FI69371C - Foerfarande och anordning foer observation av dropp- och/ellerpartikelformigt material - Google Patents

Description

6 9 3 71 1 Menetelmä ja laite pisara- ja/tai hiukkasmuotoisen materiaalin havainnointiin Förfarande och anordning för observation av dropp-och/eller partikelformigt material 5

Keksinnön kohteena on menetelmä kappaleiden, etenkin pisara- ja/tai hiukkasmuotoisen materiaalin läsnäolon havainnointiin, koon tai sen jakautuman ja/tai määrän mittaukseen, jossa menetelmässä käytetään 10 lähetinjärjestelyä, jolla lähetetään pulssitettuna sähkömagneettista säteilyä tai ultraääntä mittausalueen läpi vastaanottolaitteisiin, joilla mittausalueen poikki läpikulkenut ja/tai mittauskohteesta siron-nut säteily havaitaan ja ilmaistaan ja täten muodotetaan mittaussignaali, jossa menetelmässä havaitaan ja lasketaan vastaanottolaitteilla 15 lähetinlaitteista tulevat ne pulssit, joiden mittauskohteen yhteydessä vaimentuneiden amplitudien itseisarvot alittavat tietyn referenssitason itseisarvon tai referenssitasojen itseisarvot.

Lisäksi keksinnön kohteena on menetelmän toteuttamiseen tarkoitettu 20 laite, joka käsittää runko-osan, jonka yhteyteen on järjestetty vastakkain lähetinlaitteet ja vastaanottolaitteet, joiden väliin on järjestetty mittausalue, jossa tai jonka läheisyydessä olevia tai jonka läpikulkevia kappaleita havainnoidaan ja jossa lähettimessä on pulssigene-raattori, jolla syötetään lähetinkomponenttia, kuten valoa emittoivaa 25 puolijohdekomponenttia tai ultraäänilähetintä, ja joihin vastaanottolaitteisiin kuuluvat vastaanotinkomponentti kuten fototransistori tai ultra-äänivastaanotin ja vahvistin sekä komparaattoriyksikkö ja mittaustuloksen ilmaisu- tai käsittely-yksikkö.

30 Ennestään tunnetaan mm. ns. "tipping bucket" sademäärän mittari, jossa sade kerätään suppiloon, josta tiputettavat pisarat lasketaan mekaanisella laskurilla.

Ennestään on tunnettuja myös useat erilaiset optiset sademäärän tai 35 muiden pisaramaisten hiukkasten tai suurempien kappaleiden havainnointiin tai määrämittaukseen tarkoitetut laitteet, joissa havainnointi perustuu optisiin laitteisiin tai ultraäänen käyttöön. Näissä tunne- 2 69371 1 tuissa laitteissa esim. valonlähteestä lähetetään säteilykella, joka vastaanotetaan esimerkiksi fototransistorilla. Näiden laitteiden osalta viitataan esimerkkeinä US-patentteihin 4 179 218, 4 225 245 ja 4 333 724 sekä GB-patenttiin 2 080 555. Lähiten esillä olevaa 5 keksintöä sivuaa FR-patentti 7 440 094 (julkaisu n:o 2293718), josta julkaisusta on tunnettu sellainen optinen sademittari, jossa käytetään linssejä sekä maskeja, joiden avulla saadaan aikaan pääasiallisesti suorakulmaisen särmlön muotoinen säteilykella ja mittausalue. Tässä tunnetussa laitteessa samoin kuin eräissä muissa vastaavissa laitteissa jou-10 dutaan lähetettävä säteily hajoittamaan verraten laajalle alueelle, mistä on seurauksena se epäkohta, että laitteeella on verraten pieni dynaaminen-alue. Lisäksi linssisyteemin käyttö vaatii hyvin tarkkaa kohdistusta.

Ennestään tunnetuissa laitteissa on epäkohtana ollut myös lähetetyn 15 mittaussäteilyn keilan tehon epästabiilisuus ja ryöminen. Kyseisissä optisissa mittauslaitteissa epäkohtana on lisäksi se, että taustasäteily, esim. valaistusvaihtelut aiheuttavat mittausepätarkkuutta. Tähän liittyvänä epäkohtana on myös se, että lähettimen ja vastaanottimen linssien likaantuminen aiheuttaa virhettä. Myös pienten pisaroiden tai 20 hiukkasten havainnoimisessa on ollut toivomisen varaa.

Esillä olevan keksinnön eräänä tarkoituksena on aikaansaada sellainen sähkömagneettiseen säteilyyn tai ultraäänen käyttöön perustuva menetelmä ja laite kappaleiden havainnointiin, koon tai kokojakautuman 25 ja/tai määrän mittaukseen, jossa ei ilmene edellä kosketeltuja epäkohtia ja josta saadaan aikaan entistä tarkempi mittaustulos suhteellisen yksinkertaisin laittein.

Keksinnön tarkoituksena on lisäksi sellaisen laitteen aikaansaaminen, 30 josta saadaan mittaustulokset digitaalisena signaalina esimerkiksi puls-sisarjana, jonka pulssien lukumäärä on riippuvainen esimerkiksi sademäärästä tai muusta mitattavasta suureesta.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada sellainen mlttaus-35 laite, jossa mittaustulos saadaan vaihtelevana taajuutena niin, että mittaustulosten ilmaisu ja/tai jatkokäsittely on yksinkertaista ja mittaustulos voidaan ilmaista esim. yksinkertaisella pulssilaskurilla.

3 69371 1 Keksinnön eräänä erityistarkoituksena on aikaansaada sellainen mittauslaite, joka on automaattisesti säätyvä muuttuvien ympäristöolosuhteiden esim. valaistusolosuhteiden tai eri osien likautumisten mukaisesti.

5 Keksinnön eräänä erityistarkoituksena on aikaansaada sellainen mittauslaite, jossa eräissä erikoissovellutuksissa voidaan käyttää laservaloa ja hyödyntää sen erityisiä ominaisuuksia.

Esillä olevan keksinnön lisätarkoituksena on aikaansaada sellainen 10 kyseinen mittaus- ja/tai havainnointilaite, joka soveltuu käytettäväksi useissa erilaisissa käyttökohteissa, joista mainittakoon esimerkkeinä sademittaukset, näkyvyysmittaukset, erilaiset saastemittaukset, neste-annostelijat, erilaiset lääketieteen ja biologian mittalaitteet kuten verisolujen mittaus näytteestä ja erilaiset esineiden havainnointilait-15 teet kuten kuljetinhihnojen yhteyteen sovitetut laitteet.

Lisäksi keksinnön tarkoituksena on aikaansaada sellainen mittauslaite, jonka mekaaninen rakenne tarjoaa mahdollisuudet soveltaa menetelmää ja laitetta myös sellaisissa kohteissa, kuten teollisuusprosesseissa, 20 joissa olosuhteet mittauksen kannalta ovat vaikeat esimerkiksi lämpötilan, vaikeasti luoksepäästävän mittauskohteen tai muiden seikkojen vuoksi.

Edellä esitettyihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksin-25 non menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että referenssitaso tai referenssitasot ovat järjestetty säätymään mittausolosuhteiden muutosten perusteella, ja että mainitun referenssitason tai referenssitasojen tietyllä aikavälillä alittavien pulssien lukumäärää käytetään mitattavaa suuretta kuvaavana signaalina tai sen muodostamiseen.

30

Keksinnön mukaiselle laitteelle on puolestaan pääasiallisesti tunnusomaista se, että laitteen vastaanottolaitteisiin kuuluu lisäksi vertailu-tason tai vertailutasojen generointiyksikkö, joka vastaanotetun signaalin perusteella muodostaa säätyvän referenssitason tai -tasot.

Keksinnön mukaisesti lähetin ja vastaanotin kohdistetaan siten, että mitattavien kohteiden ollessa ns. aktiivisella alueella saadaan vastaan-ottimelle kohteen dimensioista ja/tai määrästä riippuva vaste. Lähetin 35 69371 1 voi olla kohdistettu joko suoraan vastaanottimeen tai siten, että lähetetty sähkömagneettinen säteily tai ultraääni siroaa mittauskohteesta vastaanottimelie.

5 Kun tiedetään lähetystaajuus ja lasketaan vastaanotetuista pulsseista ne, jotka leikkaavat referenssitason tai -tasot, saadaan keksinnön mukainen laite kalibroitua tietyn kohdematerian suhteen. Joidenkin kohteiden dimensioiden tai materian ominaisuuksien takia voidaan riippuvuus suoraan laskea.

10

Referenssitasoa muuttelemalla voidaan vaikuttaa mittauksen herkkyyteen ja tarvittaessa eliminoida ympäristöolosuhteiden vaihteluiden aiheuttamia virheitä.

15 Valitsemalla useita erilaisia esim. toistuvasti ja automaattisesti vaihdettavia referenssltasoja saadaan aikaan monikanavainen mittaussyteemi, jota voidaan käyttää esim. hiukkasmaisten esineiden kokojakauman mittaamiseen.

20 Käytettäessä keksinnön mukaisessa laitteessa vastaanotto- ja/tai lähetys-puolella valokaapeleita, voidaan laitteen mekaaninen rakenne sovittaa hyvin useisiin erilaisiin ja vaikeisiinkin mittauskohteisiin.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla ohei-25 sen piirustuksen kuvioissa esitettyihin keksinnön eräisiin sovellutus-esimerkkeihin, joiden yksityiskohtiin keksintöä ei ole rajoitettu.

Kuviossa 1 on esitetty lohkokaaviona keksinnön menetelmä ja laite, joka soveltuu esimerkiksi nestepisaroiden kuten sateen mittaamiseen.

30

Kuvio 2 havainnollistaa lähetettyä moduloitua säteilyä sekä vastaanotettua aktiivisen mittausalueen kautta kulkenutta säteilyä eri tilanteissa.

Kuvio 3 esittää kuvion 1 mukaisen laitteen erästä mekaanista rakenne-35 esimerkkiä.

Kuvio 4 esittää mittauslaitteen lähetinosaa.

li 5 69371 1 Kuvio 5 esittää mittausjärjestelmän vastaanotinta.

Kuvio 6 esittää erästä toista keksinnön vaihtoehtoista mekaanista toteutusta, jossa käytetään vastaanotinpuolella valokaapelia.

5

Kuvio 7 esittää sellaista keksinnön sovellutusta esim. näkyvyysmittaukseen, jossa käytetään yhtä lähetintä ja sen kanssa yhteistoimintaan sovitettua kahta vastaanotinta.

10 Kuvion 1 mukaisesti lähetinosan 10 pulssigeneraattorilla 11 synnytetään esim. 1 kHz:n taajuudella pulsseja, jotka johdetaan pulssivahvistimeen 12 ja edelleen tällä ohjataan lähetinkomponenttiä 13, joka on esim. kapeakeilainen infrapuna-alueella toimiva LED.

15 Lähetinkomponentti 13 on suunnattu suoraan kohti vastaanotinosan vas-taanotinkomponenttia 21, joka on esim. fotodiodi. Vastaanotetut pulssit vahvistetaan vahvistimella 22 ja etenkin taustahäiriöiden minimoiseksi vertailutaso muodostetaan vastaanotettujen pulssien tason perusteella erityisellä vertailutasoa generoivalla elektronisella kytkennällä 23.

20 Vahvistetut pulssit ja vertailutaso viedään komparaattorille 24, jonka antona UQUt saadaan pulssi esim. aina silloin, kun vahvistettu pulssi ylittää vertailutason U Nämä pulssit lasketaan laskurilla 25.

Edellä kaaviollisesti esitetty laite toimii pääpiirteittäin seuraavasti. 25 Jos aktiivinen alue A on mitattavista kappaleista vapaa, saadaan vastaan-ottimelle jokainen lähetetty pulssi. Vertailutaso U ^ asetetaan hieman pulssien huippuarvon alapuolella, jolloin myös komparaattorin 24 anto-signaalina U saadaan laskurille lähetystaajuus. Kun lähettimen 13 ja vastaanottimen 21 välinen aktiivisella alueella A on esim. pisara, jää 30 pisaran nopeudesta ja dimensioista riippuva määrä lähetettyjä pulsseja saapumatta vastaanottimelle.

Säteilykeilan K halkaisija 6 on esimerkiksi <5 s: 1-4 mm. Mittausvälin L pituus on esimerkiksi 1^2-50 cm.

Kuviossa 2 käyrä a) kuvaa lähetettyä moduloitua signaalia. Käyrä b) kuvaa vastaanotettua säteilypulssisarjaa siinä tapauksessa kun mittaus- 35 6 9 3 71 1 välille L säteilykeilaan K ei osu sadepisaroita tai muita havaittavia kappaleita. Käyrä c) esittää tilannetta, jossa raittauskeilaan K on osunut hyvin pieni pisara, jolloin kaksi pulssia on vaimentunut. Käydä d) esittää tilannetta, jossa mittauskeilaan K on osunut suuri pisara, 5 jolloin useita pulsseja on vaimentunut.

Vaikka edellä ja seuraavassa keksintöä selostetaan viittaamalla lähinnä sellaisiin sademittareihin tai muihin verraten pienikokoisten hiukkasten havainnointiin, koon, määrän tai kokojakautuman mittaukseen soveltuviin 10 menetelmiin ja laitteisiin, joissa mittaussignaali kohdistetaan suoraan lähettimestä vastaanottimeen, on tässä yhteydessä syytä korostaa sitä, että keksintö soveltuu mainituista käyttökohteista huomattavasti poik-keaviinkin sovellutuksiin esim. varsin suurikokoisten kappaleiden määrän, koon tai läsnäolon havainnointiin. Keksinnön piiriin kuuluvat myös 15 sellaiset sovellutukset, joissa lähetetty säteily siroaa mittausalueelta. Sirontaan perustuvissa sovellutuksissa on edullista asettaa keksinnössä käytetty referenssltaso U ^ ennakolta sopivalle tasolle tai järjestää referenssitaso esim. ulkopuolisella anturilla mlttausolosuhteiden muutosten mukaisesti säätyväksi.

20

Myös laser-sovellutukset kuuluvat keksinnön piiriin.

Käytettäessä keksinnön mukaisissa laitteissa ultraääntä mittaussignaalina on ultraäänen lähettiminä esim. sinänsä tunnetut ultraäänikiteet 25 tai magnetostrlktioon perustuvat ultraäänilähettimet ja vastaanottimina myös ultraäänikiteet tai muut mikrofonilaitteet.

Kuvio 3 esittää laitteen erästä mekaanista toteutusesimerkkiä, jossa jalustalle 34 on sijoitettu runko-osa 30, joka on U-muotoinen käsittäen 30 päätyosat 31 ja 32 ja niitä yhdistävän vaakaosan 33. Lähetinkomponentti 11 on sijoitettu toisen päädyn sisäsivuun suojuksen 16 sisälle. Vastaan-otinkomponentti 21 on sijoitettu toisen päätyosan 32 sisäsivulle suojuksen 26 sisälle. Suojuksissa 16 ja 26 on avoimet aukot toisia vastassa niin, että säteilykeila K pääsee kulkemaan mittausvälillä L. Laitteeseen 35 kuuluu sähköjohdot (ei-esitetty), joilla laitteen tarvitsema sähköteho tuodaan laitteelle ja mittaustulokset johdetaan mittaustietojen käsittelylaitteille.

7 69371 1 Lähetinkomponenttina 13 on esim. infrapunalähetin FPE104 (Fairchild), joka on kapeasäteinen infrapunalähetin.

Vastaanotinkomponenttina 21 käytetään esim. fototransistoria TIL81, jota 5 voidaan käyttää joko transistori- tai diodikytkettynä. Diodikytkennässä vaste on lähes lineaarinen. Pienillä säteilytehon arvoilla transistori-kytkentä on yleensä n. 400 kertaa diodikytkentää herkempi. Tämä edellyttäisi kuitenkin, että häiritsevän taustan osuus saataisiin eliminoitua pois. Käytännössä taustasäteily on kuitenkin niin voimakasta, että hyö-10 tysignaalin muutokset eivät aiheuta riittävää muutosta kollektorivir-taan. Tämän vuoksi onkin tässä yhteydessä käytettävä diodikytkettyä fototransistoria.

Lähetinosan 10 elektroniikka selviää kuviosta 4. Lähetinosaan 10 liitty- 15 vän elektroniikan tehtävänä on syöttää infrapunaledille 13 esim. noin 10 s:n pulssi esim. 1 ms:n välein f =1 kHz. Tähän tarvitaan kuviossa o A oskillaattori 11, laskuri 15 ja virtaa syöttävä driveri 15a. Stabiilin CMOS-oskillaattorin 11 voi toteuttaa esim. kuvion A kytkennällä käyttäen kolmea invertteriä MM74C04. Valitsemalla oskillaattorissa 11 R1=R2= 12 k 20 ja CB 68pF saadaan käytännössä taajuudeksi 50 kHz. Eripituisia ajoitus-signaaleja saadaan laskurilla 15 viemällä oskillaattorin 13 ulostulo kellopulssiksi. Laskurin 15 MC1A0A0B on 12-bitin binäärinen CMOS-laskuri, mikä inkrementoituu kellopulssin laskevalla reunalla. Laskurilla ohjataan virransyöttöosan 15a piiriä SN75325, mikä on suunniteltu alunperin muis-25 tidriveriksi. Virran huippuarvo on noin 200 mA.

Vastaanottimen 20 rakenne ja toimintaesimerkki selviävät kuviosta 5. Vastaanottimeen 20 tullessaan on keksinnön avulla mitattava tieto puuttuvien tai heikentyneiden pulssien muodossa. Vastaanottimen 20 tulee 30 erottaa ja laskea erilaiset pulssit muista häiriintymättömlstä pulsseista. Mittaustulosten ilmaisu hoidetaan esim. siten, että jokaista vastaanottimella 20 havaittua pulssia verrataan pulssien integroituun keskiarvoon, joka on laskettu riittävän pitkällä aikavälillä. 1

Kun normaalia matalampi pulssi havaitaan, tapahtuu ilmaisu. Sen sijaan jos häiriö on jatkuva (esim. peittäminen tai likaantuminen), laskee ver- 8 69371 1 tailutaso, eikä ilmaisua tapahdu. Samoin taustasäteilyn nopeasti muuttuva intensiteetti ei aiheuta ilmaisua.

Vastaanottimen elektroninen rakenne selviää kuviosta 5.

5

Vastaanotettujen pulssien ilmaisua varten tarvitaan vertailtava jännitetaso U Kun mitatun ja vahvistetun pulssin korkeus jää tätä tasoa U ^ pienemmäksi tapahtuu ilmaisu. Tässäkin on huomioitava pulssien korkeuden muuttuminen, jota aiheuttaa esim. sumu, virtalähteen heikkenemi-10 nen, lika jne. Näistä syistä tulee vertailutason U ^ olla tilanteen mukana muuttuva.

Vertailutason luomiseen käytetään kuviossa 5 esitettyä piiriä 23, joka pitää yllä jännitetasoa joka on noin 10 % alhaisempi kuin 15 sisääntulopulssit keskimäärin. Verrattavat jännitteet viedään komparaattoriin 25 (esim. MM74C909 (CMOS)), jonka ulostulo on LO-tilassa, kun slsäänmenopulssi on vertailutason U ^ yläpuolella. Kun pisaran aiheuttama Intensiteetin lasku vastaanottimella on suurempi kuin 10 %, jää komparaattorin 24 slsäänmenopulssi vertailutason alle ja komparaattori 20 pysyy HIGH-tilassa.

Lohkossa 27 oleva CD452BC on CMOS-tekniikalla toteutettu uudelleenlii-paistava monostabiili, jonka pulssin pituus (aikavakio) voidaan määrätä ulkoisin komponentein (vastus ja kondensaattori). Valitsemalla vastuk-25 seksi 560 k ja kondensaattoriksi 47 nF saadaan piirin aikavakioksi n. 2 ms.

Kuvioissa 4 ja 5 esitetty elektroniikka on suunniteltu vähän tehoa kuluttavaksi käyttäen pääasiassa CMOS-tekniikalla toteutettuja IC-30 piirejä. Pieneen virrankulutukseen tähtää myös harva pulssitus. Tiheämpää pulssitusta käytettäessä kaikki tarkkailtavat kappaleet esim. pisarat, myös pienimmät saadaan näkymään. Vastaanottimesta saadaan mittausinformaatio helposti myös taajuusmuutoksena ottamalla ulostulosignaali monostabiilin 27 sisäänmenosta.

Rajoittamalla vastaanottavan optokomponentin 21 pinta-alaa saadaan aktiivinen alue halkaisijaltaan pienemmäksi, jolloin "nähdään" pienempiä

II

35 69371 1 pisaroita. Toinen tapa on käyttää linssejä, mikä kuitenkin hankaloittaa mekaanista rakennetta. Vastaanottimen 20 herkkyyttä voidaan säätää myös vertailutasoa U ^ muuttelemalla. Komponenttien kehitys tarjoaa mahdollisuuden parantaa laitteen erotuskykyä, jolloin on mahdollista saada 5 tarkempaa tietoa esim. sademäärästä.

Luomalla useampia vertailutasoja saadaan suoraan tietoa pisaroiden kokojakautumasta ja tarvittaessa niiden nopeudesta. Vertailutasojen U ^ luominen voidaan yksinkertaisimmillaan toteuttaa kuvion 5 vertailutason 10 mukaisella lohkolla 23 lisäämällä vain puskuri ja muuttamalla lohkossa 23 10 k/100 k-vastussuhdetta. Näin syntyy monikanavainen mittauslaite, jolloin eritasoiset signaalit voidaan viedä eri kanaviin, mikä helpottaa ja nopeuttaa tietojenkäsittelyä.

15 Kuviossa 6 on esitetty eräs esimerkki keksinnön mukaisen laitteen eräästä vaihtoehtoisesta mekaanisesta toteutuksesta, jossa on käytetty hyväksi valokaapelia vastaanotinpuolella. Tämä laite käsittää runko-osan 40, joka muodostuu pystyrungosta 41, joka on sijoitettu jalustan 46 varaan. Pystyrungosta 41 ulkonee vaakarunko 43, jossa on päätyosa 42.

20 Pystyrungon 41 ja päädyn 42 väliin muodostuu mittausväli L. Lähettävä optokomponenttl 13 on sijoitettu pystyrungon 41 yläpäähän suojuksen 16 sisään, jolla on avoin ulkopääty. Mittaussäteilyn R keila K otetaan vastaan valokaapelin 44 avoimella päädyllä 45. Valokaapelilla 44, joka kulkee runko-osien 42,43 sisällä, johdetaan mittaussignaali vastaanottimeen 25 20. Valokaapelia voidaan soveltaa myös lähettimen 10 puolella.

Valokaapelin 44 käytöllä saadaan aikaan useita etuja, joita luetellaan seuraavassa: 1 - pieni avauskulma ja pieni halkaisija, mistä seuraa, että valokeila eli aktiivinen alue saadaan kapeaksi ja nähdään pieniä hiukkasia, - voidaan sijoittaa monta rinnan, jolloin nähdään hiukkasen liike, 35 - valokaapelia käyttäen voidaan lisätä mittaustarkkuutta, 10 69371 1 - voidaan käyttää samanaikaisesti useaa eri halkaisijaista kaapelia, jolloin mitattavien pisaroiden mm. kokojakaumasta saatu tieto tarkentuu, 5 - voidaan oleellisesti yksinkertaistaa mekaanista rakennetta, - valokaapeli on johdettavissa hankaliinkin mittauskohteisiin.

Kuviossa 7 on esitetty eräs sellainen keksinnön variaatio, jossa käyte-10 tään yhtä lähetintä 10' ja sen kanssa yhteistoimintaan sovitettua kahta vastaanotinta 20' ja 20". Lähettimen 10' etäisyys ensimmäisestä vastaanottimesta 20' on 1 ja vastaavasti toisen vastaanottimen 20" etäisyys lähettimestä 10T on esimerkiksi 11 x 1. Tällöin: 4C -r t -vsxl .

15 I, I e , missä 1 o 1^ vast.ottimelle 20' tuleva intensiteetti Iq lähettimestä 10' lähetetty intensiteetti v näkyvyys (visibility) 1 < välimatka lähettimestä 10' vastaanottimeen 20' 20 s 3 vaimennuskerroin Vastaavasti _ _ -vsxllxl I0 » I e 2 o oc lOxlxvs . ...

25 — = e »ja näkyvyys L2 v In (I^/12)/lOxlxs

Edellä esitetyllä tavalla havaittua suuretta v voidaan käyttää suoraan nä-30 kyvyysmittaukseen tai tihkusateen havainnointiin tai niiden yhdistelmänä.

On mahdollista käyttää vastaanottlmena 20" pinta-alaltaan suurempaa ja näin herkempää vastaanotinta kuin vastaanotin 20', mutta esim. mekaaninen vanheneminen ja likaantuminen puoltavat identtisten vastaanottimen 35 20' ja 20" käyttöä. Yhdistetyssä sade ja näkyvyysmittarissa voidaan välillä käyttää myös suurempaa lähetysintensiteettiä, jos vastaanottimen 20" herkkyys asettaa rajoituksia.

11 60371 1 Seuraavassa luetellaan eräitä tyypillisiä keksinnön menetelmän ja laitteen käyttömahdollisuuksia keksintöä kuitenkaan mitenkään näihin sovellutuksiin rajoittamatta: sateenmittaus, tihkusateen- ja näkyvyyden mittaus, savukaasujen ja nokihiukkasten mittaus ja muut saastemittaukset, 5 nesteannostelijat, verisolujen mittaus näytteestä (laser), esineiden havainnointi esim. kuljetinhihnalla ja hiukkaslaskuri.

Mekaanisen ratkaisun variaatiot lähinnä erilaisten valokaapeliyhdistel-mien kautta antavat mahdollisuuden myös erilaisten kokojakaumien mittauk-10 seen.

Seuraavassa esitetään eräitä yleisiä näkökohtia keksinnön mukaisen menetelmän ja laitteen soveltamisesta. Pienentämällä aktiivisen alueen (säteilykeilan K) poikkileikkauspinta-alaa saadaan pienemmät pisarat 15 näkyviin. Lähetystaajuutta f muuttamalla saadaan säädettyä laitteen herkkyyttä. Kun puuttuvien pulssien lisäksi havaitaan vastaanotetun mittaussignaalin tasoa, voidaan eliminoida eri virhetekijöiden vaikutuksia kuten esimerkiksi tuulen vaikutusta sademittauksissa. Käytettäessä valokaapelia vastaanotin ja/tai lähetyspuolella voidaan laitteen mekaanista 20 rakennetta vaihdella hyvin laajoissa rajoissa ja sovittaa se kulloistenkin erityistarpeiden mukaiseksi. Valokaapeleita käyttäen voidaan päästä esimerkiksi hyvin ahtaisiin tai muuten vaikeisiin mittauskohteisiin, jolta saattaa esiinty esim. erilaisissa teollisuusprosesseissa. Eräs keksinnön sovellutus on sademittauksessa sellainen, jossa sinänsä tunne-25 tun "tipping-bucket"-tyyppisen mittarin liikkuva mekaniikka korvataan keksinnön mukaisella mittauslaitteistolla.

Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaih-30 della ja poiketa edellä vain esimerkin vuoksi selostetuista.

35

Claims (10)

12 69371

1. Menetelmä kappaleiden, etenkin pisara- ja/tal hiukkasmuotolsen materiaalin läsnäolon havainnointiin, koon tai sen jakautuman ja/tai määrän 5 mittaukseen, jossa menetelmässä käytetään lähetinjärjestelyä (10), jolla lähetetään pulssitettuna sähkömagneettista säteilyä tai ultraääntä mittausalueen (L) läpi vastaanottolaltteisiin (20), joilla mittausalueen (L) poikki läpikulkenut ja/tai mittauskohteesta sironnut säteily havaitaan ja ilmaistaan ja täten muodotetaan mittaussignaali, jossa menetel-10 mässä havaitaan ja lasketaan vastaanottolaitteilla (20) lähetinlaitteis-ta tulevat ne pulssit, joiden mittauskohteen yhteydessä vaimentuneiden amplitudien itseisarvot alittavat tietyn referenssitason (U ^) itseisarvon tai referenssitasojen itseisarvot, tunnettu siitä, että referenssitaso (Ure£) tai referenssitasot on järjestetty säätymään 15 mlttausolosuhteiden muutosten aiheuttamien tulevan signaalin amplitudin muutosten perusteella ja että mainitun referenssitason (U ^) tai referenssitasojen tietyllä aikavälillä alittavien pulssien lukumäärää käytetään mitattavaa suuretta kuvaavana signaalina tai sen muodostamiseen.

1 Patenttivaatimukset

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että referenssitason (U ^) tai referenssitasojen amplitudiltaan alittavien pulssien amplitudia mitataan tietyllä aikavälillä ja näin muodostetaan takaislnkytkentäsignaali, jolla säädetään referenseltasoa (U ^) tai referenssitasoja. 25

3. Jonkin patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että menetelmässä käytetään useampaa keskenään eri suuruista referenssitasoa (U^^), joiden eri tasojen välille lankeavat pulssit johdetaan eri mittauskanaviin ja näin aikaansaatuja eri mittaussignaa- 30 leja käytetään mm. mitattavan ainemäärän ja/tai mitattavien pisaroiden ja/tai hiukkasten kokojakautuman mittaamiseen.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittaussignaalin pulssitustaajuus olennaisesti vakiollinen 35 ja se on alueella f “1 Hz-50 MHz. J o

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu li 13 69371 1 siitä, että lähetettävänä säteilynä (R) käytetään pulssitettua laservaloa.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu 5 siitä, että muodostetaan tunnetun lähetystaajuuden (fQ) ja vastaanotetun taajuuden (f^) erotus (f -f^) ja tämä erotaajuus ilmaistaan esim. pulssi-laskurilla tai vastaavalla.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukaisen menetelmän toteuttamiseen 10 tarkoitettu laite, joka käsittää runko-osan (31-34; 40-46), jonka yhteyteen on järjestetty vastakkain lähetinlaitteet (10) ja vastaanottolait-teet (20), joiden väliin on järjestetty mittausalue (L), jossa tai jonka läheisyydessä olevia tai jonka läpikulkevia kappaleita havainnoidaan ja jossa lähettimessä (10) on pulssigeneraattori (11), jolla syötetään 15 lähetinkomponenttia (13), kuten valoa emittoivaa puolijohdekomponenttia tai ultaäänilähetlntä (12), ja joihin vastaanottolaitteisiin (20) kuuluvat vastaanotinkomponentti (21) kuten fototransistori tai ultraäänivas-taanotin ja vahvistin (22) sekä komparaattoriyksikkö (24) ja mittaustuloksen ilmaisu- tai käsittely-yksikkö (25), tunnettu siitä, 20 että laitteen vastaanottolaitteisiin (20) kuuluu lisäksi vertailutason (U ^) tai vertailutasojen generointiyksikkö (23), joka vastaanotetun signaalin perusteella muodostaa säätyvän referenssitason (U^^) tai -tasot.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että lähetinkomponentti (11) ja vastaanotinkomponentti (21) ovat keskenään niin sovitettuja, että lähetinkomponentti (11) lähettää olennaisesti sylinterimäisen tai kartiomaisen kapean säteilykeilan (K) mittausalueen (L) läpi, joka säteilykeila (K) on kohdistettu vastaanotinkomponentin 30 (21) aktiiviselle alueelle.

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että laitteessa sen vastaanottopuolella ja/tai lähetyspuolella käytetään valokaapelia (44) vastaanotetun ja/tai lähetetyn fotosignaalin siirtämi- 35 seen.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 7-9 mukainen laite näkyvyysmittauksiin 69371 H 1 tai vastaaviin, tunnettu siitä, että laite käsittää yhden lähettimen (10') ja kaksi tai useampia vastaanottimia (20' ja 20"), jotka on sovitettu yhteistoimintaan mainitun lähet-5 timen (10*) kanssa, että toisen tai myöhempien vastaanottimen (20") mlttausetäisyys lähetti-mestä (10') on olennaisesti suurempi, sopivlmmin kertaluokkaa suurempi, kuin ensimmäisen tai edellisen lähettimen (20') vastaava etäisyys ja 10 että mainituilla eri vastaanottimllla (20',20") havaittujen mittaussignaalien suhdetta (I^/^) tai suhteita käytetään näkyvyysraittauksissa tai tihkusateen havainnointiin tai mainittujen mittausten yhdistelmänä tai muissa vastaavissa sovellutuksissa. 20 25 30 35 II 69371 15