NO166423B - Apparat til paavisning av fargeforskjeller hos et materiale - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et apparat til påvisning av fargeforskjeller hos et materiale som skal undersøkes, hvor apparatet omfatter et organ som er innrettet til å belyse materialet og som omfatter en første lyskilde som er innrettet til å emittere lys av en første farge og en andre lyskilde som er innrettet til å emittere lys av en andre farge, idet lyset av de to farger til-føres til et første og et andre måleområdet som er innbyrdes at-skilt og som er knyttet til en innretning for måling av mengden lys som reflekteres fra materiale, samt et første elektronisk omkoplingsorgan for vekselvis energisering av den første og den andre lyskilde i en første og en andre grad.

Apparatet ifølge oppfinnelsen er særlig egnet for bruk i et gasspåvisningsapparat omfattende et materiale kondisjonert til å endre farge når det er i kontakt med gasser, og organ for å opp-rette kontakt mellom dette materialet og gassene. Anvendelsen av apparatet ifølge oppfinnelsen er imidlertid begrenset til bruk i et gasspåvisningsapparat.

Et apparat av denne type er kjent fra WO 84/00211, hvor lys som reflekteres fra måleområder måles av en lysdetektor hvis ut-gangssignaler er en vekselstrøm som er et mål på fargeforskjellen mellom måleområdene. En ulempe med apparatet er at det kan oppstå målefeil som følge av aldring av lyskildene, ved at disse med tiden får varierende lysintensitet.

Fra WO 81/02633 er det kjent et apparat for besemmelse av en væskes absorbsjonsforhold, hvorved lys fra lyskilder ledes gjennom væsken og bestemmes ved hjelp av detektoren. Apparatet vil neppe kunne anvendes til å bestemme forandring i refleksjons-egenskapene til et materiale etter et visst tidsrom, og apparatet vil ikke være nøyaktig etter lengre tidsrom.

Et gasspåvirkningsapparat av den ovennevnte type er kjent fra US patentskrift nr. 4 032 297 og er innrettet for påvisning av tilstedeværelsen av forskjellige slags skadelige gasser i atmosfæren. Ved det tidligere kjente apparat består materialet av et strimmellignende underlag av plast belagt med et sjikt av kjemiske stoffer. Disse stoffer endrer farge i nærvær av de skadelige gasser som skal påvises men ikke i fravær av samme. Tilstedeværelsen av skadelige gasser påvises ved belysning av et målepunkt på materialstrimmelen ved hjelp av en lyskilde og måling av det fra overflaten av materialstrimmelen reflekterte lys ved hjelp av en fotodiode, og ved senere å utsette målepunktet for atmosfæren som skal overvåkes og gjenta målingen av refleksjonen etter en viss tid. Det frembringes et alarmsignal som reaksjon på den målte endring i refleksjon som overstiger en forutbestemt grenseverdi. Materialstrimmelen transporteres ikke mellom målingen av den første og den andre ref leks jonsverdi, slik at én lyskilde og én fotodiode er tilstrekkelig.

nn ulempe med tidligere kjente apparat er at fargeforandringen i materialstrimmelen må være ganske betydelige for å tillate en nøyaktig påvisning av tilstedeværelse eller ute-blivelse av en skadelig gass; i forbindelse med intensitets-variasjoner i lyskilden

og ikke-lineariteter i særlig lysdetektoren og den til samme koplede elektroniske krets, er det umulig å bestemme nøyaktig en ubetydelig fargeforandring, ettersom langvarige variasjoner i lyskildens intensitet og fotodiodens følsomhet gjør det nødvéndig å frembringe et alarmsignal bare som reaksjon på en temmelig betydelig fargeforandring i den hensikt å hindre falsk alarm. Særlig ved påvisning av ytterst skadelige gasser, såsom giftige gasser, er det imidlertid av vital betydning å oppnå en pålitelig angivelse av tilstedeværelsen av slike gasser på det tidligst mulige tidspunkt. For påvisning av visse gasser kan det benyttes et hydrofilt, glissent (gauziiy) vevet, strimmellignende stoff, som heretter for korthets skyld kulles remse, som fuktes med kjemiske stoffer for å oppvise ingen fargeforandring i nærvær av skadelige gasser men virkelig oppvise fargeforandring i fravær av slike gasser. Remsen transporteres kontinuerlig. En fordel med en slik remse er at den kan impregneres hurtig og full-stendig med de flytende kjemikalier uten at tekstiistoffets styrke påvirkes i ugunstig retning. Dersom det skulle benyttes et mer homogent materiale, såsom en papirstrimmel, ville en slik impreg-nering få materialet til å svelle opp og redusere dets styrke, hvilket resulterer i forringet transpportering av strimmelen. I tilfelle av en papirstrimmel kan gassen dessuten ikke nå kjemikaliene i det indre av strimmelen, hvilket påvirker reaksjonshastigheten i ugunstig retning. Foruten de forannevnte ulemper medfører imidlertid bruken av remse fuktet med kjemikalier en rekke spesielle problemer tilknyttet målingen av remsens farge, og den kontinuerlige transport av remsen krever enn videre i prinsippet bruk av to lyskilder og to lysdetektorer, hvilket stiller høye krav når det gjelder likheten av disse komponenter.

Den kjemiske reaksjon som frembringer fargeforandringen tar noen titalls sekunder til noen få minutter, avhengig av aktiviteten hos reaksjonsdeltakerne og omgivelsens temperatur. Imidlertid må mangel av fargeforandring etableres så tidlig som mulig. Eksper-imenter har vist at fargeforandring av remsen kan påvises etter at reaksjonen har hatt anledning til å foregå i ca. 10 sekunder. Ikke bare remsens endelige farge men spesielt fargen etter en periode på omtrent 10 sekunder er høyst avhengig av den rådende temperatur og hvor gamle kjemikaliene er. Dessuten er remsens farge etter 10 sekunder avhengig av remsens farge uten kjemikalier, den måte remsen er fuktet på og mengden av remsemateriale som passerer måle-systemet per tidsenhet. Det er derfor ikke mulig å kontrollere remsens fargeforandring ved å sammenligne dens farge med en eller annen på forhånd fastsatt referansefarge. Remsen er dessuten ikke homogen. Maskevidden er ikke uvesentlig liten i forhold til di-mensjonene av et målefelt som benyttes i praksis for fargemål-inger, ettersom trådene ikke har ensartet tykkelse og mellomrom-mene mellom trådene varierer i forholdsvis stor grad.. Resultatet er at det netto trådareal som finnes innenfor målefeltet likeledes vil variere. Korrekt funksjon av gassdetektoren krever derfor at fargemålingen er optimalt uavhenging av de forannevnte faktorer .

For å løse de ovennevnte problemer er apparatet ifølge oppfinnelsen kjennetegnet ved

a) et optisk system som er innrettet til å avgi til måleområdene samtidig en konstant andel av lyset som emitteres av

lyskilden som energiseres,

b) elektroniske styreorganer som reagerer på de målte mengder lys som reflekteres av materialet fra den første lyskilde

for derved å kontrollere intensiteten av den andre lyskilde, slik at de målte lysmengder har et forutbestemt forhold, c) at innretningen til måling av reflektert lys er innrettet til å utføre en første måling i det andre måleområde, d) et organ for frembringelse av andre lyskildesignaler som representerer lysmengden som emitteres av den andre lyskilde

under henholdvis den første og den andre måling, samt

e) en innretning til påvisning av en differanse mellom disse signaler.

Eksprimenter har vist at det er fordelaktig når lyset emittert fra den første lyskilde er grønt og lyset emittert fra den andre lyskilde er rødt. Rødt og grønt lys frembringer faktisk en maksimal forskjell i refleksjonsgrad fra fargeløs henholdvis farget remse for det anvendte fargemiddel, hvilket begunstiger mål-ingens nøyaktighet.

Selv om det kan benyttes ulike kjente typer lyskilder, har bruk av rødt og grønt lys-emitterende dioder vist seg ytterst fordelaktig, særlig på grunn av den høye hastighet hvormed disse lyskilder kan slås av og på. Fotofølsomme motstander og silisium-fotodioder kan benyttes som lyspåvisningsinnretning, idet sist-nevnte er å foretrekke ettersom disse fotodioder reagerer øye-blikkelig på lysvariasjoner, er lite avhengig av temperaturer og oppviser godt lineært forhold mellom belysningsintensitet og signalstrøm.

Oppfinnelsen er basert på den innsikt at det er mulig å undertrykke innvirkningen av remsens gråhet ved måling av remsens refleksjon ved to passende lysfarger og ved etterfoIgende fastsettelse av forholdet mellom de to målte refleksjonsverdier. Også innflytelsen av variasjoner i remsens maskevidde blir i

høy grad undertrykket på denne måte. Dessuten kan innvirkningen av remsens grunnfarge elimineres ved måling av remsens refleksjon ved to ulike punkter, dvs. et første punkt plassert så nær den stasjon hvor remsen behandles med den kjemiske væske at det ikke er mulig at det har funnet sted noen kjemisk reaksjon ennå og et andre punkt som ligger i en slik avstand fra det første punkt som svarer til remsens bevegelse i en periode på ca. 10 sekunder, som representerer den periode som kreves for å bringe på det rene hvorvidt det har funnet sted noen fargeforandring eller ikke med tilstrekkelig sikkerhet. Kvosienten av signalene oppnådd ved de to målepunkter gir da informasjoner bare med hensyn til fargeforandring av remsen i løpet av perioden pa 10 sekunder. Det turde være klart at denne målemetode stiller høye krav til konstansen av forholdet mellom intensitetene av belysningen med lys av den samme farge ved de to målepunkter. For å oppfylle dette krav er det i overensstemmelse med oppfinnelsen sørget for et optisk system som leverer konstante fraksjoner av lyset fra den første og den andre lyskilde til de to måleområder. Ved å styre lyset fra den andre lyskilde for rødt lys på en slik måte ifølge oppfinnelsen at de målte refleksjoner ved henholdsvis det første og det andre måleområde er ens for rødt lys og grønt lys, oppnås at offsetspenninger og offset-strømmer samt ikke-lineariteter ved forsterkerne i den elektroniske krets så vel som ikke-lineariteter ved fotocellene ikke har noen virkning på det endelige måleresultat.

Oppfinnelsen vil heretter bli beskrevet mer detaljert under'henvisning til en utførelsesform av samme og i tilknytning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 i sideriss skjematisk viser konstruksjonen av på-visningsapparatets optiske system og belysningssystem ifølge oppfinnelsen; Fig. 2 i frontriss skjematisk viser konstruksjonen ifølge fig. 1; Fig. 3 viser skjematisk den elektriske krets for styring av lyskildene i belysningssystemet og anordningen for påvisning av det reflekterte lys; og Fig. 4 viser skjematisk et antall bølgeformer som kan opp-tre i kretsen ifølge fig. 3. Fig. 1 og 2 viser belysningssystemet 1 som omfatter en sentralt montert rød lysemitterende diode 2 og fortrinnsvis fire til seks grønne lysemitterende dioder montert rotasjonssymmetrisk rundt den lysemitterende diode 2, og hvorav to er betegnet med henvisningstallene 3 og 3'. Årsakene til å benytte et ulike antall av lysemitterende dioder er for det første at grønne lysemitterende dioder avgir lysstråler av mindre intensitet enn røde lysemitterende dioder og for det andre at silisiumfotoceller benyttet som lyspåvisningsorgan er mindre følsomme overfor grønt lys enn overfor rødt. En diffusor 4 blander de av de ulike lysemitterende dioder emitterte lysstråler slik at den stråle som utgår fra den er optimalt rotasjonssymmetrisk med hensyn på systemets optiske akse. Et optisk system projiserer belysningssystemets 1 blenderåpning 5 over på remsen 12 ved to områder, hvilke måleområder er betegnet med henvisningstallene 12' og 12'' i fig. 2.

Det optiske system innbefatter et hovedobjektiv 6 som omformer den divergerende lysstråle som kommer ut fra blenderåpningen 5 til en parallell lysstråle, og målefeltobjektiver 10 og 11 som konvergerer deler henholdsvis 17 og 18 av den totale lysstråle som utgår fra objektivet 6, idet et speil 9 reflekterer samme slik at disse deler fokuseres på remsen. Den symmetriske konstruksjon av såvel belysningssystemet som det optiske system sikrer at like fraksjoner av den lysstråle som utgår fra blender-åpnrngen 5 når frem til måleområdene 12' og 12'' på remsen.

En del av lysstrålen som utgår fra objektivet 6 når frem til en fotocelle 8 gjennom et filter 7 som slipper igjennom bare rødt lys. Fotocellene 13,15 ved måleområdet 12' og 14,16 ved måleområdet 12'' mottar det av remsen reflekterte lys. En ikke-transparent skjerm 19 hindrer at lys reflektert ved ett av måleområdene kan nå frem til de fotoceller det andre måleområde er tilknyttet.

Det optiske system har i det vesentlige samme karakteris-tikk for rødt og grønt lys. De røde og grønne lyspunkter på remsen faller sammen for så vidt angår dimensjon og posisjon,

og lysintensitetsfordelingen innenfor måleområdet er identisk for begge farger. Dette er en vesentlig betingelse for en korrekt undertrykkelse av variasjonene i lysrefleksjon fra remsen som skyldes varierende forhold mellom trådtykkelse og maskevidde innenfor måleområdet, den såkalte "remse-støy".

Spektrene for den røde og de grønne lysemitterende dioder overlapper hverandre delvis og det er derfor ikke mulig å konstruere et optisk filter 7 som blokkerer hele utstrålingen fra de grønne lysemitterende dioder og slipper igjennom den totale utstråling fra den røde lysemitterende diode. Den elektroniske krets kan imidlertid være forsynt med utstyr, som vil bli beskrevet senere, for optimal eliminering av effekten av grønt lekkasjelys.

Fig. 3 viser et blokkdiagram av den elektroniske krets

for produksjon av signaler som gir optimalt nøyaktig informasjon om fa gen på lyset ved de to måleområder. De i fig. 1 og 2 viste lysemitterende dioder og fotoceller er betegnet med de samme henvisningstall i fig. 3. De lysemitterende dioder 3''

og 3" 1 er vist for å gjøre det klart at belysningssystemet i kan innbefatte fire eller flere grønne lysemitterende dioder og at disse lysemitterende dioder gjennomløpes av den samme strøm.

Omkopler 20-25 i fig. 3 er bare skjematisk vist og vil

i praksis fortrinnsvis utgjøres av hurtigvirkende felteffekt-transistorer basert på MOS-teknikk.

Silisiumfotocellene 13 og 15 er koplet parallelt med inngangen av et fasevendertrinn 26, hvis utgang tilbakekoples gjennom en motstand 27 til fasevenderinngangen for å realisere en lav inngangsimpedans for denne forsterker. Det er ønskelig at silisiumcellene oppviser gode lineære egenskaper og er relativt lite avhengige av temperaturer når det arbeides med en lav ohmsk belastning.

Fotocellene 14 og 16 er på lignende måte koplet til en fasevenderinngang av en andre forsterker 28, hvis utgang likeledes tilbakekoples gjennom en motstand 29 til fasevenderinngangen. Fotocellen 8 er koplet til fasevenderinngangen av en forsterker 30 hvis utgang tilbakekoples gjennom en motstand 31 til fasevenderinngangen. De ikke-inverterende innganger av forsterkerne 26, 28 og 30 er jordet.

Utgangssignalene fra forsterkerne 26 og 28 kan gjennom omkoplere, henholdsvis 20 og 21, påtrykkes inngangen av et båndpassfilter 32. Dette båndpassfilter 32 tjener til å filtrere lavfrekvente vekselstrømkomponenter bort fra utgangssignalene fra forsterkerne 26 og 28, hvilke komponenter frembringes som reaksjon på innfallende dagslys på fotocellene og under vedlike-holdsarbeider som reaksjon på kunstig lys. Forsterkerens 30 utgang er koplet til et båndpassfilter 50 som tjener det samme formål som filteret 32.

Båndpassfilterets 32 utgang er koplet til inngangen av en synkron likeretterkrets som omfatter et fasevendertrinn 33, en omkopler 22 og en integrasjonskrets bestående av en motstand 34, en forsterker 35 og en kondensator med tilbakekopling 36, idet motstanden 34 er koplet til fasevenderinngangen av forsterkeren 35, mens kondensatoren 36 er koplet mellom utgangen av forsterkeren 35 og dens fasevenderinngang. Forsterkerens 35 ikke-inverterende inngang er koplet til jord. Fasevendertrinnet 33 tjener til ytterligere å undertrykke lavfrekvenssignaler.

Forsterkerens 35 utgang er koplet til inngangen av en spenning-til-strøm-omformer 37 hvis utgang styrer den røde lys-emitterende diode 2. Omformerens 37 utgang kan være koplet til jord gjennom en omkopler 23 for å kople ut strømmen til den lysemitterende diode 2.

Båndpassfilterets 50 utgang er koplet til inngangen av en synkron likeretterkrets bestående av en omkopler 25, en motstand 39 og en kondensator 40. Kondensatoren 40 er med sin ene klemme koplet til jord, mens dens andre klemme er koplet til en tilkoplingskontakt på motstanden 39 og til inngangen av en addererkrets 41. Addererkretsen 41 er med en annen inngang koplet til en likespenningskilde 42. Addererkretsens 41 utgang er koplet til en første inngang av en analog multiplekskrets 38, som med sin andre inngang er koplet til forsterkerens 35 utgang. Kretsens 38 utgang er koplet til en digital-analog omformer 43 som tjener til å omforme det på samme påtrykkende signal til en dataflyt som gjennom en databuss 44 tilføres til en mikroproses-sor (ikke vist i fig. 3). Gjennom en databuss 45 tilfører mikroprosessoren styresignaler til en styrekrets 46 som tjener til å styre omkoplerne 22-25, den analoge multiplikatorkrets 38, analog/ digitalomformeren 43 og en digital/analogomformer 48. Digital/ analog omformeren 48 mottar data fra mikroprosessoren gjennom en databuss 47. Digital/analog omformerens 43 utgang er koplet til en spenning/strøm-omformer 49 hvis utgang er koplet til de seriekoplede lysemitterende dioder 3 , 3 ' , 3 ' ',3' ' ' og eventuelt ytterligere grønne lysemitterende dioder som kan forefinnes. Kretsens 49 utgang kan være koplet til jord gjennom omkopleren 24 for å kople ut styringen av de lysemitterende dioder.

Virkemåten for påvisningsapparatet ifølge oppfinnelsen

vil nå bli beskrevet mer detaljert.

Som vist i fig. 1 og 2 finnes det to måleomrader 12' og

12'<1> på remsen, idet måleområdet 12' er plassert nær den stasjon hvor remsen vætes med kjemikalier som forårsaker fargeforandring, mens måleområdet 12'<1> er plassert omtrent 8 millimeter nedstrøms i remsens bevegelsesretning, hvilken avstand motsvarer et tids-intervall på ca. 10 sekunder ved den valgte hastighet for remsen, i løpet av hvilken periode kjemikaliene kan forårsake fargeforandring av remsen når atmosfæren er ren eller hindres fra å bevirke en slik fargeforandring ved tilstedeværelsen av de gasser som skal påvises. Ved hvert måleområde belyses remsen vekselvis med grønt lys av en bølgelengde på ca. 550 nanometer og rødt lys av en bølgelengde på ca. 650 nanometer. Den takt hvormed belysningen veksler i farge er omtrent 1 kHz, slik at den strekning remsen tilbakelegger under en syklus av rødt og grønt lys er neglisjerbar. Begge måleområder belyses fra et enkelt belysningssystem, som i fig. 1 er betegnet med henvisnings-tallet 1 og som er inrettet til vekselvis å sende ut rødt og grønt lys.

Hvert måleområde er tilknyttet to silisiumfotoceller, dvs. at området 12' har fotoceller 13 og 15, mens området 12'' har fotoceller 14 og 16, hvilke mottar en del av det av remsen reflekterte og fargespaltede lys og hvilke, som vist i fig. 3,

er koplet for bruk som en strømkilde, hvorved det sikres en hurtig og lineær reaksjon.

Det grønne lysets intensitet er i prinsippet konstant,

mens intensiteten av det røde lys justeres slik at ved hvert måleområde er utgangssignalet fra de parallellkoplede fotoceller som reaksjon på rødt lys optimalt likt utgangssignalet som

reaksjon på grønt lys. På grunn av denne styring av fotocelle-signalene, vil fotocellens absolutte følsomhet og mørkestrøm, of fsetstrømmer og et eventuelt ikke-lineært og ikke-konstant forhold mellom strøm og lysstyrke ved den røde lampe ikke påvirke måleresultatet. Styresystemet styrer omkoplerne 20 og 21 slik at intensiteten av den røde lysemitterende diode styres vekselvis for de to måleområder under ca. 100 msek, slik at ved suksessive tidspunkter justeres vekselvis en intensitet for det røde lys som er et mål for fargen på remsen ved henholdsvis måleområdet 12' og måleområdet 12''. Kvosienten av disse to mtensitetsverdier, fargekvosienten Q, er et mål for remsens ;arge forandring under transporten fra måleområdet 12' til måleområdet 12 ' ' .

T de beregninger som beskrives i det følgende betyr:

i<*->..: = lysstyrke (candela) av den grønne lysstråle som utgår

fra blenderåpningen 5

Pr = lysstyrke av den røde lysstråle som utgår fra blender-åpn i n g e n 5

= fraksjon av den grønne lysstråle som faller inn på remsen ved ett måleområde

er = fraksjon av den røde lysstråle som faller inn på remsen

ved ett måleområde

) :<. : = effektiv ref leks jonskoef f isient ved remsen for grønt lys = effektiv ref leks jonskoef f isient ved remsen for rødt lys cc følsomhet overfor grønt lys hos de til remsen knyttede

fotoceller (mA/Lm)

Cr = følsomhet overfor rødt lys hos de til remsen knyttede fotoceller (mA/Lm).

Dersom styresystemet har justert den røde lyskildens intensitet pa den ovenfor beskrevne måte, gjelder for hvert muleomrade etterfølgende ligning:

Fg.cg.kg.Gg = Fr.cr.kr.Gr

slik at:

Ettersom cg/cr og Gg/Gr er stort sett konstante, justeres

Fr ved en verdi som er direkte proporsjonal med Fg og som enn videre er avhengig av remsens farge.

Det antas at styresystemet ved bruk av fotocelle-strømmene ved måleområdet 12' som kriterium, justerer den rode lysstråles intensitet ved verdien Fri og deretter, ved bruk av fotocelle-strømmene ved måleområdet 12'' som kriterium, ved verdien Fr2.

Den etterfølgende ligning gjelder da for forholdet Frl:Fr2, dvs. kvosienten Q for remsen ved de to måleområder:

Ligning (2) kan forenkles som:

1. Fgl = Fg2, ettersom det er én konstant, idet den grønne lyskilde er felles for begge måleområder; 2. De forskjellige c-verdier er i prinsippet like cg er invert-fall konstante; og 3. Kvosientene Ggl og Gg2 er tilnærmet like (den samme slags

Grl Gr2

fotocelle) og er ihvertfall konstante.

Som et resultat kan ligning (2) forenkles tii:

I ligning (3) er K ^ 1 og er ihvertfall av konstant størrelse.

Ved bestemmelse av fargekvosienten Q på den ovennevnte måte, oppnås at denne fargekvosient ikke påvirkes av variasjoner i remsens trådtykkelse og maskevidde, ettersom disse faktorer i prinsippet påvirker kg og kr likt ved hver måleområde og at i prinsippet variasjoner i remsens grunnfarge og i kjemikalienes grunnfarge påvirker kgl og kg2 likt, samt kri og kr2 ved de respektive måleområder.

Fargene rødt og grønt benyttes for belysning av remsen ettersom den farge som dannes på remsen når atmosfæren er ren resulterer i en relativt stor reduksjon av remsens refleksjon for grønt lys og en relativt liten reduksjon av refleksjonen for rødt lys. Fargekvosienten Q er tilnærmet lik 1,1 for farget remse og tilnærmet lik 1 for ufarget remse. ffom et. resultat sørges det for et forholdsvis stort utgangssignal, hvilket reduserer tilbøyelighet til målefeil.

Lysstyrkene Fri og Fr2 måles av fotocellen 8. Denne fotocelle mottar fra objektivet 6 en konstant del av den lysstråle som utgår fra blenderåpningen 5. Ettersom det bare er det røde lyset som behøver å måles ved hjelp av fotocellen 8 og ikke det grønne lyset som finnes i strålen, er et filter 7, som slipper igjennom rødt lys og blokkerer grønt lys, montert foran fotocellen 8.

Fotocellen 8 frembringer vekselvis de følgende signaler: Sl = cr3.Gr3.Frl + d og S2 '= cr3.Gr3.Fr2 + d,

hvor:

cr3 = del av rød lysstråle som faller inn på fotocelle 8;

Gr3 = fotocelles 8 følsomhet overfor rødt lys; og

d mørke- og offsetstrøm.

Når det gjelder en nøyaktig bestemmelse av Q, bør signal-kvosienten S1/S2 optimalt være lik med lyskvosienten Frl/Fr2, ider Sl og S2 må korrigeres for verdien av d. For dette formål innbefatter den måiesyklus hvorunder Fri og Fr2 styres vekselvis slik at de svarer til henholdsvis Fgl og Fg2 også en målefase for mørkestrømmen, under hvilken fase det røde lyskilde koples ut slik at Fr = 0. Fotocellen 8 og forsterkerkretsen, som er koplet mellom denne fotocelle og analog/digitalomformeren 43 frembringer da i fellesskap signalkomponenten d. Signalene fra fotocellen 8 behandles digitalt via analog/digitalomformeren 43 og mikroprosessoren. Signalene Sl, S2 og d omformes suksessivt til digital form og lagres i mikroprosessorens lagerenhet. Den rene fargekvosient Q kan beregnes på basis av disse data på følgende måte:

Det vil fremgå av ovenstående at det beskrevne system er ytterst uavhengig av de absolutte verdier og de langsomme variasjoner i forholdet mellom lysstyrken og matestrømmen for den røde og de grønne lysemitterende dioder; fotocellenes følsomhet v^■ 'jrn ; ? r i se t s^enn ^ r.''cne on o i f setstrr^^imene - <*- r .■^^t i midler; og variasjoner i trådtykkelsen og maskevidden hos det remsestykke som er plassert i målefeltet, den såkalte remse-støy.

Virkemåten for den i fig. 3 viste elektriske strømkrets vil bli ytterligere belyst i det følgende under henvisning til fig. 4 som viser et antall bølgeformer som opptrer i denne strøm-krets .

Styresyklusen omfatter de følgende fire måleintervaller

på omtrent 100 millisekunder hver og som i fig. 4 er betegnet med henholdsvis A, B, C og D.

Intervall A:

Det røde lys styres under anvendelse av signalet som frembringes av fotocellene 13 og 15 tilknyttet måleområdet 12' som kriterium. Omkopleren 20 er lukket og omkopleren 21 er åpen, mens omkoplerne 23 og 24 energiseres og deenergiseres slik i en 1 kHz takt at når omkopleren 23 er åpen, er omkopleren 24 lukket og vice versa. Som et resultat energiseres den røde og de grønne lysemitterende dioder vekselvis. Fig. 4a viser utstrålingen fra de grønne lysemitterende dioder og fig. 4b utstrålingen fra den røde lysemitterende diode.

Intervall B:

Den røde lyskilde styres ved anvendelse av det signal som frembringes av fotocellene 14 og 16 tilknyttet måleområdet 12'' som kriterium; omkopleren 20 er åpen og omkopleren 21 er lukket, mens omkoplerne 23 og 24 fortsetter å bli energisert og deenergisert i en takt på 1 kHz.

Intervall C:

Mørke- og offsetstrømmene måles; omkoplerne 20 og 21 er begge åpne, mens omkopleren 23 er lukket, slik at det ikke emitteres noe rødt lys fra den lysemitterende diode 2, mens omkopleren 24 fortsetter å bli energisert og deenergisert i en 1 kHz takt, slik at de grønne lysemitterende dioder emitterer deres vanlige mengde av grønt lys.

Intervall D:

Det røde lys styres ved bruk av signalet frembragt av de til måleområdet 12'' knyttede fotoceller 14 og 16 som kriterium; omkopleren 20 er åpen, mens omkoplerne 23 og 24 energiseres og deenergiseres i en 1 kHz takt.

Styresyklusen gjentas etter intervall D.

Ved slutten av hvert intervall omformes signalet fra fotocellen 8 til digital form og påtrykkes mikroprosessoren. Under hver styresyklus oppnås det to målinger tilhørende måleområdet 12'' og én måling tilhørende måleområdet 12'. Årsaken til dette er at eventuelle endringer, som opptrer ved måleområdet 12' kan antas å være bare gradvise, mens tilstedeværelsen eller utebli-velsen av fargeforandring vil gi seg til kjenne ved måleområdet 12'<1> og må bringes på det rene med så lite spill av tid som mulig. Variasjoner i mørke- og offsetstrømmene vil likeledes være gradvise, slik at det rekker med én måling av disse strøm-mer per styresyklus.

Ved begynnelsen av et styreintervall vil forholdet mellom det røde og det grønne lys påvist av de til remsen knyttede fotoceller avvike fra 1, slik at båndpassfilteret 32 ved sin inngang mottar et signal som vist i fig. 4c, idet det ved sin utgang frembringer et signal som vist i fig. 4d. Ved synkron likeretting via omkopleren 22, som likeledes energiseres og deenergiseres i en takt på 1 kHz, oppnås en likestrøm hvis polaritet og størrelse vil avhenge av den absolutte forskjell mellom amplitudene av de signaler som frembringes av fotocellene som reaksjon på lyset fra henholdsvis den røde og de grønne lysemitterende dioder. Den likerettede strøm integreres ved hjelp av integratoren. Integratorens utgangsspenning, dvs. forsterkerens utgangsspenning, er illustrert i fig. 4e. så lenge som de til remsen knyttede fotoceller påviser et overskudd av grønt lys i forhold til rødt, vil integratorens utgangsspenning øke mens denne utgangsspenning vil minske så lenge som fotocellene påviser et overskudd av rødt lys i forhold til grønt. Når fotocellene, henholdsvis 13,15 og 14,16 produserer så meget signalstrøm som reaksjon på grønt lys som reaksjon på rødt lys, blir det ikke lenger påtrykket noen 1 kHz vekselspenning på båndpassfilteret 32, slik at integratorens inngangsstrøm er lik null, og utgangssignalet fra integratoren holder seg konstant.

Ved passende valg av den totale økning i sløyfeforsterkning og den av motstanden 34 og kondensatoren 36 definerte tidskon-stant, oppnås likevektstilstanden innenfor intervallet på 100 millisekunder, slik det tydelig fremgår spesielt av fig. 4d og 4e.

Fotocellen 8 mottar lys direkte fra den røde lysemitterende diode 2 og en del av det grønne lys fra de lysemitterende dioder 3,3' etc. for så vidt dette grønne lys slippes igjennom av filteret 7. Signalet fra fotodioden 8 er illustrert i fig. 4f. Båndpassfilteret 50 produserer en utgangsvekselspenning vist i fig. 4g, hvis topp-topp-verdi er proporsjonal med forskjellen mellom fotocellens 8 utgangsspenning som reaksjon på rødt lys og dens utgangsspenning som reaksjon på grønt lekkasjelys.

Under mørkestrøm-kompenseringsintervallet C er den røde lysemitterende diode avslått. Båndpassfilteret 50 produserer da en utgangsspenning hvis topp-topp-verdi er proporsjonal med fotocellens 8 strøm som reaksjon på grønt lekkasjelys. Ved tilstedeværelse av bare grønt lekkasjelys forskyves båndpassfilterets 50 utgangssignal-fase 180 grader i forhold til fasen for det som reaksjon på såvel rødt lys som grønt lekkasjelys frembragte signal. Disse fase-hopp er vist i fig. 4f og 4g både ved over-gangen fra intervall C til intervall D.

I addererkretsen 41 skiftes signalet fra den synkrone likeretterkrets bestående av omkopleren 25, motstanden 39 og kondensatoren 40 til likespenning for å bringe addererkretsens utgangsspenning innenfor analog/digitalomformerens 43 inngangs-spenningsområde. For dette formål koples addererkretsens 41 andre inngang til likespenningskilden 42. Det signal som er tilstede på den første inngang av kretsen 41 er vist i fig. 4h.

Signaloverføringen fra fotocellen 8 til utgangen av addererkretsen 41 skjer som følger.

Fotocellen 8 frembringer en strøm ir som reaksjon på rødt lys og en strøm _ig som reaksjon på grønt lys. Båndpassf ilteret 50 blokkerer hovedkomponenten (ir + ig) : 2 og forsterker veksel-spenningskomponenten ir - ig til en signalspenning Ul med en topp-topp-verdi Ul = G.(ir - ig). Den synkrone likeretter til-fører en positiv likespenning U2 = \ 3.(ir - ig) til addererkretsen. Det antas i denne forbindelse at omkopleren er lukket 'inaer vek s e 1 spenni r.gs s i gnal 513 positive haivper 10de . Addererkretsen 41 adderer en fast likespenning UO til U2 , hvilket resulterer i en utgangsspenning Us = h G.(ir - ig) + UO.

Dette signal tilføres til den analoge rnultiplekskrets 38, omformes til digital form og lagres i mikroprosessoren.

Under måleintervallet C er ir = 0, slik at addererkretsen under dette intervall produserer et utgangssignal Ud = h G.

(-ir) + UO. Dette signal omformes likeledes til digital form og lagres i mikroprosessoren.

Subtraksjon av Us og Ud resulterer i:

I hver av styresyklusens tre styreperioder justeres en ir-verdi; ig-verdien er i prinsippet konstant ettersom den strøm som krysser de grønne lysemitterende dioder innstilles på en fast verdi.

Styringen ved måleområdet 12' resulterer i signalet Usl - Ud = ^G.irl, mens styringen ved måleområdet 12"', som finner sted to ganger per målesyklus, resulterer i signalet Us2 - Ud = J5G.ir2 .

Fargekvosienten Q kan nå beregnes på basis av

En remseseksjon som befinner seg ved måleområdet 12' på

et gitt tidspunkt vil passere måleområdet 12'' etter ca 10 sekunder. Ved å ta den aller ferskeste ir2-verdi og irl-verdien iri 10 sekunder tidligere ved bestemmelsen av fargekvosienten Q = YrJ ' oppnås en Q-verdi som har tilknytning til den samme remseseksjon og således er optimalt betegnende for den fargeforandring en gitt remseseksjon gjennomgår under forflyttelsen fra måleområdet 12' til måleområdet 12''.

Til tross for de tiltak som er truffet ved det optiske system for det formål å utligne forholdet mellom rødt og grønt lys for alle deler av remsen innenfor måleområdet, vil det ikke desto mindre forekomme remse-støy ettersom ikke alle partier av de fuktede tracer av remser, i- :: "errsens masker fylt med ulike meneder :uå ce "??:•; ke •>* 11 rn r _ rit ross oe* grenne Ivs ned den samme intensitet og i den samme retning. Følgelig vil suksessive verdier av ir oppvise små ulikheter. For å eliminere denne støyeffekt ved bestemmelsen av kvosienten, kan det benyttes en irl-verdi som utgjør gjennomsnittet av fem målinger, hvorav den midtre er den som ble utført nominelt 10 sekunder tidligere.

Mikroprosessorsystemet frembringer et alarmsignal som reaksjon på at fargekvosienten Q overskrider en forutbestemt terskelverdi. Denne terskelverdi kan være en temperaturavhengig verdi ettersom det ved relativt høye temperaturer danner mer fargende stoff på remsen etter 10 sekunder enn ved forholdsvis lave temperaturer.

Utgangssignalet av integratorkretsen bestående av motstanden 34, forsterkeren 35 og kondensatoren 36 tilføres til den analoge multiplekskrets 38 og analog/digitalomformeren 43 i feilpåvis-ningsøyemed. Når styrekretsen på grunn av en defekt komponent eller ytre innvirkninger, for eksempel forurensning av en fotocelle, ikke fungerer ordentlig, vil integratorens utgangsspenning i de fleste tilfeller ikke lenger befinne seg innenfor det normale dynamiske operasjonsområde, hvilket fenomen kan utnyttes for å bringe mikroprosessoren til å frembringe et feilsignal.

Selv om apparatet for påvisning av fargeforskjeller i overensstemmelse m^d oppfinnelsen er beskrevet i form av et eksempel med henvisning til dets bruk i en gassdetektor, er det selvinnlysende at andre anvendelser av apparatet ikke er ute-lukket .

Claims (6)

1. Apparat til påvisning av fargeforskjeller hos et materiale (12) som skal undersøkes, hvor apparatet omfatter et organ som er innrettet til å belyse materialet og som omfatter en første lyskilde (3,3') som er innrettet til å emittere lys av en første farge og en andre lyskilde (2) som er innrettet til å emittere lys av en andre farge, idet lyset av de to farger tilføres til et første (12') og et andre (12"). måleområde som er innbyrdes at-skilt og som er knyttet til en innretning (13,15;14,16) for måling av mengden lys som reflekteres fra materialet, samt et første elektronisk omkoplingsorgan (23,24) for vekselvis energisering av den første og den andre lyskilde i en første og en andre grad, karakterisert veda) et optisk system (4,5,6,9,10,11) som er innrettet til å avgi til måleområdene (12',12") samtidig en konstant andel av lyset som emitteres av lyskilden som energiseres, b) elektroniske styreorganer (32-37) som reagerer på de målte mengder lys som reflekteres av materialet fra den første lyskilde for derved å kontrollere intensiteten av den andre lyskilde, slik at de målte lysmengder har st forutbestemt forhold, c) at innretningen (13,15;14,16) til måling av reflektert lys er innrettet til å utføre en første måling i det andre måleområde , d) et organ (8) for frembringelse av andre lyskildesignaler som representerer lysmengden som emitteres av den andre lyskilde under henholdsvis den første og den andre måling, samt e) en innretning til påvisning av en differanse mellom disse signaler.

2. Apparat i samsvar med krav 1, karakterisert ved en innretning for transportering av materialet fra det første til det andre måleområde, og ved en anordning som skal forsinke signalet fra den andre lyskilde oppnådd ved den første måling, i et tidsrom som er omtrent lik den tid som er nødvendig for transport av materialet fra det første til det andre måleområde .

3. Apparat i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved en vekslingsinnretning (20,21) for styring av måleinnretningen (13,15;14,16) for å gjøre den første og den andre måling kontinuerlige av en grad som er lavere enn den første grad.

4. Apparat i samsvar med krav 3, karakterisert ved at måleinnretningen (13,15;14,16) omfatter minst én lysdetektor i hvert måleområde, og at vekslingsinnretningen (20,21) er et andre elektronisk omkoplingsorgan.

5. Apparat i samsvar med et av kravene 1-4, karakterisert ved at det første omkoplingsorgan (23,24) er innrettet til å energisere bare den første lyskilde (3,3') i et forutbestemt tidsrom, idet utsignalet fra organet (8) for frembringelse av signalene fra den andre lyskilde er et mål på offset-strømmen og den mørke strøm fra organet, og at det er anordnet en hukommelse for lagring av verdien av utsignalet.

6. Apparat i samsvar med et av kravene 1-5, karakterisert ved at påvisningsinnretningen er innrettet til å bestemme forholdet mellom signalene fra den andre lyskilde, og at det er anordnet en komparator som er innrettet til å motta signaler som er representative for nevnte forhold og sammenligne dette forhold med et signal av forutbestemt verdi og frembringe et alarmsignal dersom den forutbestemte verdi overskrides av inn-signalet.