Способ контроля прозрачности жидкой или газообразной неоднородной среды и устройство для его осуществления

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЗРАЧНОСТИ ЖИДКОЙ ИЛИ ГАЗООБРАЗНОЙ НЕОДНОРОДНОЙ СРЕДЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Марков Алексей Петрович Марукович Евгений Игнатьевич Сергеев Сергей Сергеевич Старовойтов Анатолий Григорьевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Способ контроля прозрачности жидкой или газообразной неоднородной среды, в котором одновременно воздействуют на исследуемую среду и эталон прозрачности смешанным излучением двух монохроматических источников, принимают излучение, прошедшее эталон и контролируемую среду, фотоприемником опорного канала и фотоприемником измерительного канала соответственно, с одновременной компенсацией помех от внешних засветок измерительного канала, и определяют взаимное спектральноэнергетическое отклонение принятых указанными фотоприемниками сигналов, по которому путем преобразования и оптико-электронной обработки в реальных пространственно-временных координатах определяют искомую прозрачность. 2. Устройство для контроля прозрачности жидкой или газообразной неоднородной среды, содержащее монохроматические источники излучения, связанные посредством объективов со световодами, выполненными в виде жгутов из оптических моноволокон,входные торцы которых жестко и произвольным образом объединены в коллекторы со стороны источников, а выходные оптически связаны посредством градан-объективов с 13920 1 2010.12.30 эталоном прозрачности и кюветой для контролируемой среды, связанными соответственно посредством световода опорного канала и световода измерительного канала с фотоприемником опорного канала и фотоприемником измерительного канала, при этом световод измерительного канала односторонне связан со световодом опорного канала посредством компенсационного световода, а фотоприемники связаны с блоком преобразования и оптико-электронной обработки. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что эталон прозрачности выполнен в виде клина, установленного с возможностью перемещения вдоль оси, перпендикулярной направлению излучения. Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности, к оптико-электронным средствам контроля неоднородных сред и масел в машиностроении,целлюлозно-бумажной, пищевой и другим отраслям и может найти применение для оперативного контроля и определения концентрации взвесей в жидких, газообразных и других неоднородных средах и маслах. Известны способы и средства оптических прямых измерений прозрачности (мутности) различных неоднородных сред и масел 1. С учетом методических и информационных особенностей измерения и преобразований информации применимость их для оперативного контроля весьма ограничена по быстродействию и достоверности сбора и обработки первичной информации. Сравнительно простыми в схемной и конструктивной реализации являются способы измерения прозрачности (мутности), построенные на одноканальных схемах, когда излучением одного источника просвечивают контролируемую среду, а прошедшее излучение воспринимается одним фотоприемником, в совокупности образующих один оптикоэлектронный канал, и по результатам последовательных преобразований измерительной информации на индикаторе или по градуировочным кривым рассчитывается результат измерения концентрации взвесей 2, 3. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является оптико-электронный способ, заключающийся в пропускании светового потока от источника света через оптические поверхности и контролируемую среду, регистрации его фотоприемником, измерении светового потока, отраженного от осевших на оптических поверхностях частиц, и преобразовании в электрический сигнал 4. Недостаток данного способа заключается в том, что из-за неидентичности параметров каналов и фотоприемников, а также из-за рассеянного неоднородностями излучения, что воспринимается как увеличение концентрации примесей, не обеспечивается достоверность результатов, а повторные измерения (для статистики) снижают и производительность. Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения концентрации взвесей в жидкости 5. Устройство состоит из последовательно расположенных источника света, модулятора, световодов, измерительной кюветы и фотоприемников с блоком обработки информации. За счет оптически и конструктивно разделенных световодов, проводящих свет с входного торца до его выходного торца, повышается надежность и помехозащищенность каналов преобразований и передачи оптической(измерительной) информации. Путем относительного сравнения интенсивности излучений, полученных первоначально при просвечивании среды однородной (без примесей или образцовой), а затем при просвечивании контролируемой среды, снижается влияние дестабилизирующих воздействий на результат измерений. Однако пространственновременное разделение измерительных операций снижает достоверность и производитель 2 13920 1 2010.12.30 ность измерений, что особенно важно в переносных средствах оперативного контроля (с автономным питанием и переносными зондами). Единой технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение,является повышение достоверности и производительности измерений при расширении диапазона измерений. Задача достигается тем, что в способе контроля прозрачности жидкой или газообразной неоднородной среды, в котором одновременно воздействуют на исследуемую среду и эталон прозрачности смешанным излучением двух монохроматических источников, принимают излучение, прошедшее эталон и контролируемую среду, фотоприемником опорного канала и фотоприемником измерительного канала соответственно, с одновременной компенсацией помех от внешних засветок измерительного канала, и определяют взаимное спектрально-энергетическое отклонение принятых указанными фотоприемниками сигналов, по которому путем преобразования и оптикоэлектронной обработки в реальных пространственно-временных координатах определяют искомую прозрачность. Задача достигается тем, что в устройстве для контроля прозрачности жидкой или газообразной неоднородной среды, содержащем монохроматические источники излучения,связанные посредством объективов со световодами, выполненными в виде жгутов из оптических моноволокон, входные торцы которых жестко и произвольным образом объединены в коллекторы со стороны источников, а выходные оптически связаны посредством градан-объективов с эталоном прозрачности и кюветой для контролируемой среды, связанными соответственно посредством световода опорного канала и световода измерительного канала с фотоприемником опорного канала и фотоприемником измерительного канала, при этом световод измерительного канала односторонне связан со световодом опорного канала посредством компенсационного световода, а фотоприемники связаны с блоком преобразования и оптико-электронной обработки, эталон прозрачности выполнен в виде клина, установленного с возможностью перемещения вдоль оси, перпендикулярной направлению излучения. На фигуре представлена схема устройства. Устройство содержит источники монохроматических излучений 1 и объективы 2, с помощью которых формируются световые потоки на входных торцах световодных коллекторов 3, объединяющих оптические моноволокна пространственно разделенных световодных жгутов 4 и 5, выходы которых объединены соответственно в световодные коллекторы 6 и 7, к которым жестко присоединены граданы-объективы 8, направляющие световые потоки через регулируемый оптический однородный эталон прозрачности 9 и контролируемую неоднородную среду 10, а прошедшие излучения воспринимаются входными торцами жгутов опорного 11 и информационного 12, а также компенсационного 13 с последующим преобразованием в блоке фотоэлектрических преобразователей 14 и блоке оптико-электронной обработки 15. Способ контроля прозрачности неоднородных средств осуществляется при помощи устройства, работающего следующим образом. Оптическая система из источников монохроматических излучений 1 с объективами 2 одновременно и направленно формирует оптическое излучение, которое с входных торцов 3 жгутов-коллекторов по жгутам 4 и 5 оптических линий переносится на выходы жгутов-коллекторов 6 и 7. За счет расщепления оптических жгутов-коллекторов по оптическим линиям связи входных и выходных торцов, их объединения в жгуты 4 и 5 с последующим формированием на выходе в жгутыколлекторы 6 и 7 излучение монохроматических источников 1 одновременно воздействует на контролируемую среду 10 и ее эталон прозрачности 9 с функционально (геометрически) изменяющимся профилем, чем повышается чувствительность и регулируемость канала, а за счет управляемого спектрально-энергетического излучения повышается и достоверность из-за более эффективного согласования параметров волоконно-оптического(световодного) и оптико-электронного каналов. По световодам 11 и 12 излучения на вы 3 13920 1 2010.12.30 ходе каналируются и направляются на соответствующие фотоприемники в блоке 14, а за счет компенсационного световода 13 каналируются помехи от внешних засветок в жгутеколлекторе с опорным световодом 11. Такая избыточная информация, получаемая по каналам 11 и 13 одновременно с измерительной информацией канала 12, существенно повышает достоверность преобразования в блоках 14 и обработки в блоке 15. Отклонения в оптических параметрах и геометрических размерах компенсируются изменением координатыэталона прозрачности 9 переменного сечения относительно оптических осей световых потоков жгута излучателя опорного 6 и жгута световодного опорного 11. Путем изменения расстояниямежду торцами жгутов 7 и 12 регулируются чувствительность и рабочий диапазон измерений при настройке и калибровке устройства применительно к специфике и оптическим характеристикам неоднородностей и их концентрации. Источники информации 1. Измерения в промышленности Справ. изд. в 3-х кн. Кн. 3. Способы измерения и аппаратура Пер. с нем. / Под ред. П. Профоса. - 2-е изд. Перераб. и доп. - М. Металлургия, 1990. - С. 221-234. 2. А.с. СССР 708206, 1980. 3. А.с. СССР 855446, 1981. 4. А.с. СССР 715980, 1980. 5. А.с. СССР 1100543, 1984. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4