CS267163B1

CS267163B1 - Microcomputer-controlled refractometer with ccd-pickup

Info

Publication number: CS267163B1
Application number: CS87826A
Authority: CS
Inventors: Dusan Ing Csc Kodaj; Peter Ing Korecky
Original assignee: Dusan Ing Csc Kodaj; Peter Ing Korecky
Priority date: 1987-02-09
Filing date: 1987-02-09
Publication date: 1990-02-12
Also published as: CS82687A1

Abstract

Mikropočítačem riadený reflektometer s CCD snímačom je určený na štrukturálnu analýzu tekutých látok v chemickom priemysle, pričom jeho najvSčšie využitie je v potravinárskom priemysle pri analýze tekutin analyzovaných ako binárně zmesi. Umožňuje automatické a nepřetržité meranie indexu lomu meraného média a jeho korekcie v širokom rozmedzí teplót (od 10 do 90 °C) vzhladom na štandardnú teplotu pre refraktometrické meranie (20 °C) a poskytuje unifikované výstupné signály pre automatizačnú a regulační! techniku, sériový číslicový styk s nadriadenými počítačmi alebo přídavnými zariadeniami a vizuálnu kontrolu nameraných hodnót. Snímacia časť refraktometra je vstávaná v prírubovom adaptéri k potrubiu.Microcomputer controlled reflectometer with CCD sensor is designed for structural analysis of liquid substances in the chemical industry, while its greatest use is in the food industry industry for fluid analysis analyzed as binary mixtures. allows automatic and continuous index measurement fracture of the measured medium and its correction in wide temperature range (from 10 to 90 ° C) with respect to \ t to the standard refractometric temperature measurement (20 ° C) and provides unified output signals for automation and control! technology, serial digital contact with superiors computers or additional computers devices and visual inspection of the measurements values. The sensing part of the refractometer is raised in the flange adapter to the pipe.

Description

Vynález sa týká mikropočítačem riadeného refraktometra s CCD snímačom.The invention relates to a microcomputer-controlled refractometer with a CCD sensor.

Doteraz známe refraktometre pracujúce v potravinárskom priemysle na principe metody úplného vnútorného odrazu světla meraním medzného uhla využívajú na pozorovanie a vyhodnotenie hranice světla a tieňa, tzv. rozhrania, obyčajne jeden alebo dva fotoelementy umiestnené tak, aby mohli snímat změny polohy uvedeného rozhrania, ktoré odpovedajú změnám medzného uhla podlá fyzikálnych vlastností meraných látok. Prvý typ refraktometrov s dvoma fotoelemgntami je konštruovaný tak, že obrazec rozhrania je snímaný integrálně jedným fotoelementom a druhý slúži na indikáciu zmien jasu světelného zdroja. Týmito změnami jasu je potom korigovaný signál fotoelementu snímajúceho obrazec rozhrania bu3 zložitým elektromechanickým spůsobom za použitia pohyblivých elementov, alebo transformáciou obrazca rozhrania do prierezu fotoelementu svetlovodičovými meničmi prierezu. Obe metody snímania obrazca rozhrania potom eliminujú vplyv zmien jasu světelného zdroja známými elektronickými metodami (mostíkové metody, diferenciálny zosilňovač atá.). Nevýhodou elektromechanického vyhodnotenia je nutnost používat zložité optické a mechanické elementy, ktorých realizácia je vzhladom na požadované metrologické vlastnosti refraktometra náročná a nevýhodou druhého spósobu je nemenej náročná realizácia svetlovodných meničov prierezu. Spoločnou nevýhodou tohto typu refraktometrov je nutnost odstránit chyby spósobené nerovnakou charakteristikou dvojice fotoelementov ako aj problémy s fotodetekčným usporiadaním dvojice fotoelementov. Druhý typ refraktometrov používá jediný fotoelement, čím sa chyby dvojice fotoelementov kompenzujú, avšak obtiaže vzniklé kolísáním jasu světelného zdroja obchádza zložitou mechanickou moduláciou světelného lúča,. pričom je potřebné zabezpečit konstantně parametre tejto mechanickej modulácie. Ďaíšou spoločnou nevýhodou refraktometrov oboch typov je nedostatečný rozsah teplotnej korekcie nameraného indexu lomu vzhladom na potřeby priemyslu, čo vedie bud k skresleným výsledkem merania alebo k zvýšenej spotrebe energie (schladenie média do korigovanej oblasti teplót a jeho opatovný ohřev, ako je to napr. pri roztokoch sacharózy). Spomenuté nedostatky neodstraňuje ani případné využitie mikropočítače na spracovanie dát a riadenie refraktometra.Until now, known refractometers working in the food industry on the principle of the method of complete internal reflection of light by measuring the limiting angle are used for observation and evaluation of the boundary of light and shadow, the so-called interfaces, usually one or two photoelements positioned so as to be able to detect changes in the position of said interface which correspond to changes in the cut-off angle according to the physical properties of the substances to be measured. The first type of refractometers with two photoelectrons is designed so that the interface pattern is scanned integrally by one photoelectric element and the second serves to indicate changes in the brightness of the light source. These brightness changes then correct the signal of the photoelectric element sensing the interface pattern either in a complex electromechanical manner using moving elements, or by transforming the interface pattern into the cross-section of the photoelectric element by light guide cross-section converters. Both methods of sensing the interface pattern then eliminate the effect of changes in the brightness of the light source by known electronic methods (bridge methods, differential amplifier, etc.). The disadvantage of electromechanical evaluation is the need to use complex optical and mechanical elements, the implementation of which is demanding due to the required metrological properties of the refractometer and the disadvantage of the second method is no less demanding implementation of light cross-section converters. A common disadvantage of this type of refractometers is the need to eliminate errors caused by unequal characteristics of the photoelement pair as well as problems with the photodetection arrangement of the photoelement pair. The second type of refractometer uses a single photoelement, which compensates for the errors of the pair of photoelements, but the difficulties caused by fluctuations in the brightness of the light source are circumvented by a complex mechanical modulation of the light beam. while it is necessary to provide constant parameters of this mechanical modulation. Another common disadvantage of refractometers of both types is the insufficient range of temperature correction of the measured refractive index due to the needs of industry, which leads either to skewed measurement results or increased energy consumption (cooling the medium to the corrected temperature range and reheating it, such as solutions sucrose). The mentioned shortcomings are not eliminated by the possible use of a microcomputer for data processing and refractometer control.

Horeuvedené nevýhody odstraňuje mikropočítačem riadený refraktometer s CCD snímačom. Jeho podstatou je využitie CCD snímača ako snímacieho fotoelementu obrazca rozhrania s následným spracovaním elektronickéj informácie CCD snímača a snímača teploty refraktometra mikropočítačem, ktorý zabezpečuje aj všetky riadiace funkcie refraktometra tak, aby boli dosiahnuté vyhovujúce metrologické vlastnosti príštroja a zvýšená informovanost používatelov refraktometra (unifikovaný analogový výstupný signál, číslicový sériový přenos, zobrazovacia jednotka).The above-mentioned disadvantages are eliminated by a microcomputer-controlled refractometer with a CCD sensor. Its essence is the use of the CCD sensor as a scanning photoelement of the interface pattern with subsequent processing of electronic information of the CCD sensor and refractometer temperature sensor by a microcomputer, which also provides all refractometer control functions to achieve satisfactory metrological properties and increased information of refractometer users , digital serial transmission, display unit).

Pozitivně vlastnosti CCD snímača akými sú jeho vysoká linearita, necitlivost na vonkajšie elektrické a magnetické polia, stabilita, otrasuvzdornosť, malé rozměry, nízký příkon, umožňujú vylúčit všetky negativné vplyvy elektromagnetického a elektrooptického spracovania obrazca rozhrania, zjednodušia optickú cestu refraktometra a zníži sa výrazné příkon světelného zdroja, pričom změny intenzity světelného zdroja na obrazec rozhrania sú eliminované programovými prostriedkami mikropočítačem. Na výsledky merania nemá vplyv stárnutie světelného zdroja, ani čiastočné znečistenie povrchu meracieho hranola. Okrem toho mikropočítač sprácováva aj korekcie vplyvu zmien teploty na index lomu meraného média až do teploty 90 °C, čím sa zjednoduší obvodové riešenie refraktomera. Výhodou mikropočítačem riadeného refraktometra s ČCD snímačom je aj to, že poskytuje výstupná analógovú informáciu unifikované] úrovně o meraných veličinách pre potřeby regulačněj techniky a číslicový sériový styk s periférnymi zariadeniami, alebo nadriadeným hierarchickým systémom.Positive properties of the CCD sensor, such as its high linearity, insensitivity to external electric and magnetic fields, stability, shock resistance, small size, low power consumption, eliminate all negative effects of electromagnetic and electro-optical processing of the interface pattern, simplify the optical path of the refractometer and reduce significant light transmission. changes in the intensity of the light source to the interface pattern are eliminated by microcomputer software. The measurement results are not affected by the aging of the light source or the partial contamination of the surface of the measuring prism. In addition, the microcomputer also processes corrections of the effect of temperature changes on the refractive index of the measured medium up to a temperature of 90 ° C, which simplifies the circuit solution of the refractometer. The advantage of a microcomputer-controlled refractometer with a CCD sensor is also that it provides output analog information of a unified level of measured quantities for the needs of control technology and digital serial contact with peripheral devices or a superior hierarchical system.

Na priloženom výkrese je na obrázku naznačený příklad mikropočítačem riadeného refraktometra s CCD snímačom. Mikropočítačem riadený refraktometer s CCD snímačom obsahuje: švetelný zdroj JL, merací hranol 2, CCD snímač 3, zosilňovač 4, analogový přepínač 5, analógovočíslicový převodník 6, mikropočítač 2» blok riadenia CCD 8, snímač teplot 2' převodník teploty na pxud 22' odpor 21' výstupnú svorku unifikovaného signálu teploty 12» zobrazovaciu jednotku 13,převodník napStia na prud 14, výstupnú svorku sériového výstupu 22' číslicovoanalógový převodník na prúd 16 a výstupnú svorku unifikovaného signálu refrakcie 17. Zvazok světelných lúčov vychádzajúci zo světelného zdroja 2 vytvára po přechode metacím hranolom 2, ktoréhoThe attached drawing shows an example of a microcomputer-controlled refractometer with a CCD sensor. Microcomputer-controlled refractometer with CCD sensor includes: light source JL, measuring prism 2, CCD sensor 3, amplifier 4, analog switch 5, analog-to-digital converter 6, microcomputer 2 »control block CCD 8, temperature sensor 2 'temperature converter to pxud 22' resistance 21 'unified temperature signal output terminal 12' display unit 13, voltage to current converter 14, serial output output terminal 22 ', digital to analog current converter 16 and unified refraction signal output terminal 17. The light beam emanating from the light source 2 forms prism 2, of which

CS 267 163 Bl jedna strana je v styku s meraným médiom, na obrazcovom poli CCD snímača 2 charakteristický obraz rozhrania vlastný pre refraktometrickú metodu úplného vnútorného odrazu světla, pričom posun rozhrania je závislý na zmene indexu lomu meraného média. CCD snímač 2 mění optický signál obrazca rozhrania na postupnost elektrických nábojov, ktorá je z výstupu 31 CCD snímača přivedená do vstupu 41 zosilňovača i. Riadenie činnosti CCD snímača 2 zabezpečuje blok riadenia CCD 2/ ktorý riadi generovanie potřebných signálov a rýchlosť vyčítavania z CCD snímača 2 ako aj čiastočne spracovanie videosignálu. Příslušné signály sú přivedené z výstupu 81 bloku riadenia CCD 8 do vstupov 32 CCD snímača 2· Konečná úprava videosignálu sa realizuje v zosilňovači 4 a z jeho výstupu 42 je spracovaný videosignál přivedený na vstup 51 analogového prepínača 5. Analogový přepínač 2 je přepínaný podlá logickej úrovně signálu na svojom vstupe 52» pričom túto logickú úroveň generuje mikropočítač 2 prostredníctvom svojho výstupu 22· Teplota meraného média je snímaná snímačom teploty 9 a z jeho výstupu 91 informácia o nameranej teplote vstupuje do vstupu 101 prevodníka teploty na prúd 10.CS 267 163 B1 one side is in contact with the measured medium, on the image field of the CCD sensor 2 a characteristic image of the interface inherent for the refractometric method of complete internal light reflection, the displacement of the interface depending on the change of the refractive index of the measured medium. The CCD sensor 2 converts the optical signal of the interface pattern into a sequence of electric charges, which is fed from the output 31 of the CCD sensor to the input 41 of the amplifier i. The control of the operation of the CCD sensor 2 is provided by the CCD control block 2 / which controls the generation of the required signals and the reading speed from the CCD sensor 2 as well as the partial processing of the video signal. The respective signals are fed from the output 81 of the CCD control block 8 to the inputs 32 of the CCD sensor 2. The video signal is finished in the amplifier 4 at its input 52, this logic level being generated by the microcomputer 2 via its output 22.

Z výstupu 102 prevodníka teploty na prúd 10 vystupuje unifikovaný prúdový signál, kterého velkost je funkciou nameranej teploty, do výstupnej svorky 12 refraktometra, kde móže slúžiť k účelom regulácie alebo registrácie a z výstupu 103 prevodníka teploty na prúd 10 je přivedený ten istý prúdový výstupný signál na zaťažovací odpor 12- Prietokom prúdu cez odpor 11 k neutrálnej svorke (zemi) refraktometra sa na ňom vytvoří úbytok napatia, ktorý je přivedený do druhého vstupu 52 analogového prepínača 2· ^z výstupu 54 analogového prepínača 5 je jeden z analogových signálov (teplota, refrakcia) přivedený k vstupu 61 analógovočíslícového prevodníka 6. Tento převodník je riadený z výstupu 72 mikropočítača 7 a riadiaci signál vstupuje do vstupu 63 analógovočíslicového prevodníka 6. Z výstupu 62 analógovočíslicového prevodníka 6 sú do vstupu 71 mikropočítača 2 přivedené dáta o nametaných veličinách v binárnom tvare. Mikropočítač 2 vykonává podlá inštrukcií programu spracovanie týchto dát, pričom komunikuje kvóli synchronizácii s blokom riadenia CCD 2 tak, ež z výstupu 78 mikropočítača 2 postupuje riadiaci signál do vstupu 82 bloku riadenia CCD 8/ ^z ktorého výstupu 83 je přivedený synchronizačný signál do vstupu 77 mikropočítača 2· Mikropočítač 2 okrem toho vykonává aj automatickú korekciu refrakcie vzhladom na štandardnú teplotu refraktometrických meraní (20 °C) v rozmedzí teplot 10 až 90 °C a linearizáciu prevodovej charakteristiky snímača teploty 2· Výsledky týchto operácií sú cez výstup 76 mikropočítača 2 přivedené do vstupu 131 zobrazovacej jednotky 13. Po konverzii dát z paralelního do sériového tvaru prenáša mikropočítač 7 tieto dáta z výstupnej svorky 75 do vstupnej svorky 141 prevodníka napatia na prúd 14 Tento převodník zabezpečuje sériový styk prúdovým signálom unifikovanej úrovně 20 mA prostredníctvom svojho výstupu 142 a s ním prepojenej svorky sériového výstupu 22· ^Pre potřeby automatizačnej techniky poskytuje mikropočítač 2 ^aj analógovú informáciu o korigovanej hodnotě refrakcie. Za týmto účelom sú z výstupu 74 mikropočítača 7 přivedené dáta do vstupu 161 číslicovoanalógového prevodníka na prúd 16 a jeho výstup 162 poskytuje pre výstupná svorku refrakcie 17 prúdový signál unifikovanej úrovně, pričom jeho velkost je funkciou korigovanej refrakcie.From the output 102 of the temperature converter 10, a unified current signal, the magnitude of which is a function of the measured temperature, is output to the output terminal 12 of the refractometer, where it can be used for regulation or registration. load resistance 12- The current flow through the resistor 11 to the neutral terminal (ground) of the refractometer creates a voltage drop on it, which is fed to the second input 52 of the analog switch 2 · ^{from the} output 54 of the analog switch 5 is one of the analog signals (temperature, refraction) fed to the input 61 of the analog-to-digital converter 6. This converter is controlled from the output 72 of the microcomputer 7 and the control signal enters the input 63 of the analog-to-digital converter 6. From the output 62 of the analog-to-digital converter 6 According to the program instructions, the microcomputer 2 processes this data, communicating the synchronization quota with the CCD control block 2, so that the control signal from the output 78 of the microcomputer 2 passes to the input 82 of the CCD control block 8 / ^from which output 83 a synchronization signal is fed to the microcomputer input 77. 2 · In addition, microcomputer 2 performs automatic refraction correction with respect to the standard temperature of refractometric measurements (20 ° C) in the temperature range of 10 to 90 ° C and linearizes the transmission characteristic of temperature sensor 2 · The results of these operations are fed through 131 of the display unit 13. After converting the data from parallel to serial form, the microcomputer 7 transmits this data from the output terminal 75 to the input terminal 141 of the voltage to current converter 14. serial output 22 · ^For automatic needs In the prior art, the microcomputer 2 ^and 3 provide analog information on the corrected refraction value. For this purpose, data is fed from the output 74 of the microcomputer 7 to the input 161 of the digital-to-analog converter 16 and its output 162 provides a unified level current signal for the refraction output terminal 17, the magnitude of which is a function of the corrected refraction.

Mikropočítačem riadený refraktometer s CCD snímačom je možné využívat: vo všetkých odvet viach chemického priemyslu najma pri analýze tekutých médií.A microcomputer-controlled refractometer with a CCD sensor can be used: in all branches of the chemical industry, especially in the analysis of liquid media.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

A microcomputer-controlled refractometer with a CCD sensor, characterized in that its optical part comprises a light source (1), a measuring prism (2) and its electronic part consists of a CCD sensor (3) which is connected to an input by its output (31). (41) of the amplifier (4), the amplifier (4) is connected by its output (42) to the input (51) of the analog switch (5) and via the output (54) of the analog switch (5) it is connected to the input (61) of the analog-to-digital converter (6), which is connected to it by its output (62) and via the input (71) of the microcomputer (7) and at the same time the microcomputer (7) is connected by its output (72) to the input (63) of the analog-to-digital converter (6) and its output (73) the microcomputer (7) is connected to the input (53) of the analog switch (5), wherein

I

The output (78) of the microcomputer (7) is connected to the input (82) of the CCD control block (8), the output (81) of which is connected to the input (32) of the CCD sensor (3) and the output (83). ) of the CCD control block (8) is connected to the input (77) of the microcomputer (7).

2. Refractometer according to claim 1, characterized in that the temperature sensor (9) is connected by its output (91) to the input (101) of the current-to-current converter (10), which is connected by its output (102) to the temperature output terminal (12). ), the temperature-to-current converter (10) being connected by its output (103) to one terminal of the resistor (11) and at the same time to the input (52) of the analog switch (5), while the other terminal of the resistor (11) is connected to the neutral refractometer clamps.

3. Refractometer according to claim 1 and claim 2, characterized in that a display unit (13) is connected to the output (76) of the microcomputer (7) by its input (131) and the output (75) of the microcomputer (7) is connected to the input (141). ) of a current-to-current converter (14), its output (142) being connected to a serial output terminal (15) and at the same time the output (74) of a microcomputer (7) being connected to the input (161) of a digital-to-analog current converter (16). the output (162) is connected to the refraction output terminal (17).