Przedmiotem wynalazku jest pomiarowy przetwornik optyczny do pomiarów ek¬ stynkcji osrodka, zwlaszcza do pomiaru stezenia zapylenia gazów w przewodach.Stan techniki. Znany jest z polskiego opisu pa¬ tentowego nr 88011 pylomierz optyczny do ciaglego pomiaru stezenia zapylenia gazów w przewodach, którego uklad optyczny wytwarza trzy strumienie swietlne przesuniete w przestrzeni wzgledem siebie, strumien pomiarowy, porównawczy i sterujacy. Ze strumieniami tymi wspólpracuje wirujaca tarcza ustawiona pomiedzy zródlem swiatla a otworem ka¬ nalu pomiarowego, która ma dwa otwory w ksz¬ talcie pólpierscieni, usytuowane kazdy na innym jej promieniu. Pylomierz jest wyposazony w dwa fotoelementy umieszczone po przeciwnej stronie tarczy niz zródlo swiatla. Pierwszy, pomiarowy ft- toelement jest usytuowany na drodze strumienia pomiarowego i strumienia porównawczego, zas dru¬ gi, starajacy fotoelement znajduje sie na drodze sterujacego strumienia, który jest ustawiony na przeciw otworu usytuowanego na innym promieniu niz pozostale strumienie, ustawione naprzeciwko tego samego otworu wirujacej tarczy.W pylomierzu znajduje sie elektroniczny rózni¬ cowy uklad pomiarowy wyposazony w elektroniczny przelacznik do wejscia którego jest przylaczony po¬ miarowy fotoelement. Jego sterujace wejscie jest polaczone z drugim* sterujacym fotoelementem, na¬ tomiast wyjscie elektronicznego przelacznika jest przylaczone do toru pomiarowego i porównawczego, przylaczonych do wejscia ukladu indykacji wyniku.Pomiedzy wyjscie pomiarowego fotoelementu a wej¬ scie elektronicznego przelacznika jest wlaczony re¬ gulator wzmocnienia oraz wzmacniacz, natomiast pomiedzy wyjsciem toru porównawczego a regula¬ torem znajduje sie petla sprzezenia zwrotnego, którego elementem jest uklad sterowania tym regu¬ latorem. W celu uzyskania stabilnych obrotów tarczy jedno z wyjsc elektronicznego przelacznika jest polaczone, poprzez uklad stabilizacji obrotów, z napedem wirujacej tarezy. Dla eliminacji zakló¬ cen swietlnych na drodze strumieni jest umieszczo¬ ny dodatkowy filtr optyczny o pasmie przepuszcza¬ nia analogicznych do pasma swiatla wytwarzanego w ukladzie optycznym przed wirujaca tarcza.Znany pylomierz charakteryzuje sie tym, ze dziala w oparciu o rozdzial czasowy pomiedzy praca toru pomiarowego a praca toru porównawczego.Strumienie swietlne pomiarowy i porównawczy sa kolejno kierowane na pomiarowy fotoelement. Sy¬ gnal elektryczny z tego fotoelementu jest podawany poprzez wzmacniacz na elektroniczny przelacznik, który rozdziela sygnal pomiarowy od porównaw¬ czego. Za tym przelacznikiem otrzymuje sie dwa napiecia, jedno proporcjonalne do natezenia stru¬ mienia pomiarowego, drugie do porównawczego.Napiecie z toru porównawczego jest wykorzysty¬ wane do regulacji wzmocnienia dla utrzymania stalego poziomu tego napiecia. Miernik wskazów- 99 1723 99172 4 kowy mierzy róznice wymienionych napiec, czyli wskazuje wartosc proporcjonalna do wspólczynnika oslabienia, który daje informacje o stezeniu zapy¬ lenia gazów w przewodach.Znany pylomierz charakteryzuje sie tym, ze swietlne strumienie, porównawczy i pomiarowy, przebiegaja po róznych torach, co wymaga stosowa¬ nia dwóch ukladów optycznych, o identycznych w miare mozliwosci parametrach. Dla osiagniecia minimalnego bledu odwzorowania konieczne jest rozbudowanie ukladu optycznego zarówno co do ilosci elementów, wskutek czego rosna straty ener¬ getyczne, jak tez ze wzgledu na duze odleglosci w ich rozmieszczeniu, w rezultacie czego gabaryty i ciezar urzadzenia sa dosc znaczne, co utrudnia instalacje na urzadzeniach, szczególnie o malej sztywnosci.Istota wynalazku. Wynalazek dotyczy pomiaro¬ wego przetwornika optycznego, wspólpracujacego z kanalem pomiarowym, zawierajacego uklad op¬ tyczny wytwarzajacy swietlny strumien pomiarowy, porównawczy i sterujacy oraz wspóldzialajacy z ty¬ mi strumieniami element obrotowy usytuowany na ich drodze. Przetwornik jest wyposazony ponadto w ?o najmniej dwa^fotoelementy, z których pierw¬ szy, pomiarowy, znajduje sie w strefie dzialania strumienia pomiarowego i porównawczego, zas drugi, steiujacy, w strefie strumienia sterujacego. Prze¬ twornik ma uklad elektryczny, zawierajacy prze¬ lacznik elektroniczny, sygnalowym wejsciem pola¬ czony z wyjsciem pomiarowego fotoelementu, wyj¬ sciami polaczony z porównawczym i pomiarowym torem ukladu, przylaczonymi do czlonu przetwa¬ rzania wyniku, a swoim sterujacym wejsciem — z wyjsciem sterujacego fotoelementu.Istota wynalazku jest to, ze obrotowym elemen¬ tem jest wirujace zwierciadlo, odbijajaca plaszczy¬ zna zwrócone kil zródlu swiatla, którego co naj¬ mniej dwie krawedzie leza w róznej odleglosci od osi jego obrotu, zas tory wszystkich trzech swietl¬ nych strumieni przebiegaja poprzez obszar wyzna¬ czony przez róznice odleglosci tych obu krawedzi od osi obrotu zwierciadla, przy czym tor steruja¬ cego strumienia jest przesuniety w przestrzeni wzgledem pozostalych swietlnych strumieni, których tory pokrywaja sie przynajmniej czesciowo. Ponad¬ to pomiedzy wyjscie pomiarowego fotoelementu a sygnalowe wejscie elektronicznego przelacznika jest wlaczony logarytmujacy uklad, natomiast po¬ miedzy wyjscie sterujacego fotoelementu a steru¬ jace wejscie elektronicznego przelacznika jest wla¬ czony sterujacy uklad. Jest korzystne, gdy co najmniej dwie krawedzie wirujacego zwierciadla maja ksztalt luku i znajduja sie kazda na innym promieniu obrotu zwierciadla, zas graniczna linia pomiedzy wymienionymi krawedziami przebiega wzdluz promienia obrotu zwierciadla, przy czym slad przejscia sterujacego strumienia znajduje sie po innej stronie linii granicznej niz obu strumieni pozostalych, pomiarowego i porównawczego.W przetworniku wedlug wynalazku strumien po¬ miarowy i strumien porównawczy przebiegaja za¬ sadniczo po tym samym torze lub jego przedluzeniu, dzieki czemu wyeliminowane zostaly bledy pocho¬ dzace od prowadzenia strumienia droga lamana oraz bledy wynikajace z istnienia rozbudowanego ukladu optycznego, uwarunkowanego dwoma torami. W po¬ równaniu do znanych rozwiazan pylomierzy optycz¬ nych ilosc elementów optycznych jest znacznie mniejsza, co lacznie z pokrywaniem sie torów wy¬ mienionych strumieni pozwala na zmniejszenie wymiarów i ciezarów przetwornika, dzieki czemu moze on pracowac nawet na konstrukcjach o malej sztywnosci oraz w miejscach o malej przestrzeni. !0 Logarytmowanie sygnalu fotoelementu pomiarowego pozwala na wykorzystanie bardzo duzej dynamiki ukladu pomiarowego i uniezaleznienie sie od zmian zródla swiatla i parametrów fotoelementu oraz za¬ pewnia liniowosc wskazan.Objasnienie figur rysunku. Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ukladu optycznego przetwornika, fig. 2 wirujace zwierciadlo w widoku z boku, zas fig. 3 schemat ukladu elektrycznego przetwornika.Przyklad realizacji. Pomiarowy przetwornik op¬ tyczny, bedacy przykladowym rozwiazaniem zgod¬ nym z wynalazkiem, ma uklad optyczny wytwarza¬ jacy podstawowy strumien swietlny, którego zród- lem jest zarówka 1, emitujaca.. swiatlo o celowo dobranym rozkladzie widmowym. Na drodze tego podstawowego strumienia jest umieszczony filtr 2, obiektyw 3 oraz pólprzepuszczalna plytka 4, usta¬ wiona pod katem 45° w stosunku do podluznej osi podstawowego strumienia. Przed pólprzepuszczalna plytka 4, od strony zarówki, jest usytuowany wy¬ giety swiatlowód 5, którego wejscie jest prostopadle do podstawowego strumienia, zas wyjscie jest do niego równolegle. Przez swiatlowód 5 przebiega ste_ rujacy strumien, którego tor jest oznaczony na fig. 1 linia przerywana, równy okolo polowie podstawo¬ wego strumienia.Z drugiej strony pólprzepuszczalnej plytki 4, na przedluzeniu podluznej osi podstawowego strumie- 40 nia, jest ustawiony otwór pomiarowego kanalu 6.W otworze tym jest umieszczony obiektyw 7, zas w glebi pomiarowego kanalu 6 znajduje sie wklesle zwierciadlo 8. Pólprzepuszczalna plytka 4 i swiatlo¬ wód 5 sa odgrodzone od obiektywu 7 wirujacym 45 zwierciadlem 9. mechanicznie sprzezonym z napedo¬ wym silnikiem 10. Wirujace zwierciadlo 9 przecina droge sterujacego strumienia, pomiarowego stru¬ mienia, którego tor jest oznaczony na fig. 1 linia ciagla oraz porównawczego strumienia, którego tor jest oznaczony na fig. 1 linia zlozona z kropek.Wirujace zwierciadlo 9 jest odbijajaca plaszczyzna zwrócone w strone zarówki 1. Przetwornik jest ponadto wyposazony w sterujacy fotoelement 11. usytuowany po stronie nieodbijajacej plaszczyzny „ zwierciadla 9, tak samo jak obiektyw 7 pomiaro¬ wego kanalu 6. Za pólprzepuszczalna plytka 4 po przeciwnej stronie niz zarówka 1, jest umieszczony obiektyw 12, ustawiony pod katem 90° w stosunku do obiektywu 3, umieszczonego miedzy filtrem 2 a plytka 4. Za obiektywem 12 znajduje sie pomia¬ rowy fotoelement 13. Wyjscia sterujacego fotoele¬ mentu 11 i pomiarowego fotoelementu 13 sa. przy¬ laczone do elektrycznego ukladu 14. Wirujace zwier¬ ciadlo 9 ma cztery krawedzie w ksztalcie luku, ^ dwie naprzeciwlegle lezace zwane dalej zewnetrz-sr»ti72 6 nymi krawedziami 15 zwierciadla 9, wyznaczone przez promien Ri i dwie inne naprzeciwlegle lezace krawedzie, zwane dalej wewnetrznymi krawedzia¬ mi 16, wyznaczone przez promien R2, krótszy od promienia Ri. Graniczne linie 17 pomiedzy krawe¬ dziami 15 i 16 przebiegaja wzdluz promienia obrotu zwierciadla 9 i sa wzgledem siebie ustawione pod katem 90°.Sterujacy fotoelement 11 i obiektyw 7 sa usta¬ wione naprzeciw zewnetrznego obszaru 18 wyzna¬ czonego przez zwierciadlo 9, zawartego pomiedzy zewnetrzna krawedzia ]£ a wewnetrzna krawe¬ dzia 16. Na ten sam obszar 18 skierowane sa tory wszystkich trzech swietlnych strumieni. Obiektyw 7 i sterujacy fotoelement 11 sa tak wzgledem siebie usytuowane, ze znajduja sie po róznych stronach granicznych linii 17. Pomiarowy fotoelement 13 jest przylaczony do logarytmicznego wzmacniacza 19, który swoim wyjsciem jest przylaczony do wejscia napieciowo-pradowego konwertera 20, który jest sterowanym zródlem pradowym, wyjsciem przyla¬ czonego do sygnalowego wejscia elektronicznego przelacznika 21, zbudowanego na tranzystorach po¬ lowych. Elektroniczny przelacznik 21 ma dwa wyj¬ scia: pomiarowe i porównawcze, kazde polaczone z dolnoprzepustowym filtrem 22 i 23, które sa przy¬ laczone do wejsc róznicowego wzmacniacza 24 o re¬ gulowanym wzmocnieniu. Do pomiarowego filtru 22 jest ponadto przylaczony uklad 25 kompensacji poziomów, którym jest regulowane zródlo pradowe.Porównawczy filtr 23 jest przylaczony tylko do wyjscia elektronicznego przelacznika 21. Wyjscie róznicowego wzmacniacza 24 jest przylaczone do wyjsciowego ukladu 26, który sklada sie z mier¬ nika wskazówkowego, rejestratora i wzmacniaczy standaryzujacych. Sterujacy fotoelement 11 jest po¬ laczony z wejsciem sterujacego ukladu 27, wyposa¬ zonego we wzmacniacz o duzym wzmocnieniu z ogranicznikiem sygnalu. Sterujacy uklad 27 jest jednym z wyjsc polaczony ze sterujacym wejsciem elektronicznego przelacznika 21, a drugim wyjsciem z ukladem 28 kontroli, zbudowanym z ukladu róz¬ niczkujacego na wejsciu, polaczonego poprzez filtr dolnoprzepustowy ze wzmacniaczem, do którego jest podlaczony sygnalizator optyczny. Trzecie wyjscie sterujacego ukladu 27 jest polaczone z wejsciem ukladu 29 stabilizacji obrotów, którego wyjscie jest polaczone z czlonem regulacji obrotów napedowego silnika 10. W elektrycznym ukladzie 14 znajduje sie ponadto zasilacz 30 zarówki 1, polaczony z nia poprzez kontrolny uklad 31.Dzialanie przetwornika wedlug wynalazku jest nastepujace. Podstawowy strumien, wytwarzany przez zarówke 1 przechodzi przez filtr 2 i obiektyw 3 i ulega czesciowemu odbiciu od pólprzepuszczal- nej plytki 4, trafia do swiatlowodu 5 i staje sie sterujacym strumieniem. Czesc podstawowego stru¬ mienia przechodzi przez pólprzepuszczalna plytke 4 i jest kierowana na wirujace zwierciadlo 9. W przy¬ padku gdy podstawowy strumien zostaje przez nie odbity — to wówczas wraca do pólprzepuszczainej plytki 4 i staje sie porównawczym strumieniem i nastepnie w czesci od niej odbity, zostaje skiero¬ wany ku obiektywowi 12. W przypadku gdy zwier¬ ciadlo 9 nie odbija strumienia swietlnego, przecho¬ dzi on jako pomiarowy strumien do obiektywu 7 w pomiarowym kanale 6, odbija sie od wkleslego zwierciadla 8 i po czesciowym odbiciu od pólprze¬ puszczainej plytki 4 trafia na obiektyw 12. Stru- mienie porównawczy i pomiarowy padaja poprzez obiektyw 12 na pomiarowy fotoelement 13 na prze¬ mian, zaleznie od obrotów wirujacego zwierciadla 9.Sterujacy strumien z wyjscia swiatlowodu 6 kie¬ rowany jest na sterujacy fotoelement 11, poprzez wirujace zwierciadlo 9, spelniajace role przyslony, przy czym wskutek tego, ze fotoelement 11 znajduje sie po przeciwnej stronie granicznej linii 17 niz obiektyw 7 pomiarowego kanalu 6 — jest on po- pobudzany wówczas przez sterujacy strumien, gdy pomiarowy fotcelement 13 jest pobudzany przez porównawczy strumien, to znaczy wówczas, gdy otwór pomiarowego kanalu 6i jest zasloniety wiru¬ jacym zwierciadlem 9. Sygnal ze sterujacego foto- elementu 11, w postaci fali prostokatnej, wytwa¬ rzanej w nim wskutek przecinania sterujacego stru¬ mienia przez wirujace zwierciadlo 9, jest kierowany na wzmacniacz sterujacego ukladu 27, co zapewnia stala amplitude fali na wyjsciu ukladu 27. Sygnal z wyjscia sterujacego ukladu 27 steruje bramki tranzystorów polowych elektronicznego przelaczni¬ ka 21. Sygnal ten jest tez wykorzystywany do sta¬ bilizacji cbrotów silnika 10. Czestotliwosc sygnalu sterujacego jest zamieniana w ukladzie 29 stabili¬ zacji obrotów na napiecie stale, które jest porówny¬ wane z napieciem odniesienia, odpowiadajacym wy¬ maganym obrotom silnika 10, a róznica jest wyko¬ rzystywana do zmiany sygnalu podawanego na czlon regulacji napedowego silnika 10. Sterujacy sygnal z ukladu 27 jest ponadto doprowadzany do ukladu 28 kontroli, gdzie zostaje zrózniczkowany, a powstale impulsy sa usredniane, w wyniku czego powstaje napiecie stale proporcjonalne do czesto¬ tliwosci sterujacego sygnalu.W przypadku, gdy to napiecie miesci sie w usta¬ lonym przedziale, klucz zamykajacy obwód zasila¬ nia zarówki 1 jest zalaczony. Sygnal z pomiarowego fotoelementu 13, równiez w postaci fali prostokat¬ nej, jest logarytmowany za pomoca logarytmicznego wzmacniacza 19. Umozliwia to uzyskanie duzej dy¬ namiki ukladu. Sygnalem wyjsciowym z logaryt¬ micznego wzmacniacza 19 jest sterowany napie- ciowo-pradowy konwerter 20. Przelacznik 21 syn¬ chronicznie z obrotami wirujacego zwierciadla 9 przylacza wyjscie konwertera 20 na pomiarowy filtr 22, gdy pomiarowy strumien przechodzi przez kanal 6, zas na porównawczy filtr 23, gdy porów¬ nawczy strumien odbija sie od wirujacego zwier¬ ciadla 9. Na filtrze 22 zbiera sie napiecie propor¬ cjonalne do logarytmu natezenia swiatla pomiaro¬ wego strumienia, a na filtrze 23 — proporcjonalne do porównawczego strumienia. Do filtru 22 dochodzi prad z ukladu 25 kompensacji poziomów, który kompensuje straty pomiarowego strumienia w po¬ równaniu do strat porównawczego strumienia, spo¬ wodowanych rozbieznoscia wiazki. Eóznica napiec na wyjsciach filtrów 22 i 23 jest mierzona przez róznicowy wzmacniacz 24. Regulacja wzmocnienia w tym wzmacniaczu 24 pozwala na utrzymanie tego samego skalowania urzadzen wyjsciowego ukladu 26, przy zmianie takich parametrów jak szerokosc 40 45 50 55 607 9tl72 s pomiarowego kanalu 6, czy zmiana rodzaju mie¬ rzonego osrodka. W wyjsciowym ukladzie 26 wynik pomiaru wykorzystywany jest do bezposredniej obserwacji mierzonej wartosci na mierniku wska¬ zówkowym, do ciaglego jej zapisu w rejestratorze i do przetwarzania przez wzmacniacze standaryzu¬ jace na sygnal regulacji, dla ukladów automatyki czy sterowania.W przetworniku mozliwa jest kontrola pracy ele¬ mentów podatnych na uszkodzenia, znajdujacych de w jego ukladzie, jak silnika 10 za posrednictwem ukladu 28 kontroli sterujacego strumienia oraz za¬ rówki 1, przez kontrolny uklad SI, w którym gasnie sygnalizator optyczny w przypadku braku napiecia zasilajacego zarówke 1 z zasilacza 30. W przykla¬ dowym przetworniku, zgodnym z wynalazkiem, peza uprzednio wymienionymi korzystnymi skut¬ kami, uzyskuje sie duza równoleglosc wiazki, wsku¬ tek tego, ze droga strumieni porównawczego i po¬ miarowego, jest torem prostoliniowym, co wplywa korzystnie na polepszenie jakosci odwzorowania. PL