Устройство оптическое измерительное

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение Научно-исследовательский институт пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь(72) Авторы Есипович Дмитрий Леонидович Зуйков Игорь Евгеньевич Антошин Александр Анатольевич Кицак Анатолий Ильич(73) Патентообладатель Учреждение Научно-исследовательский институт пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь(57) Устройство оптическое измерительное, включающее излучатель, два фотоприемника,полые светопроводы, имеющие отверстия для подачи защитного газа, линзу для приема прошедшего через газообразную среду оптического излучения, прецизионный стабилизатор тока для питания излучателя, диафрагму источника для формирования узкого пучка излучения излучателя, диафрагму измерительного фотоприемника, отличающееся тем,что дополнительно содержит блок управления тока стабилизатора и блок контроля интенсивности излучения излучателя, а также слой диффузно отражающего вещества, нанесенный на внутреннюю поверхность диафрагмы источника, с целью увеличения интенсивности излучения, отражаемого в опорный канал. Полезная модель относится к измерительной технике, касается оптических устройств для измерения плотности среды и может быть использована в химической, металлургической промышленности и топливно-энергетическом комплексе. 77992011.12.30 Известно оптико-электронное устройство для контроля концентрации твердых частиц в дымовых газах 1, которое применяется в энергетических отраслях промышленности и на транспорте для измерения дымности отходящих газов. Конструкция его включает излучатель, два фотоприемника, защитные стекла, полые светопроводы, отверстия для подачи защитного газа, отражатель, закрепленный за защитным стеклом в полом светопроводе блока излучателя и оптически сопряженный с фотоприемником опорного канала, установленным в блоке излучателя, электронную схему, состоящую из двух линейных усилителей с регулируемыми коэффициентами усиления, двух логарифматоров,дифференциального усилителя и компаратора, при этом выход измерительного фотоприемника через линейный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления соединен с входом первого логарифматора, выход которого соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, а выход опорного фотоприемника через другой линейный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления соединен со входами компаратора и второго логарифматора, выход которого соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя. Недостатком данного устройства является ограничение диапазона и точности измерения оптической плотности среды, обусловленное не учитываемым при измерении изменением коэффициента пропускания защитного стекла блока приемника. Такое изменение возможно вследствие налипания на нем твердых частиц газосажевого потока при измерении оптической плотности. Наиболее близким по техническому решению к заявляемой полезной модели измерительного устройства является устройство 2 (прототип), включающее излучатель, два фотоприемника, полые светопроводы, имеющие отверстия для подачи защитного газа, линзу для приема прошедшего через газообразную среду оптического излучения, прецизионный стабилизатор тока для питания излучателя, диафрагму источника для формирования узкого пучка излучения излучателя и диафрагму измерительного фотоприемника с возможностью формирования узкого угла регистрации излучения, ограничивающего прием излучения, рассеянного на частицах дыма вперед на малые углы. Контролируемое избыточное давление защитного газа, создаваемое в полых светопроводах источника и приемника излучения устройства, предотвращает попадание внутрь них аэрозольных частиц дыма и тем самым позволяет отказаться от защитных стекол и повысить точность измерений. Для исключения попадания внутрь светопроводов частиц пыли во время хранения измерительного устройства используются непрозрачные подвижные шторки, закрепленные на выходе светопровода излучателя и на входе светопровода приемника. Используемый при этом алгоритм определения оптической плотности дымовой аэрозоли позволяет синхронно учитывать изменения сигналов опорного и приемных каналов, связанные со случайным загрязнением поверхности источника и приемника излучения. Недостатком устройства является уменьшение диапазона измеряемых плотностей дыма вследствие падения интенсивности излучения излучателя при его естественном старении или сильном случайном загрязнении. Задачей изобретения является расширение диапазона измеряемых значений оптической плотности среды измерительным устройством. Эта задача решается конструкцией измерительного устройства, включающего излучатель, два фотоприемника, полые светопроводы, имеющие отверстия для подачи защитного газа, линзу для приема прошедшего через газообразную среду оптического излучения,прецизионный стабилизатор тока для питания излучателя, диафрагму источника для формирования узкого пучка излучения излучателя, диафрагму измерительного фотоприемника, отличающегося тем, что дополнительно содержит блок управления тока стабилизатора и блок контроля интенсивности излучения излучателя, а также слой диффузно отражающего вещества, нанесенный на внутреннюю поверхность диафрагмы источника, с целью увеличения интенсивности излучения, отражаемого в опорный канал. Схема измерительного устройства представлена на фигуре. 2 77992011.12.30 Она включает излучатель 1, опорный фотоприемник 2, диафрагму источника 3 с нанесенным на ее внутреннюю поверхность слоем диффузно отражающего вещества 4, линзу 5, диафрагму измерительного фотоприемника 6, измерительный фотоприемник 7, полые светопроводы 8, прецизионный стабилизатор тока 9, блок управления тока стабилизатора 10, блок контроля интенсивности излучения излучателя 11, аналогово-цифровые преобразователи (АЦП) сигналов опорного и приемного каналов 12, 13 соответственно, компьютер 14. Принцип работы измерительного устройства состоит в следующем. Световой пучок излучателя 1, в качестве которого используетсяинфракрасный светодиод, излучающий световое поле с узким спектром частот, максимум интенсивности которого приходиться на 875 нм, падает на диафрагму 3, являющуюся одной из стенок полого светопровода 8. Отверстие диафрагмы располагается на оси измерительного канала устройства, образованного источником излучения 1, линзой 5, диафрагмой 6 и приемным светодиодом 7. Диаметр отверстия диафрагмы 3 и расстояние от светящегося тела источника излучения до диафрагмы подбираются из условия формирования узкой диафрагмы направленности излучения, выходящего из отверстия. Внутренняя поверхность диафрагмы 3 служит одновременно для отражения части излучения источника на фотоприемник 2 опорного канала измерительного устройства. Для получения стабильного и надежного сигнала опорного канала устройства данная поверхность покрывается высокоотражающим веществом, например слоем окиси магния 4, обеспечивающим диффузный коэффициент отражения 0,95. Опорный сигнал из фотоприемника 2 подается через АЦП 12 на первый вход компьютера 14 и одновременно на блок контроля уровня сигнала 11,служащий для предупреждения о критическом снижении интенсивности излучателя вследствие его сильного случайного загрязнения или истечения ресурса времени работы. Излучение источника, вышедшее из отверстия диафрагмы 3, проходит тестируемую задымленную зону и попадает на линзу 5. В фокальной плоскости данной линзы помещается диафрагма 6 с центром отверстия на оптической оси измерительного канала устройства. Диаметр отверстия подбирается примерно равным диаметру фокального пятна, формируемого линзой 5 в отсутствии задымленности. Сигнал, формируемый фотоприемником 7, на который падает прошедшее через диафрагму излучение, подается через АЦП 13 на второй вход компьютера 14. Компьютер служит для выработки сигналов управления интенсивностью излучения излучателя и расчета по заданному алгоритму коэффициента ослабления дыма. При определении коэффициента ослабления дымавначале определяется калибровочный коэффициент измерительного устройства 0, учитывающий соотношения коэффициентов спектральных чувствительностей фотоприемников устройства, пропускания и отражения излучения источника в измерительном и опорном каналах устройства соответственно. Для этого измеряются выходные токи измерительного и опорного каналов устройства при выключенном и включенном излучателе. Калибровочный коэффициент вычисляется по формуле 00 ,(1)0 где ,и 0, 0 - токи измерительного и опорного каналов при включенном и выключенном излучателе соответственно. Значение 0 заносится в память компьютера. При наличии дыма измеряется коэффициент ослабленияизлучения. Для этого выполняютизмерений 1. При выключенном светодиоде 1 измеряются выходные токи измерительного 0 и опорного 0 каналов. 2. При включенном светодиоде 1 измеряются выходные токи измерительногои опорногоканалов. 3 77992011.12.30 Коэффициент ослабления вычисляется по формуле 00 Предложенная модель устройства измерения коэффициента пропускания среды расширяет пределы измерениявследствие постоянного контроля интенсивности излучения излучателя и использования диафрагмы излучателя со слоем высокоотражающего вещества, обеспечивающим стабильный и надежный сигнал опорного канала устройства. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4