SE457480B - Saett och anordning foer bestaemning av storlek och/eller form hos ett fritt fallande objekt - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 457 '48U 2 Det kännetecknande för sättet respektive anordningen enligt uppfinningen framgår av bifogade patentkrav.

Uppfinningen skall i det följande beskrivas närmare i anslutning till bifogad ritning, i vilken fig. l schematiskt illustrerar en anordning enligt upp- finningen; fig. 2 schematiskt visar anordningen enligt fig. l sedd i riktning vinkelrätt mot vyn i fig. 1; och fig. 3 schematiskt illustrerar sättet enligt uppfinningen för beräkning av det fallande objektets volym och form.

Ritningen illustrerar en tillämpning av uppfinningen för bestämning av form och volym hos en fritt fallande droppe av smält glas.

Pig. l visar schematiskt en glasdroppe l, som faller i den med en pil 2 markerade riktningen, varvid glasdroppen l är visad med heldragna linjer respektive streckade linjer i tvâ olika lägen under sin fallrörelse. Anordningen enligt uppfinningen innefattar en lämplig, endast schematiskt illustre- rad optik 3, som avbildar den för tillfället mittför optiken belägna delen av glasdroppen l i ett avbildningsplan H. Opti- ken 3 är därvid så utformad att den i planet H avbildar något mer än den del av glasdroppen l som för tillfället befinner sig mellan två nivåer 5 och 6, som har ett givet inbördes av- stånd s i glasdroppens l fallriktning 2. Anordningen innefattar vidare två fotodioder 7'och 8, vilka är anordnade bakom till- hörande avlånga, smala mätspalter 7a respektive Ba (se fig. 2), vilka är belägna i bildplanet U på ett inbördes avstånd mot- svarande avståndet s mellan de båda nivåerna 5 och 6. Mitt- emellan de båda fotodioderna 7 och 8 är en långsträckt array 9 innehållande ett stort antal bredvid varandra belägna foto- dioder anordnad bakom ett tillhörande, i bildplanet R liggande, avlång, smal mätspalt Sa (se fig. 2). Denna mätspalt 9a liksom diodarrayn 9 har en sådan längd att hela bredden av_den i bildplanet U projicerade bilden av glasdroppen l med säkerhet faller inom mätspalten Sa och diodarrayn 9. De båda fotodio- derna 7, 8 och diodarrayn 9 är anslutna till en styr- och beräkningsenhet 10, vars uppbyggnad och arbetssätt beskrives närmare i det följande. 10 15 20 25 30 35 '157 480 3 Då den fallande glasdroppens 1 nedre ände när nivån 5, ändrar utgângssignalen från fotodioden 7 karaktär, och pâ samma sätt ändrar utgångssignalen från fotodioden 8 karaktär, då glasdroppens 1 nedre ände något senare när nivån B. Ut- gångssignalerna från fotodioderna 7 och 8 är tillförda styr- och beräkningsenheten 10, som är anordnad att bestämma tids- skillnaden mellan nämnda ändringar i utgångssignalerna från fotodioderna 7 och 8 och att på grundval av denna tidsskill- nad och det kända avståndet s mellan nivåerna 5 och 6 beräkna glasdroppens l medelhastighet under den tid glasdroppens 1 nedre ände rör sig från nivån 5 till nivån 6, enligt formeln v. = s/tl 1 där tl är den medelst fotodioderna 7 och 8 bestämda tiden för förflyttningen av glasdroppens l nedre ände från nivån 5 till nivån 6 och vi är nämnda medelhastighet, i det följande kallad droppens ingângshastighet. Denna hastighet avviker försumbart från glasdroppens l hastighet i det ögonblick droppens nedre ände passerar nivån mittemellan nivåerna 5 och 6, dvs. den nivå i vilken diodarrayn 9 är belägen.

Styr- och beräkningsenheten 10 är utformad att periodiskt, med ett givet tidsintervall avsöka diodarrayn 9 under hela den tid under vilken den fallande glasdroppen 1 passerar förbi diodarrayns 9 nivå. Denna avsökning kan startas automatiskt, exempelvis då glasdroppens l nedre ände när nivån 5 och foto- diodens 7 utgângssignal därmed ändrar karaktär, och avbrytas automatiskt, då glasdroppens 1 övre ände när nivån 6 och ut- gângssignalen från fotodioden 8 därmed äter ändrar karaktär.

Varje avsökning av diodarrayn 9 bör ske så snabbt att drop- pens l fallsträcka ej är större än ca 0,3 mm under avsökningen.

En sådan snabb avsökning av diodarrayn 9 kan uppnås även vid en array innehållande ett stort antal dioder, exempelvis genom att arrayn är uppdelad i ett flertal avsnitt, som avsökes parallellt. Tidsintervallet mellan pâ varandra följande av- sökningar bör vara så kort att glasdroppens l fallsträcka mellan två på varandra följande avsökningar av arrayn 9 ej överstiger ca l-2 mm. Upplösningen och mätnoggrannheten blir större ju större antalet dioder i arrayn 9 är, ju snabbare varje avsökning av arrayn sker och ju kortare tidsintervallet 10 15 20 25 30 35 457 480' 4 mellan på varandra följande avsökningar är.

Under en avsökning av diodarrayn 9 har utgângssignalerna från de dioder som är belägna inom den i bildplanet H proji- cerade bilden av droppen l en annan karaktär, signalnivâ, än utgångssignalerna för de dioder som ligger utanför bilden.

Med fördel kan styr- och beräkningsenheten 10 vara sä utformad, att den endast tar emot utgângssignaler från de dioder i arrayn 9 som ligger inom bilden av droppen l. Det inses att antalet sådana dioder utgörett direkt mått på droppens l bredd i projektion i bildplanet H. Om det antages att droppen har en cirkulär tvärsektion, utgör denna bredd även droppens diameter. De mottagna utgângssignalerna från arrayns 9 foto- dioder och därmed informationen om droppens l bredd eller diameter vid avsökningsstället lagras med fördel i ett minne, lämpligen ett RAM-minne, i styr- och beräkningsenheten 10.

Genom de periodiska avsökningarna av diodarrayn 9 under glas- droppens l rörelse förbi arrayn erhålles sålunda en Serie bredd- eller diametervärden för olika ställen utmed droppen, såsom schematískt illustreras i fig. 3, där de olika avsök- ningarnas ordningsnummer är betecknade med n = l, 2, 3 osv. och de motsvarande bredd- eller diametervärdena är betecknade med dl, dz, ds osv.

Vid varje avsökning av diodarrayn 9 fastställes vidare med fördel vilken diod i arrayn som är den första, sett från arrayns ena ände, som ligger inom den projicerade bilden av I glasdroppen l. Härigenom erhåller man information om bildens och därmed droppens läge i sidled, och även denna information, vilken i fig. 3-är betecknad med rl, rz, ra osv., lagras i RAM-minnet i styr- och beräkningsenheten 10.

Genom att samtliga de ovan nämnda mätvärdena från en glasdroppe 1 mellanlagras direkt i ett RAM-minne i styr- och beräkningsenheten 10, kan en mycket hög hastighet för avsök- ningarna av diodarrayn 9 och för dataöverföringen till RAM- minnet i enheten 10 användas utan nâgra begränsningar orsakade av hårdvaran och/eller mjukvaran i enheten 10. Sedan samtliga mätningar på en glasdroppe 1 genomförts, kan enheten 10 be- arbeta den i RAM-minnet lagrade informationen.

Såsom ovan nämnts utgöres denna information av: 10 15 20 25 30 457 480 5 tiden tl för förflyttningen av glasdroppens l nedre ände mellan nivåerna 5 och 6, dvs. över sträckan s; antalet n avsökningar av diodarrayn som givit någon data; droppens bredd eller diameter dn vid varje avsökning av arrayn 9; droppens bredd eller diameter dn vid varje avsökning av arrayn 9; droppens l sídoläge rn vid varje avsökning av arrayn 9.

På grundval av ovan nämnda data är enheten 10 anordnad att beräkna avståndet, såsom sett i droppens l fallriktning eller längdriktning, mellan de olika bredd- eller diametermät- ningarna. I fig. 3 är dessa avstånd betecknade med hl, hz, ha osv. Det inses att dessa avstånd motsvarar glasdroppens l fall- sträcka mellan de olika avsökningarna av diodarrayn, och en- heten 10 beräknar dessa fallsträckor med användning av formeln h = V. f+ n l - +at2/2, där n är den aktuella arrayavsökningens ordningsnummer, t är tídsintervallet mellan på varandra följande arrayavsökningar, a är tyngdkraftsaccelerationen 9,81 m/s2 och vi är droppens l ingångshastighet beräknad på i det föregående beskrivna sättet medelst formeln V-= l s/tl.

Med användning av dessa data kan beräkningsenheten 10 vidare beräkna glasdroppens l totala volym, genom att för varje diametervärde volymen av en cylinder beräknas, som har ifrågavarande diameter dn och höjden bn till nästa diameter- värde, dvs. voln =ïïfin2 nn/u, varefter glasdroppens l totala volym kan erhållas genom summe- ring av samtliga delvolymer voln, dvs. n voltot = E voln.

Vidare kan glasdroppens l totala längd eller höjd htot erhållas genom summering av samtliga delhöjder hn, dvs. n htot _ š h ' 10 15 20 25 30 457480 6 Till styr- och beräkningsenheten 10 är en presentations- enhet ll i form av en bildskärm och/eller en skrivare ansluten, medelst vilken önskade data enligt ovan beträffande glasdroppen kan presenteras visuellt och/eller skrivas ut. Med användning av en bildskärm eller en kurvskrivare blir det därvid även möjligt att visa eller rita upp glasdroppens kontur, dvs. form, såsom visat i fig. 3.

Ovan har det antagits att glasdroppen har en väsentligen cirkulär tvärsektion. Gäller detta antagande ej med tillräcklig noggrannhet, kan en ytterligare diodarray med tillhörande optik anordnas för avsökning av glasdroppen i en riktning vinkel- rätt relativt den första diodarrayns avsökningsriktning. Vid varje samtidig avsökning av de båda diodarrayerna erhåller man därvid tvâ, relativt varandra vinkelräta breddvärden på glas- droppen och sålunda möjlighet att med acceptabel nogrannhet beräkna droppens volym, trots att droppen ej har en helt cir- kulär tvärsektion.

Vid mätning på en fallande droppe av smält glas, som har en temperatur av ca 1000-110000, kan såväl fotodioderna 7, 8 som fotodiodarrayn 9 arbeta enbart med den av glasdroppen själv avgivna strålningen, varför ingen som helst tillsatsbe- lysning behöver användas.

Ehuru uppfinningen i första hand utvecklats för och i det föregående beskrivits i samband med en bestämning av stor- lek och form hos en fallande droppe av smält glas, ínses det att uppfinningen är generellt användbar för bestämning av storlek, form eller läge hos vilket som helst fritt fallande objekt. Vid sådana tillämpningar kan det vara nödvändigt att belysa objektet, varvid detta kan ske antingen mot objektets framsida eller baksida, såsom sett relativt optikens placering.

Claims (10)

'451 430 Patentkrav

1. l. Sätt att bestämma form och/eller storlek hos ett fritt fallande objekt, i synnerhet en droppe av flytande eller halv- flytande material, såsom i synnerhet smält glas, k ä n n e - t e c k n a t av att objektets (1) ena ände detekteras optiskt vid tvâ på ett givet inbördes avstånd utmed objektets fallväg (2) belägna ställen (5, 6) och tidsskillnaden mellan de båda detekteringarna bestämmes, att objektets fallhastighet under den nämnda detekterade ändens rörelse mellan de båda detekteringsställena beräknas ur nämnda tidsskillnad och avståndet (s) mellan detekterings- ställena, att under objektets fall förbi detekteringsställena en bild av den mellan detekteringsställena i varje ögonblick be- lägna delen av objektet projiceras på en långsträckt, tvärs objektets fallriktning anordnad array (9) av ett stort antal bredvid varandra anordnade strâlningsdetektorer, _ att nämnda array (9) avsökes periodiskt med ett givet tidsintervall ett stort antal gånger under objektets fall förbi arrayn, att från varje avsökning av arrayn bevaras information om antalet detektorer i arrayn som under avsökningen var täckta av den på arrayn projicerade bilden av objektet och därmed information om objektets bredd, att värdena för objektets fallsträcka mellan de olika avsökningarna av arrayn (9) beräknas ur nämnda beräknade has- tighet och nämnda givna tidsintervall, och att nämnda breddvärden och fallsträckevärden användes för bestämning av objektets storlek.

2. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att från varje avsökning av arrayn (9) bewætß även information om vilken strâlningsdetektor i arrayn som är belägen i ena kan- ten av den på arrayn projicerade bilden av objektet och därmed information om objektets läge i sidled vid ifrågavarande av- sökning , samt att nämnda information om objektets bredd och sidoläge vid varje avsökning tillsammans med nämnda beräknade 457 480 8 värden för objektets fallsträcka mellan de olika avsökningarna användes för att konstruera objektets kontur i projektions- planet.

3. Sätt enligt krav 1, vid vilket objektet utgöres av en droppe av flytande eller halvflytande material, i synnerhet smält glas, k ä n n e t e c k n a t av att droppens (1) volym beräknas, genom att för vart och ett av nämnda bredd- värden beräknas volymen av en cylinder, som har nämnda bredd- värde som diameter och den beräknade fallsträckan mellan den mot ifrågavarande breddvärde svarande avsökningen av arrayn och den i tiden närmast liggande avsökningen som höjd, varjämte de så beräknade volymerna för samtliga breddvärden summeras.

4. U. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att en andra bild av objektet projiceras vinkelrätt relativt den första bildens projektionsriktning på en andra långsträckt array av bredvid varandra anordnade strålningsdetektorer, vilken andra array är anordnad i jämnhöjd med den första arrayn men vinkelrätt relativt denna, varjämte nämnda andra array avsökes på samma sätt som den första arrayn och den därvid erhållna informationen behandlas på motsvarande sätt som informationen från avsökningen av den första arrayn;

5. Anordning för bestämning av form och/eller storlek hos ett fritt fallande objekt (1), i synnerhet en droppe av fly- tande eller halvflytande material, såsom i synnerhet smält glas, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar två strålningsdetektorer (7, 8) anordnade på ett givet inbördes avstånd (s) utmed objektets (l) fallväg till att optiskt detektera det fallande objektet och avge en karakte- ristisk utgångssignal då objektets ena ände passerar förbi ifrågavarande detektor, en långsträckt array (9) av ett stort antal bredvid varandra anordnade strålningsdetektorer, vilken array är anord- nad mellan de båda först nämnda strålningsdetektorerna (7, 8) vinkelrätt relativt objektets (1) fallriktning (2), optiska organ (3) för projicering av en bild av den mitt- för nämnda array (9) för tillfället belägna delen av objektet (1) på arrayn (9), samt ax 457 480 9 en styr- och beräkningsenhet (l0) anordnad att mottaga nämnda utgàngssignaler från de båda först nämnda strâlningsdetektorerna (7, 8) och att på grundval av tidsskillnaden mellan signalerna och det givna avståndet (s) mellan de båda först nämnda strålningsdetektorerna (7, 8) be- räkna objektets (8) fallhastighet, då objektets detekterade ände passerar dessa strålningsdetektorer, att periodiskt med ett givet tidsintervall avsöka nämnda array (9) och att från de strâlningsdetektorer i arrayn som vid en avsökning ligger inom den på arrayn projícerade bilden av objektet mottaga detta förhållande indikerande utgångs- signaler, att för varje avsökning av arrayn (9) fastställa antalet inom den projicerade bilden av objektet liggande strålnings- detektorer i arrayn och därmed bredden av bilden och objektet, att på grundval av nämnda beräknade fallhastighet och nämnda givna tidsintervall mellan avsökningarna a¶Åarrayn (9) beräkna objektets fallsträckor mellan de olika avsökningarna, och att på grundval av nämnda värden för objektets bredd vid de olika avsökningarna och nämnda värden för objektets fall- sträcka mellan de olika avsökningarna bestämma objektets stor- lek och/eller form.

6. Anordning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att styr- och beräkningsenheten (l0) är anordnad att för varje avsökning av arrayn (9) även fastställa vilken strâlnings- detektor i arrayn som är den första detektorn, såsom sett från arrayns ena ände, som ligger inom den projicerade bilden av objektet (1) och därmed fastställa bildens och objektets sido- läge vid ifrågavarande avsökning.

7. Anordning enligt krav 5 eller 6, k ä n n e t e c k n a d av att styr- och beräkningsenheten (10) innehåller ett RAM- minne anordnat att direkt mottaga och mellanlagra utgångs- signalerna från de båda först nämnda strâlningsdetektorerna (7, 8) och arrayn (9) för efterföljande bearbetning.

8. Anordning enligt något av kraven 5 - 7, k ä n n e - t e c k n a d av att den innefattar en till styr- och beräkningsenheten (10) ansluten presentationsenhet (ll) i form 457 .480 10 av en bildskärm och/eller en skrivare för presentation och/eller utskrift av uppmätta och beräknade data beträffande objektets storlek och/eller form.

9. Anordning enligt krav å, k ä n n e t e c k n a d av att presentationsenheten (ll) är anordnad att under styrning från styr- och beräkningsenheten (10) kunna grafiskt visa objek- tets kontur i de optiska organens (3) projektionsplan.

10. Anordning enligt något av kraven 5 - 9, k ä n n e - 't e c k n a d av att den innehåller en andra lângsträckt array av bredvid varandra anordnade strâlningsdetektorer, vilken andra array är anordnad i nivå med och vinkelrätt rela- tivt den först nämnda arrayn (9) och är försedd med tillhörande optiska organ för projicering av en bild av objektet (1) på nämnda andra array i riktning vinkelrätt mot de först nämnda optiska organens(3) projektionsriktning, varjämte styr- och beräkningsenheten (10) är anordnad att avsöka även nämnda andra array på samma sätt som den första arrayn (9).