемся режиме и при прочих неизменных условиях будут иметь место постоянное напряжения. пропорциональные величинам световых потоков, поступающих на фотоприемник б во время горения измерительной лампы 3 (выход элемента 13) и во время горения опорной лампы 4 (выход элемента 14). При некотором соотношении этих потоков напряжения на выходах упомянутых элементов 13 и 14 будут одинаковыми.Для уменьшения влияния на чувствительность устройства температуры, оптической предыстории и других факторов в нем предусмотрена система автоматической стабилизации напряжения опорного тракта на выходе элемента выборки и хранения 14. С этой целью укаэанное напряжение сравнивают на потенциометре 17 с некоторым эталонным напряжением источника напряжения 18, к которому подключен свободный конец упомянутого потенциометра. Разностное напряжение подают на усилитель 21, а с него - на вход элемента выборки-хранения 15, управляемого синхронно и той же командой, что и одноименный элемент 14. Оба эти элемента 14 и 15 открываются во время горения опорной лампы 14, остаются в таком состоянии на время деиствия импульсной команды О, и на этот период времени замыкают контур упомянутой системы стабилизации. Во время замкнутого состояния системы напряжение с элемента выборки-хранения 15 изменяет в двухстороннем ограничителе 9 порог ограничения, например, сверху, в то время как его порог ограничения снизу меняется зеркальным образом напряжением инвертирующего каскада 19. На время горения измерительной лампы 3 потенциалы упомянутых порогов останутся подстроенными и неизменными, Следовательно. подстроенным и неизменным останется и токозадающее напряжение на входе приемника 6, поэтому.откорректи.рованным станет и напряжение на выходеэлемента выборки-хранения 13. На блокевычитания 16 его теперь сравнивают практически с постоянным напряжением опорного тракта, Разность указанных 5напряжений поступает на выход устройства.Блок управления 1 работает следующимобразом,Напряжение мультивибратора 20 поступает на делитель частоты 22. Противофазные импульсные последовательности 01 и02 с прямого. и инверсного выходов указан-.ного делителя 22 поступают нэ первый ивторой выходы блока соответственно. 15Передние фронты импульсов поделенной частоты делителя 22 дифференцируютцепочками 23 и 24, пучки положительнойполярности суммируют на элементе ИЛИ 25и запускают ими одновибратор 27, которыйформирует импульсы Ош, Длительностьимпульсов Ош выбирают равной, либонесколько меньшей половины полупериодаимпульсов поделенной частоты, а по абсолютной величине такой, чтобы перекрыть 25основную часть переходного процесса нарастания яркости свечения лампы при еевключении.Путем инверсии суммы сигналов 01 и .Ош получают на выходе элемента ИЛИ-НЕ29 напряжение 04, подаваемое на четвертый выход блока, Путем инверсии суммысигналов 02 и Ош получают на выходе элемента ИЛИ-НЕ 30 напряжение 05, подаваемое на пятый выход блока. Импульсы 04 и 3505 оказываются в итоге задержанными относительно фронтов импульсов 01 и 02 навеличину тзи = тзо = тшПоложительным импульсом с выходадифференцирующей цепи 24 запускают одновибратор 26, который формирует импульсы Оу. Их длительность ту выбираютнесколько меньше длительности гш одновибратора 27. Путем инверсии суммы сигналов 01 и Оу получают на выходе элемента 45ИЛИ-НЕ 28 напряжение Оз, подаваемое натретий выход блока, Импульсы Оз опережают импульсы 04 нд величину 7 =. тщ - ту,Это сделано для того, чтобы к моменту очередного измерения оптического .поглощения в измерительной ячейке 5 произошлаподстройка интенсивности света измерительной лампы 3.Эпюры напряжений блока управления 1представлены нэ фиг, 4. 55Блок автоматического регулированияинтенсивности света 2 работает следующимобразом. На третий и четвертый входы блока 2 поступают из блока управления 1 импульсные последовательности 01 и 02, которые своим нулевым уровнем включают поочередно измерительную и опорную лампы 3 и 4 соответственно. Лампа 3 питается напрякением первого управляемого источника 31, а лампа 4 - напряжением второго управляемого источника 32.Чередующиеся во времени световые излучения опорной и измерительной ламп 4 и 3 поступают по волоконным световодам 33 и 34 соответственно на первый и второй оптические входы фотоприемника 35, На его третий электрический вход поступает неизменное постоянное напряжение источника стабилизированного напряжения 36, Преобразователь ток-напряжение 37 преобразует токовый сигнал указанного приемника в потенциальный, пропорциональный световым потоком Фо 1 и Фи 1 ламп 4 и 3 соот ветственно.Спустя некоторое время газо после включения опорной лампы 4 открывается импульсом 05, поступающим на шестой вход блока 2 с пятого выхода блока управления 1, элемент выборки-хранения 39. В итоге на выходе указанного элемента 39 формируется и сохраняется до прихода следующего коммутирующего импульса напряжение, пропорциональное световому потоку Фо 1 опорной лампы 4.Спустя некоторое время ту после включения измерительной лампы 3 открывается импульсом Оз. поступающим на пятый вход блока 2 с третьего выхода блока управления 1; элемент выборки и хранения 38. На время действия указанного импульса замыкается петля системы регулирования интенсивности света этой лампы. Сигналом ошибки системы служит выходное напряжение блока вычитания 40, Этот сигнал поступает далее через корректирующую цепь 41 и усилитель 42 на управляющий вход первого управляемого источника напряжения 31. В итоге соответствующим образом меняется напряжение питания лампы 3 и излучаемого этой лампой светового потока Фи 1, поступающего через световод 34 на второй вход фотоприемника 35.В изготовленном образце использованы фоторезисторы СФ 3-1, светопроводящие мононити с диаметром 0,45 мм. в качестве опорной лампы - миниатюрная лампа накаливания СММН 9-60-2, в качестве измерительной - галогенная лампа накаливания КГМ 12-10, Длительность включения ламп - 4 с, 1778526На фиг, 5 представлена зависимость выходного напряжения фотомЕтрического устройства. от коэффициента пропускания контрольных дымчатых стекол, калиброванных при Х = 790 нм на фотоколориметре КФК"3, Дрейф выходного напряжения "в нуле" - 0,1 В за 8-часовой прогон. Формула изобретения1. Фотометрический дискриминатор, 10 содержащий опорную и измерительную машины накаливания, оптический аттенюатор, измерительную ячейку на пути излучения измерительной лампы, фотоприемник и выходную клемму, о т л и ч а ю. щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены блок управления, блок автоматического регулирования интенсивности света, соединенный третьим, четвертым и пятым входами соответственно с первым, вторым и третьим выходами блока управле- .ния, последовательно соединенные преобразователь ток-напряжение, вход которого подключен к выхбду фотоприемника, фиксирующая цепь, детектор, первый элемент вы борки-хранения и блок вычитания, выход которого подключен к выходной клемме, волоконный световод, связывающий дополнительный оптический вход фотоприемника с :оптическим аттенюатором, установленным на пути излучения опорной лампы, последовательно соединенные мультивибратор и двусторонний ограничитель, выход которого подключен к электрическому входу фотоприемника, второй и третий элементы вы борки-хранения, инвертор, потенциометр, усилитель и источник напряжения. выходом пОдключенные через потенциометр к другому входу блока вычитания и выходу второго элемента выборки хранения. один вход ко торого соединен с выходом детектора, а другой вход подключен к пятому входу блока управления, одному входу. третьего элемента выборки-хранения и шестому входу блока автоматического регулирования ин тенсивности света, первый и второй оптические входы которого установлены на пути света, а первый и второй выходы подключе ны соответственно к измерительной и опорной лампам, при этом средний вывод 5 потенциометра через усилитель подключен50 к другому входу третьего элемента выборки- хранения, выход которого соединен непосредственно с вторым входом и через инвертор - с третьим входом двустороннего рграничителя, и выход мультивибратора подключен к входу блока управления, четвертый выход которого соединен с упругим входом первого элемента выборки-хранения,2, Дискриминатор по и. 1. о т л и ч а ющ и й с я тем, что блок управления выполнен в виде делителя частоты, вход которого является входом блока управления, двух дифференцирующих цепей. элемента ИЛИ, двух одновибраторов и трех элементов ИЛИ-НЕ, выходы которых являются .соответственно третьим, четвертым и пятым выходами блоками управления, при этом первый и второй выходы делителя частоты. являются соответственно первым и вторым выходами блока управления и подключены соответственно через первую и вторую дифференцирующие цепи, элемент ИЛИ и второй одновиб.ратор к одним входам второго и третьего элементов ИЛИ-НЕ, выход второй дифференцирующей цепи подключен через первый одновибратор к одному входу первого элемента ИЛИ-НЕ, другой вход которого соединен с другим входом второго элемента ИЛИ-НЕ, и с первым выходом делителя частоты, второй выход которого подключен к другому входу третьего элемента ИЛИ-НЕ,3, Дискриминатор по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что блок автоматического регулирования интенсивности света содержит два волоконных световода, входы которых являются первым и вторым оптическими входами этого блока, последовательно соединенные фотоприемник, первый и второй входы которого связаны с соответствующими волоконными световодами, преобразователь ток-напряжение, первый элемент выборки-хранения. блок вычитания, корректирующая цепь, усилитель и первый управляемый источник напряжения, выход которого является первым входом, а второй вход - третьим входом этого блока. источник стабилизированного напряжения, выходом подключенный к третьему входу фотоприемника, второй элемент выборки-хранения, включенный между выходом преобразователя ток-напряжение.и другим входом блока вычитания, второй управляемый источник напряжения, вход и выход которого являются соответственно четвертым входом и вторым выходом этого блока, пятым и шестым входами которого являются другие входы первого и второго элементов выборки-хранения соответственно.,Бер Коррек О.Гус ДЗК Тиражвенного комитета по изоб 113035, Москва. Ж. Рау Гасу Патент", г атеиьСкии кОм Заказ 4182ВНИИП Производственн Составите Техред У Подписноеениям и открытиям ая наб., 45