RU129651U1

RU129651U1 - GLASS PURITY SENSOR

Info

Publication number: RU129651U1
Application number: RU2013111771/28U
Authority: RU
Inventors: Валентин Константинович Синёв; Евгений Владимирович Булатов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "СИНКРОСС"
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2013-06-27

Abstract

1. Датчик чистоты стекла, содержащий оптический излучатель, оптический приемник, отличающийся тем, что содержит генератор оптического сигнала, выполненный с возможностью периодического включения излучателя оптического сигнала по гармоническому закону, блок вычисления, выполненный с возможностью определения спектра принятого оптического сигнала.2. Датчик чистоты стекла по п.1, отличающийся тем, что в случае его применения в оптическом инфракрасном датчике пламени приемник датчика пламени служит приемником датчика чистоты стекла.1. The glass purity sensor containing an optical emitter, an optical receiver, characterized in that it contains an optical signal generator configured to periodically turn on the optical signal emitter according to a harmonic law, a calculation unit configured to determine the spectrum of the received optical signal. The glass purity sensor according to claim 1, characterized in that if it is used in an optical infrared flame detector, the flame detector receiver serves as the receiver of the glass purity sensor.

Description

Полезная модель относится к измерительной аппаратуре, а именно к датчикам чистоты стекла, используемых в различных оптических устройствах.The utility model relates to measuring equipment, namely to glass purity sensors used in various optical devices.

Известен датчик чистоты стекла, содержащий зеркальный отражатель, расположенный вне корпуса оптического устройства. Датчики чистоты стекла такого типа применяются в следующих оптических датчиках пламени:A known glass purity sensor containing a mirror reflector located outside the body of the optical device. Glass purity sensors of this type are used in the following optical flame sensors:

- производитель ADTtyco, модель FLAMEVision http://www.secuteck.ru/articles2/firesec/unikalnye-pozharnye-izveschateli/- manufacturer ADTtyco, model FLAMEVision http://www.secuteck.ru/articles2/firesec/unikalnye-pozharnye-izveschateli/

- производитель DET-TRONICS, модель Х3301 MULTISPECTRUM INFRARED http://www.detronics.com/utcfs/Templates/Pages/Template-53/0,8062,pageId%3D2603%26siteId%3D462,00.html- Manufacturer DET-TRONICS, model X3301 MULTISPECTRUM INFRARED http://www.detronics.com/utcfs/Templates/Pages/Template-53/0,8062,pageId%3D2603%26siteId%3D462,00.html

- производитель ООО "Синкросс", модель ИП 329/330 http://www.sinkross.ru/static/ip329.html- manufacturer LLC "Sincross", model IP 329/330 http://www.sinkross.ru/static/ip329.html

Схема такого датчика в составе оптического датчика пламени, представлена на фиг.1.A diagram of such a sensor as part of an optical flame sensor is shown in FIG. 1.

Позициями на фиг.1 обозначены:The positions in figure 1 are indicated:

1 - излучатель оптического сигнала,1 - emitter of an optical signal,

2 - приемник оптического сигнала,2 - receiver of the optical signal,

3 - стекло оптического устройства,3 - glass optical device

4 - корпус оптического устройства,4 - the body of the optical device,

5 - зеркальный отражатель,5 - mirror reflector,

6 - оптический сигнал излучателя в виде светового потока,6 - optical signal of the emitter in the form of a light stream,

7 - световой поток, отраженный от внутренней поверхности стекла,7 - light flux reflected from the inner surface of the glass,

8 - световой поток, отраженный от наружной поверхности стекла,8 - light flux reflected from the outer surface of the glass,

9 - световой поток, отраженный от отражателя (полезный сигнал),9 - light flux reflected from the reflector (useful signal),

10 - световой поток, прошедший через стекло.10 - light flux passing through the glass.

Принцип работы прототипа основан на регистрации излучения, отраженного от зеркального отражателя. Зеркальный отражатель располагают снаружи на корпусе оптического устройства. В качестве излучателя в прототипе используют миниатюрную лампу накаливания, светодиод. Световой поток от излучателя проходит через стекло оптического прибора и отражается от поверхности зеркального отражателя. Отраженный световой поток является полезным сигналом приемника опорного сигнала. Отражение от внутренней и наружной поверхностей стекла значительно слабее, чем от отражателя. Вследствие этого отражение от стекла не оказывает влияния на результат обработки принятого сигнала. При загрязнении внешней поверхности стекла энергия отраженного от зеркального отражателя светового потока ослабляется.The principle of operation of the prototype is based on the registration of radiation reflected from the mirror reflector. The mirror reflector is placed externally on the body of the optical device. As the emitter in the prototype using a miniature incandescent lamp, LED. The light flux from the emitter passes through the glass of the optical device and is reflected from the surface of the mirror reflector. Reflected luminous flux is a useful signal of the reference signal receiver. Reflection from the inner and outer surfaces of the glass is much weaker than from the reflector. As a result, reflection from the glass does not affect the result of processing the received signal. When the outer surface of the glass is contaminated, the energy of the light flux reflected from the mirror reflector is attenuated.

Основной недостаток такого метода - расположение зеркального отражателя за пределами корпуса оптического устройства. Расположенный вне корпуса зеркальный отражатель технически трудно обогреть. На поверхности зеркального отражателя могут осаждаться атмосферные осадки, что приводит к загрязнению поверхности. Расположенные внутри производственных помещений датчики могут быть подвержены осаждению на них продуктов производства. Зеркальный отражатель, как правило, изготовлен из металла, вследствие чего возможно окисление поверхности зеркала из-за низкого качества материала. Все перечисленные факторы могут вызвать ложный сигнал о загрязнении стекла. Зеркало также может ограничивать зону видимости оптического датчика.The main disadvantage of this method is the location of the mirror reflector outside the body of the optical device. The mirror reflector located outside the housing is technically difficult to heat. Precipitation may precipitate on the surface of the specular reflector, resulting in surface contamination. Sensors located inside production facilities may be prone to the deposition of manufactured products on them. The mirror reflector is usually made of metal, as a result of which the surface of the mirror can be oxidized due to the poor quality of the material. All of these factors can cause a false signal about glass contamination. The mirror may also limit the visibility of the optical sensor.

Задачей заявляемой полезной модели является создание датчика чистоты стекла, неподверженного воздействию окружающей среды и производственных процессов.The objective of the claimed utility model is to create a sensor for the purity of glass that is not exposed to the environment and production processes.

Технический результат заявляемой полезной модели заключается в создании конструкции не содержащей внешнего зеркала, и, как следствие, в отсутствии влияния окружающей среды на измерительные элементы датчика, в отсутствии ограничения зоны видимости, и в повышении достоверности определения загрязнения стекла, т.к. в формировании полезного сигнала датчика участвует только отражательная способность (зависящая от загрязнения) стекла.The technical result of the claimed utility model is to create a design that does not contain an external mirror, and, as a result, in the absence of environmental influences on the measuring elements of the sensor, in the absence of limitation of the visibility zone, and in increasing the reliability of determining glass contamination, because Only the reflectivity (contamination-dependent) of the glass is involved in the formation of the useful sensor signal.

Указанный технический результат достигается тем, что заявляемый датчик чистоты стекла содержит излучатель оптического сигнала, приемник оптического сигнала, оптический фильтр, блок генерации оптического сигнала, подающий сигнал на излучатель по гармоническому закону, и блок вычисления, принимающий сигнал с приемника и выполняющий задачу по определению энергии принятого сигнала и сравнения его с заранее определенной функциональной зависимостью, соответствующей степени загрязнения стекла. Также, заявленный результат достигается тем, что в конструкции заявляемого датчика чистоты стекла отсутствует зеркальный отражатель, расположенный вне корпуса оптического прибора.The specified technical result is achieved by the fact that the inventive glass purity sensor comprises an optical signal emitter, an optical signal receiver, an optical filter, an optical signal generation unit that supplies a signal to the emitter according to harmonic law, and a calculation unit that receives a signal from the receiver and performs the task of determining energy the received signal and comparing it with a predetermined functional dependence corresponding to the degree of contamination of the glass. Also, the claimed result is achieved by the fact that in the design of the inventive glass purity sensor there is no mirror reflector located outside the body of the optical device.

На фиг.2 представлена схема заявляемого датчика чистоты стекла, интегрированного в оптический датчик пламени.Figure 2 presents a diagram of the inventive sensor for the purity of glass integrated in an optical flame sensor.

Позициями на чертеже указаны:The positions in the drawing indicate:

2 - приемник оптического сигнала со встроенным оптическим фильтром,2 - an optical signal receiver with a built-in optical filter,

5 - оптический сигнал излучателя в виде светового потока,5 - optical signal of the emitter in the form of a light stream,

6 - световой поток, отраженный от внутренней поверхности стекла,6 - light flux reflected from the inner surface of the glass,

7 - световой поток, отраженный от наружной поверхности стекла (полезный сигнал),7 - light flux reflected from the outer surface of the glass (useful signal),

8 - световой поток, прошедший через стекло,8 - light flux passing through the glass,

9 - генератор оптического сигнала,9 - optical signal generator,

10 - блок вычисления.10 - calculation unit.

Полезная модель представляет собой датчик, расположенный в корпусе 4 оптического прибора. Конструкция датчика включает в себя генератор оптического сигнала 9, излучатель оптического сигнала 1, приемник оптического сигнала со встроенным оптическим фильтром 2, блок вычисления 10. В качестве излучателя может быть использована миниатюрная лампа накаливания, ИК-излучатель, ИК-светодиод и т.д. Приемник состоит из чувствительного элемента со встроенным оптическим фильтром в ИК-диапазоне. В качестве чувствительного элемента может применяться, например, пироэлектрический детектор, фотодиод, термопара.The utility model is a sensor located in the housing 4 of the optical device. The sensor design includes an optical signal generator 9, an optical signal emitter 1, an optical signal receiver with an integrated optical filter 2, calculation unit 10. A miniature incandescent lamp, an infrared emitter, an IR LED, etc. can be used as an emitter. The receiver consists of a sensitive element with an integrated optical filter in the infrared range. As a sensitive element, for example, a pyroelectric detector, a photodiode, a thermocouple can be used.

Работа датчика осуществляется следующим образом. Генератор оптического сигнала передает на излучатель по гармоническому закону опорный сигнал заданный интервал времени. Световой поток, генерируемый излучателем, отражается от внутренней и от наружной поверхностей стекла. Приемник принимает отраженный оптический сигнал и в ходе дальнейшей его обработки в блоке вычисления определяется энергия принятого сигнала. При загрязнении наружной поверхности стекла энергия отраженного светового потока возрастает. Сравнение энергии полученного сигнала с заранее определенной функциональной зависимостью энергии для стекла позволяет определить степень загрязнения поверхности стекла. Процесс загрязнения стекла происходит медленно, что позволяет выполнять проверку через значительные интервалы времени. А т.к. генератор оптического сигнала работает только во течение проверки чистоты стекла, то в свободное от проверок время приемник датчика чистоты стекла может быть использован для других задач.The operation of the sensor is as follows. The optical signal generator transmits to the emitter according to harmonic law the reference signal for a predetermined time interval. The luminous flux generated by the emitter is reflected from the inner and outer surfaces of the glass. The receiver receives the reflected optical signal and during its further processing, the energy of the received signal is determined in the calculation unit. When the outer surface of the glass is contaminated, the energy of the reflected light flux increases. Comparison of the energy of the received signal with a predetermined functional dependence of the energy for glass allows us to determine the degree of contamination of the glass surface. The process of contamination of the glass is slow, which allows you to check at significant intervals. And since Since the optical signal generator works only during the glass cleanliness check, in its free time from checks, the glass cleanliness sensor receiver can be used for other tasks.

В заявляемом датчике отсутствует отражатель, вследствие этого требуется более высокая чувствительность датчика. С целью повышения чувствительности датчика была определена одна из возможных математических моделей для точной интегральной оценки сигнала. Работа передатчика и приемника синхронизирована по времени. Передатчик излучает опорный сигнал установленной частоты в течение определенного интервала времени. В течение времени работы передатчика приемник накапливает полученный сигнал в выборки определенной длительности. Полезный сигнал рассматривается как случайны процесс, а его выборки - как реализации случайного процесса. Для оценки энергии реализации по оси частот выполняется расчет спектральной плотности. Физическим смыслом этой величины является энергия реализации. Т.к. передатчик работает на установленной частоте, то вся энергия реализации будет сконцентрирована в единственной точке частотного ряда спектральной плотности. Значение в этой точке определяет всю энергию полученного сигнала и выражается действительным числом. Для более точной оценки описанный расчет выполняется для нескольких реализации. Результат усредняется и сравнивается с заранее определенной функциональной зависимостью спектральной плотности сигнала от степени загрязнения стекла. Практическое значение чаще всего имеет одна точка этой функциональной зависимости: значение сигнала меньше этого значения соответствует допустимомой степени загрязнения стекла, а выше - требуется процедура очистки стекла.The inventive sensor lacks a reflector, as a result of which a higher sensitivity of the sensor is required. In order to increase the sensitivity of the sensor, one of the possible mathematical models was determined for an accurate integral signal estimate. The operation of the transmitter and receiver is synchronized in time. The transmitter emits a reference signal of the set frequency for a certain period of time. During the operating time of the transmitter, the receiver accumulates the received signal in samples of a certain duration. A useful signal is considered as a random process, and its samples - as the implementation of a random process. To estimate the implementation energy along the frequency axis, the spectral density is calculated. The physical meaning of this quantity is the energy of realization. Because Since the transmitter operates at the set frequency, then all the implementation energy will be concentrated at a single point in the frequency series of spectral density. The value at this point determines all the energy of the received signal and is expressed by a real number. For a more accurate assessment, the described calculation is performed for several implementations. The result is averaged and compared with a predetermined functional dependence of the spectral density of the signal on the degree of contamination of the glass. Most often, one point of this functional dependence has practical value: a signal value less than this value corresponds to an acceptable degree of glass contamination, and above, a glass cleaning procedure is required.

Один из возможных вариантов спектрального представления сигнала в виде спектральной плотности базируется на преобразовании Фурье:One of the possible variants of the spectral representation of the signal in the form of spectral density is based on the Fourier transform:

Для построения функции спектральной плотности выполняется отбрасывание некоторых параметров спектра, а именно спектра фаз. Функция

характеризует, таким образом, распределение энергии реализации по оси частот и называется спектральной плотностью реализации.To construct the spectral density function, some parameters of the spectrum, namely the phase spectrum, are discarded. Function

Thus, it characterizes the distribution of the realization energy along the frequency axis and is called the spectral density of the realization.

Пожарные извещатели использующие в инфракрасном диапазоне, в качестве чувствительного элемента пироэлектрические детекторы, термопары, фотодиоды со встроенными оптическими фильтрами инфракрасного диапазона, и имеющие необходимость контроля чистоты стекла, для реализации этой функции могут быть оснащены излучателем, блоком генерации, блоком вычисления, а в качестве приемника датчика чистоты стекла может использоваться приемник датчика пламени. В этом случае, контроль чистоты стекла и определение пламени выполняется в одном инфракрасном диапазоне, что позволяет определить чистоту стекла для рабочего диапазона. Если в пожарном извещателе инфракрасного диапазона используется несколько приемников разных ИК-диапазонов, то совокупность каждого из этих приемников с излучателем, блоком генерации, блоком вычисления образует датчик чистоты стекла для ИК-диапазона, к которому чувствителен соответствующий приемник.Fire detectors using pyroelectric detectors, thermocouples, photodiodes with built-in optical infrared filters as a sensitive element, and having the need to control the purity of the glass, can be equipped with a radiator, a generation unit, a calculation unit, and as a receiver, to realize this function a glass purity sensor; a flame sensor receiver may be used. In this case, the control of glass purity and flame detection is performed in the same infrared range, which allows to determine the purity of the glass for the operating range. If several infrared detectors are used in the infrared fire detector, then the combination of each of these receivers with an emitter, a generation unit, and a calculation unit forms a glass purity sensor for the infrared range, to which the corresponding receiver is sensitive.

Claims

1. The glass purity sensor containing an optical emitter, an optical receiver, characterized in that it contains an optical signal generator configured to periodically turn on the optical signal emitter according to a harmonic law, a calculation unit configured to determine the spectrum of the received optical signal.

2. The glass purity sensor according to claim 1, characterized in that if it is used in an optical infrared flame detector, the flame detector receiver serves as the receiver of the glass purity sensor.