NO770194L - Anordning til p}visning av et lysp}virkende stoff i et fluidum. - Google Patents

Description

Anordning til påvisning av et lyspåvirkende stoff i et fluidum.

Foreliggende oppfinnelse angår anordninger som er føl-somme overfor stoffer i et fluidum, der stoffene påvirker lyset, f.eks. en oljetåke i en atmosfære. En utførelsesform for oppfinnelsen som blir beskrevet senere, er en detektor for påvisning av smøreoljetåke i for store konsentrasjoner under drift av roterende anlegg og maskiner, og særlig til påvisning av oljetåker i veivhus for forbrenningsmotorer og herunder diselmotorer. For stor dannelse av oljetåke kan ut-gjøre en eksplosjonsfare, og det ville være fordelaktig om man på et tidlig trinn var i stand til å påvise slike olje-tåkedannelser. For sterk dannelse av oljetåker i veivhus kan finne sted som et resultat av overoppvarmning eller slitasje av mekaniske deler, og midler til påvisning av for tett oljetåke gjør det mulig på et tidlig trinn å treffe foranstaltninger som hindrer videre skader.

Oppfinnelsen er imidlertid også egnet til påvisning av andre stoffer som påvirker disse og til påvisning av tåke i sin alminnelighet, f.eks. av damptåker i luftkondisjonerings-anlegg, kjøleanlegg og i gasskjølesystemer. Påvisning av farge-løse tåker er mulig ved f.eks. å føre tåken over et passende kjemisk stoff som vil reagere og farge tåken. Videre kan tett-hetene i eksosgasser fra forbrenningsmotorer måles.

I henhold til oppfinnelsen er man kommet frem til en anordning for påvisning av lyspåvirkende stoffer i et fluidum der anordningen omfatter et detektorkammer som mottar den atmosfære der det lyspåvirkende stoff som skal påvises kan være tilstede, lysanordninger for innføring av lys til kammeret på tvers av et område av dette, og lysutgangsanordninger for ledning av lyset etterat det har passert kammeret til foto-

følsomme innretninger som påviser lysets nivå der inngangs-

og utgangsanordningene for lyset omfatter fiberoptiske midler.

I henhold til oppfinnelsen er man videre kommet frem til en anordning til påvisning av et lyspåvirkende stoff i et fluidum/omfattende en flerhet av detektorkammeret som hvert er innrettet til å motta en prøve på fluidet med midler i hvert kammer for å danne en lysbane på tvers av en del av kammeret, hvorved intensiteten i det lys som følger banen blir påvirket av et hvilket som helst lyspåvirkende stoff i den nevnte prøve av fluidet når dette befinner seg i den nevnte bane, detektoranordning til påvisning av respektive utganger for angivelse av lysintensitetene i lysbanene for de respektive kammere, felles styrekretser og elektriske multipleksanord-ninger for kopling av de nevnte utganger etter tur til kretsen for styreformål.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjen-gitte trekk og vil i det følgende bli forklart nærmere under henvisning til tegningene som viser en detektoranordning for oljetåke i henhold til oppfinnelsen, og der: Fig. 1 viser et snitt gjennom en utførelsesform for anordningen,

fig. 2 viser et snitt gjennom en del av en annen utførelse av anordningen,

fig. 3 og 4 viser snitt gjennom henholdsvis en lys-enhet og en fotocelleenhet som utgjør deler av anordningen på fig. 2,

fig. 5 viser et blokkdiagram for en utførelsesform for den elektriske krets tilhørende anordningene på fig. 1 og 2, og

fig. 6 viser et blokkdiagram av en del av en modifisert utførelse av kretsen på fig. 5.

i

Som vist på fig. 1 omfatter detektoren to identiske detektorhoder 6 og 6A som er understøttet på motstående sider av en lysutsendende og -målende enhet 8 ved hjelp av rammer 10 og 10A.

Detektoren 6 omfatter et detektorkammer 12 som under bruk er koplet til den forbrenningsmotor som skal overvåkes. Ved hjelp av en vifte eller tilsvarende pumpe blir luft fra en del av motoren kontinuerlig trukket ut og gjennom kammeret 12 og eventuell tåke i luften eller atmosfæren blir naturligvis også ført med gjennom kammeret. To porter 14 og 16 fører inn til motstående innrettede områder av kammeret 12. Porten 14

er rørformet og bæres i rammen 10. Den fører til et kulekalott-speil 18 som også sitter på rammeverket 10 ved hjelp av en bærer 20. Porten 16 er også rørformet og sitter på samme måte i rammeverket 10, og den fører inn til lys- og måleenheten 8.

Detektorhodet 6A er bygget på samme måte som detektorhodet 6 og tilsvarende detaljer har samme henvisningstall, men med tilføyelse av bokstaven"A".

Lys- og måleenheten 8 omfatter en hul korsformet anordning 3 0 med to lange armer og to korte armer. Ved en ende av en av de lange armer sitter det en lyskilde 32 som retter lys inn i endene av to fiberoptiske organer 33 og 34. Det fiberoptiske organ 33 fører inn i en av de korte armer av anordningen 30 og er understøttet i en blokk 35 med sin frie ende åpen i porten 36.

Det fiberoptiske organ 34 strekker seg inn i den kortere arm av anordningen 30 og er understøttet i en blokk 35A med sin frie ende liggende i porten 16A.

Ved den annen ende av den lange arm av anordningen 3 0 sitter det en fotocelle 36 ved endene av to ytterligere fiberoptiske organer 37, 38. Det fiberoptiske organ 37 strekker seg inn i blokken 35 med sin frie ende avsluttet i nærheten av det fiberoptiske organ 33, mens det fiberoptiske organ 38 strekker seg inn i blokken 35A med sin frie ende liggende nær ved enden av det fiberoptiske organ 34.

Alle fire fiberoptiske organer er på en hensiktsmessig måte understøttet i anordningen 30 ved hjelp av pasningsmateri-ale 39.

Fotocellen 36 er delt i to elektrisk adskilte segmenter hvorav ett vender mot enden av det fiberoptiske organ 37 og det annet segment vender mot enden av det fiberoptiske organ 38.

Under drift vil atmosfære som muligens kan være forurenset med oljetåke, fra forskjellige deler av motoren som overvåkes, bli trukket gjennom kammerne 12 og 12A (eller som et alternativ som vil bli forklart nærmere i det følgende^, kan ett av kammerne motta bare ren luft). De fiberoptiske organer 33 og

J

34 retter lys fra kilden 32 inn i portene 16 og 16A på tvers av kammerne 12 og 12A og langs portene 14 og 14A til speilene 18 og 18A. Det lys som reflekteres av speilene passerer tilbake langs portene 14, 14A på tvers av kammeret 12, 12A langs portene 16, 16A,og deretter via de fiberoptiske organer 37, 38 til de respektive segmenter av fotocellen 36. Fotocellen avgir tilsvarende utganger på en måte som vil bli forklart mer i detalj i det følgende.

Hvis atmosfæren i det ene eller begge kammere 12, 12A inneholder oljetåke, vil det lys som passerer på tvers av kammerne 12, 12A bli redusert, og dette fører til en endring i utgangene fra fotocellen. På en måte som skal beskrives nærmere i det følgende benyttes den resulterende forandring i foto-celleutgangen til å angi tettheten på oljetåken.

Det skal pekes på at utførelsen som er vist på fig. 1 bare er en av mange former som kan konstrueres. Detektoren kan f.eks. endres slik at den får flere eller færre enn de to detektorkammere som er vist på fig. 1. Hvis det finnes mer enn to detektorkammere er det fordelaktig at hvert av dem får sitt lys fra den felles lyskilde 32 gjennom et tilhørende fiberoptisk organ og at det reflekterte lys (etterat det har krysset detektorkammeret) bør komme tilbake til et tilhørende segment av en felles fotocelle med flere segmenter.

Portene 14, 16, 14A, 16A på fig. 1 er med fordel innrettet slik at lengden av hver port er fire ganger eller flere ganger større enn dens diameter, idet man derved reduserer muligheten for tilsmussing av endene av de fiberoptiske organer (ved bunnene av portene 16, 16A) eller av speilene 18, 18A.

Endene av de fiberoptiske organer ved endene av portene 16, 16A og også der de vender mot lyskilden 32 og fotocellen 36,er fortrinnsvis metallografisk polert for å sikre best mulig ledning av lyset.

Det skal videre pekes på at anordningen på fig. 1 kan være bygget annerledes opp. For eksempel kan detektorkammerné stå i et hvilket som helst ønsket forhold til hverandre. Lys-banen fra lampen til fotocellen behøver ikke passere to ganger på tvers av kammeret via et speil, men i stedet kan lys ledes til den ene side av hvert kammer gjennom et tilhørende fiber optisk organ og ledes bort fra den motstående side med et annet fiberoptisk organ til en fotocelle eller et segment av denne. Fig. 2, 3 og 4 viser en slik anordning. Her benyttes det et kammer 4 0 som er tilknyttet et grenrør 41 ved hver av endene. Grenrøret har et innløp 42 som under bruk er tilkoplet et punkt på motoren (eller annet anlegg), der atmosfæren skal overvåkes. Kammeret 4 0 er lukket ved begge ender av plater 4 3 og 44, og sylindriske forlengelser 45 og 46 stikker innad fra disse plater. Et fiberoptisk organ 47 leder lys inn i den sylindriske forlengelse 45, hvorfra det forplanter seg langs kammeret til den sylindriske forlengelse 46 og kommer ut gjennom et annet fiberoptisk organ 48. Forlengelsene 45 og 46 har linser 49 for innstilling av skarphétt.

Et sugeinnløp 4OA er tilsluttet kammeret 40 og under bruk hersker et undertrykk ved dette innløp og trekker noe av atmosfæren (fra det område som skal overvåkes) inn i gren-røret 41. Den atmosfære som trekkes inn følger pilenes retning og man unngår derved tilsmussing av linsene 49. Eventuelle lyspåvirkende stoffer i atmosfæren som trekkes inn i kammeret, vil på denne måte påvirke det lys som passerer på langs av kammeret og dermed også det lys som mottas av det fiberoptiske organ 48.

I praksis vil man ha flere detektorkammere med den oppbygning som er vist på fig. 2, og alle tilhørende fiberoptiske organer 47 tilføres lys fra en felles lyskilde 41A som vist på fig. 3. Alle de fiberoptiske organer 47 er for-ankret i et rørformet endestykke 4 2A som er fylt med harpiks 43A. Lyskilden 41A er fortrinnsvis en på forhånd skarpstilt lampe med høy lysstyrke, og den sitter i et monteringsrør 44A.

De fiberoptiske organer 48 for alle detektorkammere blir ført til tilhørende segmenter av en felles fotocelle 45A, som vist på fig. 4. Her er fotocellen 45A spent fast på et underlag 46A ved hjelp av en metallblokk 47A. Den sistnevnte har hull for innføring av fiberoptiske organer og en fordyp-ning som er fylt med harpiks 48A for å forankre disse organer. Harpikset blir etter herding slipt ned til en nøyaktig plan flate. Elektriske forbindelser (ikke vist) fører bort fra de respektive segmenter av fotocellen.

En form som kretsen for detektoranordningen kan ha vil nu bli beskrevet under henvisning til fig. 5.

På fig. 5 antas det at detektoranordningen er beregnet på å ha mer enn to detektorkammere og derfor også må ha en flersegments fotocelle med et tilsvarende antall segmenter.

Som vist på fig. 5 blir de elektriske utganger 50A, 50B .... 50C, 50D fra de respektive segmenter av fotocellen matet til en kanalvelger 52. Som beskrevet i det følgende kan kanalvelgeren velge en hvilken som helst av utgangene fra fotocellen og føre denne til en forsterker 54 med lav inngangs-impedans og derfra til en regulerbar belastningsforsterker 56. Forsterkerens utgang mates til en integrator 58 og derfra via en vender 60/enten til en enhet 62 eller til et lager 64 for alarmnivå.

Kretsen innbefatter to komparatorer 66 og 68. Komparatoren 6 6 får en av sine innganger fra alarmnivålageret 64

og den annen inngang fra et lager 69 for gjennomsnittsnivå.Enheten 62 har også en utgang som mater gjennomsnittsnivålageret 69,og en utgang fra dette lager mates til en inngang i en summeringsenhet 70 hvis annen inngang mottar en på forhånd bestemt prosentdel (f.eks. 10%) av utgangen fra alarmnivålageret 64 gjennom en deler 71. Komparatoren 68 mottar en av sine innganger fra summeringsenheten 70 og den annen fra enheten 62.

Lagrene 64 og 69 kan ha form av analoge prøve- og holdelagre.

Hver komparator 66 og 68 kan tilføre energi til en alarmkanalavlesning 74 og også kontaktsett 76 som kan benyttes til å sette igang foranstaltninger eller andre handlinger i tilfelle en alarm, f.eks. kan maskinen stanses.

Forskjellige nivåer i kretsen kan vises digitalt på en digitalskjerm 80 som styres av en analog-til-digitalomformer 82 når denne får innganger fra de to lagre 64 og fra 69 og fra enheten 62.

Rekkefølgen av kretsenes drift styres av en sentral styre- og portenhet 84 som er synkronisert av en klokke med en frekvens på f.eks. 12 kHz. Klokken driver også den analog-til-digitalomf ormer 82.

Styre- og portenheten 84 stilles inn manuelt av en innstillingsenhet 88 alt etter det antall fotocelleutganger systemet skal måle. Som vist styrer enheten 84 kanalvelgeren 52, belastningsforsterkeren 56 (for å velge forsterkningsgrad), integratoren 58 (for å sette den igang og tilbakestille den), venderen 60, dekodings- og alarmlåsenheten 72 og den analoge-til-digitalomformer 82.

Kretsens virkemåte vil nu bli beskrevet. Kretsen arbeider i en syklus med to på hverandre følgende rekker.

Under den første rekke blir fotocelleutgangene prøvet etter tur og en gjennomsnittsverdi tas av summen av de enkelte fotocellenivåer. Med andre ord vil resultanten representere det gjennomsnitlige nivå av oljetåke eller liknende forurens-ning i alle detektorkammere. For å få dette gjennomsnittsnivå blir belastningsforsterkeren 56 stilt inn av den sentrale styre-og portenhet 84 slik at den får en forsterkningsgrad som er proporsjonal med reciprokverdien av det antall fotocelleutganger som prøves. Hvis f.eks. fem fotocelleutganger skal prøves, stilles belastningsforsterkeren 56 slik at den får en forsterkningsgrad på 1/5 av dens standardverdi. De resulterende forsterkede utganger summeres av integratoren 58 og venderenheten 60 stilles av den sentrale styre- og portenhet 84 slik at den slipper det resulterende gjennomsnittsnivåsignal gjennom enheten 62 til gjennomsnittsnivålageret 69. Enheten 62 virker som en følsomhetsregulering.

I den annen rekke av operasjoner blir hver av fotocelleutgangene igjen prøvet etter tur, men denne gang stilles forsterkningsgraden for belastningsforsterkeren 56 på dens standardverdi (f.eks. en forsterkningsgrad på 1) . Hvert resulterende utgangsnivå mates av venderenheten 60 og følsomhets-reguleringen 62 til en inngang i komparatoren 68. Den annen inngang til komparatoren mottar utgangen fra summeringsenheten 90.

Hvis nivået for en hvilken som helst av fotocelleutgangene overskrider overgangen fra summeringsenheten 70, vil komparatoren 6 8 styre dekoder- og alarmlåseenheten 72,og under styring fra den sentrale styre- og portenhet 84 koples avles-ningsenheten 74 inn for å gi et alarmsignal og for å angi hvilken fotocelleutgang og dermed også hvilket detektorkammer det hersker alarmtilstander i. Utgangskontaktsettet 76 blir også styrt og det kan treffe foranstaltninger som hjelper på forholdene.

I tillegg vil komparatoren 66 sammenlikne gjennom-snittsnivået for alle fotocelleinnganger slik de er lagret i lageret 69, med alarmnivået som er lagret i alarmnivålageret 64. Hvis komparatoren 66 finner at det gjennomsnitlige nivå overskrider alarmnivået, blir det også gitt varsel om at noe kan være galt.

Som referanse inneholder anordningen en fotocelle som er beregnet på å måle lysnivået i et detektorkammer (svarende til de som er beskrevet under henvisning til fig. 1 og/eller 2) som kontinuerlig tilføres stort sett ensartet og uforurenset atmosfære slik at det kan virke som en referanse-kanal. Ved hjelp av kanalvelgeren 52 mates utgangen fra denne kanal i integratoren 58 og subtraheres fra det gjennomsnittsnivå som er samlet i denne under den første rekkefølge av operasjoner og fra hver av målekanalutgangene under den annen operasjonsrekke, slik at alle nivåer refereres til nivået i referansekanalen. Subtraksjon utføres ved å reversere utgangs-polariteten fra forsterkeren 56 under disse operasjoner. Dess-uten vil en fast prosentdel av nivået i referansekanalen bli' matet gjennom belastningsforsterkeren 56 på et tidspunkt i løpet av den første operasjonsrekke og lagret i alarmnivålageret 64 som alarmnivået.

Fig. 6 viser en modifisert utførelsesform for '/d/en del av kretsen på fig. 5 som ligger innenfor den strekpunkterte linje D, og komponenter svarende til komponentene på fig. 5 har samme henvisningstall.

I den modifiserte krets på fig. 6 er komparatoren 68 utelatt sammen med summeringsenheten 70 og deleren 71. Komparatoren 66 er koplet for å motta utgang fra alarmnivålageret og for å sammenlikne dette med utgangen fra enheten 6 2 som virker som en nivåforskyvningsstyring. Kretsen er ellers den samme som vist på fig. 5.

Under drift vil hver av fotocelleutgangene bli prøvet etter tur (dvs. utganger som påvirkes når detektorkammerne inneholder forurenset atmosfære) med forsterkningsgraden for belastningsforsterkeren 56 stilt på standard nivå. Hver resulterende forsterkerutgang mates til venderenheten 60 og enheten 6 2 til en inngang for komparatoren 66, hvis annen inngang fra lageret 64 mottar et alarmnivå som er knyttet til det lagrede nivå som er avledet fra referansekanalen som forklart. Skulle en hvilken som helst av fotocelleutgangene overskride alarmnivået settes komparatoren 66 enheten 72 for alarmkanal-dekoding og alarmlåsing i virksomhet på samme måte som forklart under henvisning til fig. 5.

Den foregående rekke av operasjoner kommer etter en rekke operasjoner svarende til den første operasjonsrekke som er beskrevet under henvisning til fig. 5. Denne operasjonsrekke stiller inn nivået i gjennomsnittsnivålageret 69.

I kretsen på fig. 5 eller kretsen på fig. 6 vil analog-til-digitalomf ormeren 6 2 gjøre det mulig å vise data som er lagret i lageret 69 digitalt ved hjelp av digitalskjermen 80 som en prosentdel av nivået i alarmnivålageret 64. I tillegg kan nivået i enhver av kanalene vises. Den ønskede avles-ning velges ved hjelp av en velgervender 90.

Kretsen har en kraftilførselsenhet og anordninger for regulering av styrken på lyskilden 32 (fig. 1) eller 41A (fig. 2), men ingen av disse enheter er vist. Kretsen kan også ha midler som muligjør en utprøvning med resultatet vist i en alarmavlesningsenhet.

Bruken av fotocelle som er delt opp i segmenter som påvisningskomponent for alle detektorkammere er fordelaktig ved at virkningen av økende alder og virkningene av temperatur-forandringer og forandringer i andre driftsparametere, såsom tilført spenning, vil være mer eller mindre like på alle utganger enn tilfellet ville være om hvert detektorkammer hadde sin egen separate fotocelle.

Claims (11)

1. Anordning til påvisning av et lyspåvirkende stoff i et fluidum, omfattende et detektorkammer (12, 40) som skal tilføres en atmosfære hvori et lyspåvirkende stoff skal påvises om det er tilstede, en lysinngangsanordning (33, 47) for ledning av lys til kammeret (12, 41), slik at lyset krysser et område av kammeret (12, 41) og en lysutgangsanord-ning (37, 48) for ledning av lyset, etterat det har krysset kammeret (12, 41) til en fotofølsom detektor (36, 45A) til påvisning av lysnivået, karakterisert ved at inngangs- og utgangsanordningene for lyset omfatter fiberoptiske organer (33, 47, 37, 48).

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at den har en flerhet av detektorkammere (12, 12A) som hvert tilføres det lys som skal krysse et område av kammeret (12, 12A) gjennom et tilhørende fiberoptisk organ (33, 34) .

3. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved en felles lyskilde (32, 44) for tilførsel av lys til samtlige fiberoptiske organer (33, 34, 47).

4. Anordning som angitt i krav 2 eller 3, karakterisert ved at de respektive fiberoptiske organer (37, 38, 48) som danner lysutgangsanordningen fra hvert kammer (12, 12A, 40) leder lyset til den tilhørende fotofølsomme detektor (36, 45A).

5. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at hver fotofølsomme detektor er et elektrisk adskilt område av en felles fotocelle (36, 45A).

6. Anordning som angitt i krav 4 eller 5, karakterisert ved kretser for rekkefølgemessig prøvning av utgangene fra de fotofølsomme detektorer (36, 45A).

7. Anordning som angitt i krav 6, karakterisert ved kretser (68) for måling av den gjennomsnitlige verdi av utgangene og for sammenlikning av hver av utgangene med et nivå som er avhengig av middelverdien når de prøves.

8. Anordning som angitt i et hvilket som helst av kravene 2-7, karakterisert ved at ett av detektorkammerne (12, 12A, 40) er innrettet til å motta en referanseatmosfære som er fri for det lyspåvirkende stoff, hvorved kammerets fotofølsomme detektor avgir et referanse-signal, og ved at det finnes kretser (66) for sammenlikning av utgangen fra hver av de andre fotofølsomme detektorer, med et nivå som er avhengig av referansesignalet.

9. Anordning til påvisning av et lyspåvirkende stoff i et fluidum, omfattende en flerhet av detektorkammere (12, 12A, 40) hvert beregnet på å motta en prøve på fluidum og der hvert kammer har en lysbane over en del av kammeret der styrken av det lys som følger banen blir påvirket av det lyspåvirkende stoff i den nevnte prøve av fluidum når det befinner seg i den nevnte bane, samt detektoranordninger (36, 4 5A) til frembringelse av utganger som angir styrken i lysbanene for de respektive kammere (12, 12A, 40) karakterisert ved felles overvåkningskretser og felles elektriske multiplekskretser (52, 84) for på hverandre følg-ende kopling av utgangene til kretsen for overvåkningsformål.

10. Anordning som angitt i krav 9, karakterisert ved at detektoranordningene omfatter en flerhet av fotofølsomme elektriske anordninger, f.eks. en flerhet av segmenter av en felles fotocelle (36, 45A) og en flerhet av fiberoptiske organer (37, 38, 48) for ledning av lys fra ned-strømenden av hver av lysbanene til en tilhørende av de foto-følsomme elektriske anordninger (36, 45A).

11. Anordning som angitt i krav 9 eller 10, karakterisert ved en flerhet av fiberoptiske organer (33, 34, 47), hvert anordnet for å lede lys fra en felles lyskilde (32, 41A) til oppstrømenden av en tilhørende lysbane.