Главная Преобразователи механических величин



3.3. МНОГОВОЛНОВЫЕ МНОГОКАНАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА КОНТРОЛЯ

Многоволновые устройства предназначены для определения содержания одного вещества в другом и основаны на том, что контролируемый объект облучается двумя и более потоками излучения, один из которых лежит на полосе поглощения контролируемым параметром (измерительный), другой - вне полосы поглощения (опорный). Эти устройства применяются для определения влажности, загазованности, концентрации жидкостей и газов и т. п.

Наиболее широкое применение СИД нашли во влагометрии, так как вода обладает рядом спектральных полос поглощения и на эти полосы разработаны и выпускаются высокоэффективные СИД [8].

Как и в одноволновых устройствах, преобразование влажности или какой-либо компоненты среды в фотоэлектрический сигнал можно производить, используя импульсный режим питания СИД или функциональный режим питания [47]. При импульсном режиме питания процесс преобразования контролируемого параметра сводится к следующему. Контролируемый объект облучается как минимум двумя потоками излучения на опорной и измерительной длинах волн. Прошедшие через объект потоки:

02 = Ф(,2 e-i"i е-г

где Фоь Фо2 - начальные значения потоков; Ки Кг - коэффициенты передачи опорного и измерительного каналов; mi, тг - массы вещества и контролируемой компоненты соответственно.

Следует отметить, что коэффициент Ki в выражениях в некоторой степени зависит от длины волны. Для простоты изложения считаем эти коэффициенты равными.

Потоки преобразуются фотоприемником в электрический сигнал, и если применяется временное разделение потоков опорного и измерительного СИД, а один фотоприемник имеет спектральную характеристику, чувствительную к обоим потокам, то получим:

"i = 5Фо1 е-"« ;

где S - чувствительность фотоприемника; а - показатель нелинейности фотоприемника.

Чтобы получить значение контролируемого параметра, необходимо реализовать операцию отношения сигналов от потоков опорного и измерительного каналов и, предварительно выравнив начальные значения потоков, получим Uг=Aг. Таким образом, в Двухволновых устройствах с импульсным режимом питания СИД На результат измерения влияют нелинейности световых характеристик фотоприемника и контролируемого объекта, а также не



Структурная схема

Основные узлы

"Г т:

1 - блок питания; 2 - коммутатор; 3 - источник света; 4 - контролируемая среда; 5 - световоды; 6 - фотоприемник; 7 - усилитель; 8 - синхронный детектор; 9 - регистрирующее >:j,iiC. ,j

/ - СИД; 2 -контролируемая среда; 5-фотоприемник; 4- терморезистор; 5 -блок модуляции


1 - измерительный блок; 2 - коммутатор; 3 - генератор; 4 - линза; 5 - усилитель; 6 - кю вета

R1-,


1,2 - генераторы; 3, 4 - СИД; 5 - световоды; 6 - концентратор; 7 - материал; 8 - фотоприемник; Р -усилитель; 10, -синхронные детекторы; 12 - блок обработки; 13 - регистрирующее устройство


/ - блок импульсного питания; 2, 3 - усилители; 4, 5 - СИД; 6- световод; 7 - контролируемый объект; 8 - фотоприемник; 9 - усилитель; 10 - источник опорного напряжения; -14 - ключи; 15-18 - элементы памяти; 19 - пороговый элемент; 20 - регистрирующее устройство; 21, 22 - блоки сравнения



Структурная схема

Основные узлы


1 - блок импульсного питания; 2, 3 - СИД; 4 -• световоды; 5 - контролируемый объект; б, 7 - фотоприемники; 8, 9 - усилители; 10, и - схемы селекции; 12, /3 - блоки сравнения; 14 - опорный сигнал; 15 - регистрирующее устройство; /б -блок сравнения

исключены инструментальные погрешности, которые обусловлены устройствами получения отношения.

В табл. 3.3 приведены структурные схемы двухволновых устройств. Эти устройства можно использовать для контроля влажности жидких, твердых и газообразных веществ, а также определения содержания одного вещества в другом.

При импульсном режиме питания довольно просто можно реализовать отношение потоков, если использовать переходные процессы в фотоприемниках, спад фотопроводимости в которых с достаточной точностью описывается экспонентой [47]. Действительно, если на светочувствительную поверхность фотоприемника падают потоки Фх и 02, то величина фотопроводимости будет пропорциональна этим потокам:

где Gimax, G2max - проводимости фотоприсмника, соотвстствую-щие установившемуся режиму; а, b - коэффициенты преобразования фотоприемника для опорного и измерительного потоков (если применяется один фотоприемник, то а = Ь).

После прекращения каждого импульса излучения фотопроводимость спадает во времени по экспоненциальному закону, и если из спадающего участка проводимости сформировать прямоугольные импульсы, начало которых совпадает с началом спада, а конец соответствует моменту достижения фотопроводимостью установленного порогового уровня, то можно записать:

Gi (iz) = G2 max "

" 02 с "-"nop)

nop >



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [14] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25


0.0117