CS261731B1

CS261731B1 - Sensing unit for water containing liquid detection in bottles

Info

Publication number: CS261731B1
Application number: CS87924A
Authority: CS
Inventors: Jan Jindra; Jiri Klima; Jaroslav Ing Moucha; Vera Kolomaznikova
Original assignee: Jan Jindra; Jiri Klima; Jaroslav Ing Moucha; Vera Kolomaznikova
Priority date: 1987-02-12
Filing date: 1987-02-12
Publication date: 1989-02-10
Also published as: CS92487A1

Abstract

Jsou známá zařízení, používaná zejména v potravinářských provozech pro zjiš- tování zbytků zdraví škodlivých mycích prostředků v lahvích, která využívají různé propustnosti vody pro světelné paprsky o různých vlnových délkách. Snímací část těchto zařízení obsahuje dva fotoelektrické prvky (FP), upravené v místě dopadu svě- tělných papsrků prošlých kontrolovanou lahví, přičemž první FP má spektrální charakteristiku v oblasti infračervených paprsků a druhý FP v oblasti paprsků o kratších vlnavých délkách. Podstatou řešení, které má za úkol zvýšit spolehlivost kontroly zúžením spektrální charakteristiky prvního F? a zvýšit provozní spolehlivost zařízení, je vytvoření prvního FP jako fotodiody na bázi galia, india a arzenidu s předřazeným interferenčním dielektrickým infračerveným filtrem.Apparatuses used in particular in food processing plants for detecting residuals of health-damaging detergents in bottles are known which utilize different water permeability for light rays of different wavelengths. The sensing portion of these devices comprises two photoelectric elements (FPs) provided at the point of impact of the light trays passed through the inspected bottle, the first FP having spectral characteristics in the infrared region and the second FP in the area of shorter wavelengths. The essence of the solution, which is to increase the reliability of control by narrowing the spectral characteristics of the first F? and to increase the operational reliability of the device, the creation of the first FP as a gallium, indium and arsenide based photodiode with an upstream interference dielectric infrared filter.

Description

Vynález se týká snímací části zařízení pro zjištování přítomnosti kapalin s obsahem vody v lahvích, zejména v potravinářských provozech, kde láhve jsou přemístovány po dopravníku z myčky do plnicího zařízení, a které mohou obsahovat zbytky zdraví škodlivých mycích prostředků, jako je roztok louhu ve vodě apod.The invention relates to a sensing part of a device for detecting the presence of water-containing liquids in bottles, in particular in food processing plants, where the bottles are moved along a conveyor from a dishwasher to a filling device and which may contain residues of harmful detergents such as caustic solution in water. .

Jsou známá zařízení (DOS 30 23 211), kde se přítomnost kapaliny s obsahem vody, tj. vody samotné nebo ve směsi s jinými látkami, zjištuje na základě různé intenzity pohlcování světelných paprsků o různé délce vodou obsaženou v láhvi. Je zde využito známé vlastnosti vody, která vykazuje výrazné snížení propustnosti světelného toku s vlnovou délkou větší než 1,5 ,um, tj. infračervených paprsků, ve srovnání se světelnými paprsky s kratší vlnovou délkou. Snímací část zařízení, umístěná v místě dopadu světelných paprsků prošlých kontrolovanou lahví, se skládá ze dvou fotoelektrických prvků s různou spektrální charakteristikou, která u prvního fotoelektrického prvku spadá do oblasti infračervených paprsků a u druhého do oblasti paprsků o kratších vlnových délkách, a které jsou seřízený tak, že jejich výstupní signály mají stejné hodnoty, jestliže jimi zachycené světelné paprsky procházejí lahví, ve které není žádná voda., a liší se, jestliže procházejí lahví s obsahem vody. U známých řešení je první fotoelektrický prvek vytvořen na bázi germánia s pie&l^azeným křemíkovým filtrem, přičemž druhý fotoelektrický prvek je vytvořen na bázi křemíku. Nevýhodou fotoelektrického prvku na’ bázi germánia je jeho malá tepelná stabilita a dále okolnost , že má příliš širokou spektrální charakteristiku a tím nízkou selektivitu v požadované oblasti světelného spektra.Devices are known (DOS 30 23 211), where the presence of a water-containing liquid, i.e., water alone or in admixture with other substances, is detected on the basis of varying intensities of light rays of varying length by the water contained in the bottle. The known property of water is used here, which exhibits a significant reduction in luminous flux transmittance with a wavelength greater than 1.5 µm, i.e. infrared rays, as compared to shorter wavelength light rays. The sensing part of the device, located at the point of incidence of light beams passing through the inspected cylinder, consists of two photoelectric elements with different spectral characteristics which, for the first photoelectric element, fall within the infrared range and the second for shorter wavelengths, that their output signals have the same values when the light rays they receive pass through a bottle in which there is no water, and they differ when passing through a bottle containing water. In the known solutions, the first photoelectric element is based on germanium with a plated silicon filter, the second photoelectric element is based on silicon. The disadvantage of the germanium-based photoelectric element is its low thermal stability and the fact that it has too wide a spectral characteristic and thus low selectivity in the desired light spectrum region.

Odstranění uvedených nevýhod řeší vynález, jehož podstata spočívá v tom, že prvním fotoelektrickým prvkem je fotodioda na bázi galia, india a arzenidu s předřazeným interferenčním, dielektrickým filtrem.The elimination of these disadvantages is solved by the invention, which is based on the fact that the first photoelectric element is a gallium, indium and arsenide based photodiode with an upstream interference, dielectric filter.

Ve srovnání s fotoelektrickým prvkem na bázi germánia s před řazeným křemíkovým filtrem má první fotoelektrický prvek s předřazeným křemíkovým filtrem podle vynálezu daleko užší spektrálníCompared to the germanium based pre-sequenced silicon filter photoelectric element, the first siliconed pre-filter photoelectric element of the invention has a much narrower spectral

261 731 charakteristiku, díky čewuíje možné aískat velice výraznou změnu jejího výstupního signálu v případě, že v kontrolované láhvi je nežádoucí kapalina s obsahem vody. Zařízení vybavené snímací částí podle vynálezu má proto vysokou rozlišovací schopnost a zaručuje dokonalou indikaci již při výšce hladiny kolem 0,5 mm. Předností je i teplotní a tím celková provozní stabilita zařízení.261 731, it is possible to obtain a very significant change in its output signal if there is an undesirable liquid containing water in the inspected bottle. The device equipped with the sensing part according to the invention therefore has a high resolution and guarantees a perfect indication even at a level of about 0.5 mm. The advantage is also the temperature and thus the overall operational stability of the device.

Na přiložených výkresech je znázorněn příklad zařízení se snímací částí podle vynálezu, kde na obr. 1 je schematický pohled na zařízení, na.obr. 2 je blokový diagram elektronické části zařízení, na obr. 3 je grafické znázornění propustnosti vody při různých vínových délkách světelných paprsků, na obr. 4 je grafické znázornění spektrálních charakteristik jednotlivých prvků snímací části a na obr. 5 je grafické znázornění spektrální charakteristiky použitého světelného zdroje*The accompanying drawings show an example of a device with a sensing part according to the invention, wherein FIG. 1 is a schematic view of the device, FIG. Fig. 2 is a block diagram of the electronic part of the device; Fig. 3 is a graphical representation of the water permeability at different wavelengths of light rays; Fig. 4 is a graphical representation of the spectral characteristics of individual elements of the sensor; *

Jak je znázorněno na obr. 1, ze světelného zdroje 2, kterým může být osvětlovací žárovka obvyklého druhu, jsou vysílány světelné paprsky přes matnici 8 do prostoru, kterým procházejí po neznázorněném dopravníku kontrolované láhve 2· Světelné paprsky prošlé dnem láhve 2 jsou promítány optickou částí 10 zařízení do jeho snímací části 11, opatřené prvním a druhým fotoelektrickým prvkem 12, 13. Jako první fotoelektrický prvek 12 slouží fot·dioda na bázi galia, india a arzenidu, případně s podložkou na bázi india a fosfidů, například fotodioda s výrobním označením TFD-130, používaná jinak k telekomunikačním účelům. Je jí předřazen interferenční dielektrický infračervený filtr 14. jaký se používá například při astronomických pozorováních· Druhý fotoelektrický prvek 13 je vytvořen na bázi křemíku a může jím být například fototranzistor .s výrobním označením KPX-81. Podle znázornění na obr. 2 je výstup prvního fotoelektrického prvku 12 napojen přes první zesilovač 15 na komparátor 18. zatímco druhý fotoelektrický prvek 1.3 je napojen na tentýž komparátor 18 přes druhý zesilovač 16 a potenciometr 17. Výstup komparátoru 18 je napojen na vyhodnocovací část 19. spojenou případně s vyřazovací části zařízení.As shown in FIG. 1, from a light source 2, which may be a light bulb of the usual type, light beams are transmitted through the screen 8 to the space through which the bottle of the inspected bottle 2 (not shown) is transmitted. 10 of the device into its sensing part 11, provided with the first and second photoelectric element 12, 13. The first photoelectric element 12 is a gallium, indium and arsenide based diode, optionally with an indium and phosphide base, for example a photodiode with the trade name TFD. -130, used otherwise for telecommunications purposes. It is preceded by an interference dielectric infrared filter 14, such as used in astronomical observations, for example. As shown in FIG. 2, the output of the first photoelectric element 12 is coupled through the first amplifier 15 to the comparator 18. while the second photoelectric element 1.3 is coupled to the same comparator 18 through the second amplifier 16 and the potentiometer 17. The output of the comparator 18 is coupled to the evaluation section 19. possibly connected with the decommissioning part of the device.

První a druhý fotoelektrický prvek 12. 13 jsou seřízeny tak,The first and second photoelectric elements 12, 13 are aligned such that

- 3 261 731 že v případě, kdy v láhvi 2 není žádná voda, která by pohlcovala paprsky vycházející’* ze světelného zdroje 2» j^sou na jejich výstupech signály o stejných hodnotách , například stejná elektrická napětí. Je-li v láhvi 2 obsažena voda překrývající její dno, jsou infračervené paprsky pohlcovány, zatímco paprsky o kratších vlnových délkách projdou. Tato skutečnost má za následek výrazný pokles elektrického napětí na výstupu prvního fotoelektrického prvku 12 ve srovnání s elektrickým napětím na výstupu druhého fotoelektrického prvku J2· ^Po zesílení ▼ prvním a dtuhém zesilovači 15. 16 j^e rozdíl v hodnotách výstupních signálů prvního a druhého fotoelektrického prvku 12, 13 registrován komparátorem 18, který vyšle příslušný signál do vyhodnocovací části 19» Po zpracování signálu ve vyhodnocovací části 19 je přítomnost vody v láhvi 2 indikována vhodným indikačním zařízením , případně je z vyhodnocovací části 19 vyslán impulz do vyřazovací čájrti, která vyřadí závadnou láhev 2 ^z dopravníku. Citlivost kontroly je nastavena potenciometrem 17 tak, aby byla indikována přítomnost poufce takového množství vody, které je za daných okolností na závadu, a aby nebyly zbytečně vyřazovány láhve 2 ^se zanedbatelným obsahem vody.- 3,261,731 that when the bottle 2 is no water, which would absorb the rays coming '* from the light source 2 »j ^sum to the signal output of the same values, for example the same voltage. If the bottle 2 contains water overlying its bottom, the infrared rays are absorbed while the rays of shorter wavelengths pass. This results in a significant drop in voltage at the output of the photoelectric element 12 in comparison with the electrical voltage at the output of the photoelectric element L2 · ^After amplification ▼ dtuhém first and amplifiers 15, 16 j ^e difference in the values of the output signals of the first and second photoelectric element 12 13 is registered by a comparator 18, which sends a corresponding signal to the evaluation part 19. After the signal has been processed in the evaluation part 19, the presence of water in the bottle 2 is indicated by a suitable indicator device or pulse is sent from the evaluation part 19. ^from conveyor. The sensitivity control potentiometer 17 is set so as to indicate the presence poufce a quantity of water which is under the circumstances at fault, and not to unnecessarily discarded bottles 2 ^with negligible water content.

Na obr. 3, 4 a 5 je křivkami 2 2 znázorněna spektrální charakteristika použitých prvků. Průběh první křivky 2 zobrazuje stupen propustnosti vody v závislosti na různých vlnových délkách světelných paprsků, které jí procházejí. Druhá Křivka 2 představuje spektrální charakteristiku druhého fotoelektrického prvku 23» tj* průběh jeho relativní citlivosti, s maximem na vlnové délce přibližně 0,8 ý*m, kde je voda zcela průsvitná. Třetí křivka 2 představuje průběh relativní citlivosti prvního fotoelektrického prvku 12 s maximem na vlnové délce přibližně 1,6ygm, kdy je voda zcela neprůsvitná. Čtvrtá křivka 2 vyjadřuje. průběh relativní propustnosti interferenčního dielektrického infračerveného filtru 14, jehož působením je zúžena spektrální charakteristika prvního fotoelektrického prvku 12, jak je vyjádřeno pátou křivkou 2· šestá křivka 2 |>^ak znázorňuje spektrální charakteristiku použitého světelného zdroje 2, který dostatečně překrývá oblast vlnových délek v rozsahu citlivosti prvního a druhého fotoelektrického prvku 23, 13«Figures 3, 4 and 5 show the spectral characteristics of the elements used by curves 22. The course of the first curve 2 shows the degree of water permeability as a function of the different wavelengths of light rays passing through it. The second curve 2 represents the spectral characteristic of the second photoelectric element 23, ie the course of its relative sensitivity, with a maximum at a wavelength of approximately 0.8 µm where the water is completely translucent. The third curve 2 represents the course of the relative sensitivity of the first photoelectric element 12 with a maximum at a wavelength of approximately 1.6ygm, when the water is completely opaque. The fourth curve 2 expresses. evolution of the relative permeability of the interference dielectric IR filter 14, whose action is narrowed spectral characteristic of the first photoelectric element 12, as represented by the fifth curve 2 · sixth curve 2 |> ^and shows the spectral characteristic of the light source 2, which sufficiently overlaps the wavelength range within the sensitivity range of the first and second photoelectric elements 23, 13 "

- 4 261 731- 4,261,731

Na místo fotodiody s výrobním označením TFD-130 je možno použít jako prvního fotoelektrického prvku 12 i jiné fotodiody na bázi všech tří uvedených komponentů, tj. galia, india a arzenidu·Instead of the photodiode with the product designation TFD-130, other photodiodes based on all three components, ie gallium, indium and arsenide, can be used as the first photoelectric element 12.

Vynález je využitelný především u zařízení pro kontinuální kontrolu lahví 2, ^de jeho snímací čist 11 může být vhodně kombinována s detekčními crvky pro zjišťování přítomnosti nečistot v lahvích 2, pro zjišťování jejich vad apod· Lze jej však využít i pro diskontinuální kontrolu lahví 2 nebo jiných průsvitných nádob obdobného charakteru·The invention is particularly applicable to a continuous bottle inspection device 2, since its sensing cleanliness 11 can be suitably combined with detection elements to detect the presence of impurities in the bottles 2, to detect their defects etc. However, it can also be used for discontinuous bottle inspection 2 or other translucent containers of similar character ·

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

The sensing part of a device for detecting the presence of water-containing liquids in cylinders having two photoelectric elements arranged at the point of incident of light rays passing through the inspected cylinder, the first of which has a spectral characteristic in the region. and a second in the region of shorter wavelengths, characterized in that the first photoelectric element (12) is a gallium, indium and arsenide based photodiode with an upstream interference dielectric infrared filter (14).