RU2000023C1 - Оптический бесконтактный уровнемер - Google Patents

Abstract

Использование: в контрольной технике, в частности в оптических бесконтактных уровнемерах, Сущность изобретени :-устройство содержит источник питани  1, излучатель света 2, прерыватель светового потока 3, фотодатчик синхросигнала 4, два усилител  посто нного тока 5 и 10,синхронный детектор 6, длиннофокусный объектив 7, не менее двух приемных фотодиодов 8, термостат 9, индикатор 11.8 10-6-11. , 1-2. Приемные фотодиоды включены встречно-параллельно и установлены в термостате . Излучатель света, прерыватель светового потока, фотоДатчик синхросигнала и длиннофокусный объектив расположены последовательно. 4 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, преимущественно дл  измере- ни  уровн  стекломассы и стеклоплавильных агрегатах. Кроме того, изобретение может быть использовано дл  измерени  уровн  других жидкостей и расплавов , имеющих зеркальную поверхность и отражающую способность в видимом диапазоне оптического излучени .

За вл емое изобретение направлено на решение технической задачи, заключающейс  в упрощении конструкции и схемного решени  уровнемера-прототипа, устране- ни  фоновых помех на результаты измерени  за счет температурной стабилизации приемных фотодиодов и за счет изменени  схемы их включени , а также за счет выбора определенного класса излучателей светового потока. Применение в схеме уровнемера синхронного детектора, управл емого синхроимпульсами , поступающими с дополнительного фотодатчика с частотой

следовани , равной частоте прерывани  светового потока, обеспечивает второй уровень фильтрации помех, обусловленных излучением расплавленной стекломассой.

Сущность изобретени  характеризуетс  совокупностью признаков, включающий источник питани , излучатель света, прерыватель светового потока, длиннофокусный объектив, по крайней мере два приемных фотодиода, усилитель посто нного тока и индикатор. Отличительными существенными признаками  вл ютс : термостат, в котором размещены приемные фотодиоды, дополнительный фотодатчик синхросигнала , установленный между прерывателем светового потока иобъективом, синхронный детектор, включенный между усилителем посто нного тока и индикатором, при этом приемные фотодиоды включены между собой встречно-параллельно, фотодатчик син- хроимпульса подключен через дополнительный усилитель посто нного то (Л

С

го о о о о

N3 CJ

О

кэ ко второму входу синхронного детектора, а о качестве излучател  света использована галогенна  лампа, например, типа КГМ-24- 150.

Технический результат от реализации изобретени  заключаетс  в исключении вли ни  фоновых помех на точность измерени  уровн  стекломассы и повышении надежности работы уровнемера. Кроме того, достигаетс  упрощение измерительной схемы устройства и снижение вли ни  вибраций и протуберанцев счет использовани  сход щегос  конического луча, формируемого длиннофокусным объективом. Направл емый под углом конусный луч образует на поверхности стекломассы световое п тно в виде эллипса, прот женность которого по большой оси эллипса зависит от угла падени  луча. Поэтому поверхностное волнение стекломассы практически не оказывает вли ни  на флуктуацию светового п тна в зоне рабочей плоскости приемных фотодиодов.

На фиг. 1 приведена обща  блок-схема уровнемера: на фиг. 2 - эквивалентна  схема усилител  посто нного тока; на фиг. 3 - функциональна  схема синхронного детектора: на фиг. 4 - временные диаграммы работы синхронногр детектора.

Уровнемер содержит источник питани  1, излучатель света 2, прерыватель светового потока 3, фотодатчик синхросигнала 4, подключенный через дополнительный усилитель посто нного тока 5 ко второму входу синхронного детектора 6, длиннофокусный обьектив 7, приемные фотодиоды 8, размещенные в термостате 9 и включенные между собой встречно-параллельно, усилитель посто нного тока 10 и индикатор 11,в качестве которого может быть использован стрелочный или цифровой прибор.

Уровнемер работает следующим образом .

От стабилизированного источника питани  1 питающее напр жение подаетс  на излучатель света 2, в качестве которого применена галогенна  лампа типа КГМ-24-150, создающа  непрерывный расход щийс  световой поток. Прерывание светового потока осуществл етс  механическим прерывателем 3 с частотой 30 Гц.

Получаемый такил образом расход щийс  импульсный световой поток собираетс  длиннофокусным объективом 7 (МТО-1000) и направл етс  на поверхность стекломассы под углом, равным ориентировочно 10 угл,радиусам. На зеркальной поверхности стекломассы образуетс  эллиптический след, имеющий площадь, достаточную дл  сглаживани  поверхностных возмущений стекломассы Отраженный ог

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

стекломассы светопой луч фокусируетс  объективом 7 на поверхность приемных фотодиодов 8, которые расположены вплотную друг к другу и оси которых наход тс  в вертикальной плоскости. Рабоча  поверхность фотодиодов ориентирована перпендикул рно падающему на них лучу. Любое изменение уровн  стекломассы Ah вызывает линейно св занное с ним перемещение сфокусированного луча AI. Причем Д 2 Ahcosa , где а. - угол наклона оптической оси к поверхности стекломассы. При номинальном уровне ( Дп 0) световое п тно , образованное отраженным лучом, создает одинаковую засветку обеих приемных фотодиодов 0 и выходной сигнал с усилителем посто нного тока равен нулю. При смещении светопого п тна вверх (уровень стекломассы повышаетс ) полезный импульсный сигнал имеет положительную пол рность , а его амплитуда измен етс  пропорционально Дп. При смещении луча вниз пол рность импульсов будет отрицательной . Зависимость амплитуды импуль- СОВ от Ah при этом сохран етс .

Термостат 9 стабилизирует окружающую фотодиоды температуру в пределах ТСт 37°С±2°С, тем самым обеспечивает исключение вли ни  температурного дрейфа фототоков на точность измерени .

Встречно-параллельное включение приемных фотодиодов 8 нар ду с применением гальванометрического режима, в котором они работают как генераторы тока (фиг. 2), позвол ет осуществить первый уровень компенсации фоновой засветки. Равномерна  засветка приемных фотодиодов создает равные и противонаправленные токи 11 и 12. суммарное воздействие которых не вызывает изменени  выходного напр жени  с усилител  10. Така  схема включени  приемных фотодиодов обеспечивает также уве- личение динамического диапазона усилител  посто нного тока.

Второй уровень компенсации фоновой засветки, необходимый при неравномерном освещении приемных фотодиодов фоновой засветкой, осуществл етс  в синхронном детекторе 6 (фиг. 3). Синхроимпульсы со скважностью, равной 5-6, несущие информацию о моментах по влени  (ц, гз) и пропадани  (t2, t) полезного сигнала (фиг. 4), коммутируют электронный ключ К. На интервалах времени (0-t, t2-t3. t4 ), когда синхроимпульсы отсутствуют, ключ К замкнут и разделительный конденсатор С накаливает информацию об уровне фоновой засветки 1)ф. При наличии синхроимпульсов поступающих с фотодлтчика 4 (mm )) премени

ti-tj. t3-ti), ключ К разомкнут и сигнал проходит на выход детектора 6, при этом содер- жзща с  в нем составл юща  Оф компенсируетс  и на индикатор 11 поступает только полезный импульсный сигнал.

Реализаци  существенных признаков изобретени  обеспечивает достижение технического результата, заключающегос  в измерении уровн  стекломассы в плавильных агрегатах в пределах ±2,5 мм с приведенной погрешностью не более ±2%, что превышает аналогичные значени  прототипа в два раза.

0

Уровнемер обладает повышенной на дежностью в работе, а также простотой конструкции и дешевизной за счет исключени  дорогосто щих лазерных установок и использовани  стандартных отечественных узлов, особенно галогенных источников. Кроме того, за счет использовани  схемы защиты приемных фотодиодов от вли ни  внешних температурных факторов, расширен диапазон устойчивой работы уровнемера , что особенно важно при измерении уровн  высокотемпературных расплавов.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Оптический бесконтактный уровнемер дл  расплавленной стекломассы,-содержащий источник питани , подключенный к излучателю света. последовательно установленному с прерывателем светового потока и длиннофокусным объектом, не ме- неедвух приемных фотодиодов, первыйуси- литель посто нного тока и индикатор, о т- личающийс  тем. что, в него введены фотодэтчик синхросигнала, установленный между прерывателем светового потока и длиннофокусным объективом, синхронный

   детектор, включенный между первым усилителем посто нного тока и индикатором, второй усилитель посто нного тока, подключенный к второму входу синхронного детектора, и термостат, при этом анод и катод фотодатчика синхросигнала подключены соответственно к первому и второму входам второго усилител  посто нного тока , приемные фотодиоды установлены в термостате , включены встречно-параллельно и соединены с входами первого усилител  посто нного тока, а излучатель света выполнен в виде галогенной лампы.

   Фиг.1