SU669202A1 - Устройство дл измерени уровн сыпучих материалов - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к фотоэлектрический уровнемерам и может найти применение дл  измерени  уровн  сыпучих материалов.

Известны фотоэлектрические уровнемеры, содержаЕЦие оптическое устройство, расположенное над урсжнем контролируемого материала, при этом оптическое устройство выполнено в виде камеры-обскуры с экраном, на котором в р д закреплены светочувствительные элементы 1.

Этим уровнемерам свойственны низка  точность , узкий даапазон измерени  и ограниченна  область применени .

близким по технической сущности к изобретению  вл етс  устройство дл  электрооптического нзм€ре19   рассто ний, которое содержит передатчик, излучающий пучок модулированного света, оптическую систему и фотоп{жемтк; в котором свет, отраженный от контролируемой поверхности, сравниваетс  по фазе с иэпучеийьт {2}. Это устройство имеет высокую точность измерени , однако, оно может быть использовано дл  локацин контролируемой поверхности с дистанцией не ближе 20 м, что обусловлено малым временем прохождени  световыми

2

лучами указанных рассто ний и сложностью аппературной реализации,подобней устройств, предназначенных дл  локации на более коротких дистанци х . Кроме того, известное устройство не позвол ет измер ть углы наклона контролируемой поверхности.

Целью изобретени   вл етс  pacumpewie диапазона измерени , повышение точности и одновременное измерение углов наклона контролируемой поверхности.

Достигаетс  это тем, что устройство снабжено дополнительной оптической системой, котора  вместе с первой формирует на своем выходе три плоских веерообразных световых луча, образующих между собой известные углы, двум  ска5 нисторами, установленными в фокальной плоскости объектива фотоприемника параллельно друг другу и симиктрнчно относительно плоскости,проход щей через оптическую ось и перпендикул рной к световым лучам, двум  блоками выделв0 ми  видеосигналов, блоком измерени  временньк интервалов, кодирующим устройством, вьь числительным устройством и регистрирующим устройством, при зтом каждый из сканисторов

через блок выделени  видеосигнана подсоединен к соответствующим входам блока измерени  временных интервалов, выход которого подключен к последовательно соединенным кодирующему, вычислительному и регистрирующему устройствам .

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого фотоэлектрического устройства дл  одновременного измерени  уровн  и углов накло на поверхности сыпучих материалов; на фиг,2 - схема фотоприемника; на фиг.З - схема опта ,ческой системы; фиг. 4, 5. 6, 7 - иллюстрирую : работу фотоэлектрического устройства.

Устройство содержит источник света I, оптическую систему 2, котора  формирует три плеских веерообразных световых пуча 3, образуюац между собой известные углы а, фотоприемник 4, а также блоки 5 и 6 вь делеш1  видеосигналов, блок 7 измерени  временных интервалов, кодирующее устройство 8, вычислительное устройство 9 и регистрирующее устройство 10,

Система 2 и фотоприемник 4 расположены таким образом, что их оптические оси лежат в плокости , перпендикул рной плоскости горизонта и световым лучам 3,

Фотоприемник 4 (см. фи, 2) образован двум  позиционно-чувствительными фотоприборами II и П , например сканисторами, которые размещены в фокальной гшоскости обьектнвгг; фотоприемника 4 параллельно друг другу и симметрично относительно плоскости, проход щей через оптическую ось и перпендикул рной к веерообразным световым 3.

Сканисторы II и 11 через блоки вьщелени  видеосигналов 5 и 6 соединены с последовательно вклгоченнырли блоком 7 измерени  временных интервалов, кодирующим 8, вычислительным 9 и регистрирующим 10 устройствами.

Поверх сканисторов п и И установл:ень5 оптические ппаншалбы 12и 12, которые выполнены из тонких стекл нных волокон, расположенных перпендикул рно к их поверхност Мо Вследствие того, что свет в планшайбе распростран етс  вдоль отдельных волокон, она обладает свойством однозначно передавать изображение с одной своей поверхности на другую. Планихайбы 12 и 12 уменьшают фоновую засветку сканисторов 11и повышают контраст изображени  световых следов.

Оптическа  система 2 содержит последовательно расположенные конденсор 13, два оптических клина 14, три цилинтфические линзы 15- 17 с апертурными диафрагмами 18. Клинь  1.4 расположены в плоскости перпендикул рной к оптической оси конденсора 13, симметрично относительной этой оси таким образом, что рассто ние между их вершинами, которые обращены друг к другу, составл ет 0,2-0,3 дааметра конденсора 13. Оптические оси цилиндрических

линз 15 и 16 расгюложены в одной плоскости с оптаческой осью цилиндрвдеской линзы 17, совпадающей с осьш конденсора 13, и образуют с ней равные )тльг о.

Фотоэлектрическое устройство дл  измереims уровн  сыпучих материалов работает следующим образом.

Световые лучи 3 попадают на поверхность материала 19, уровень которого измер ют, образу  -фи узкие световьге полосы - следы 20 (см, фиг. 4). При углах наклона поверхности материала равных нулю, световые следы 20 представл ют собой равноотсто щие пр мые, лежаоще в плоскости XOZ. При наличии углов а п j наjcfiOKa поверхности материала относительно осей ОХ и OZ, соответственно, параллельность следов 20, а также их изображений 20 нарушаетс , измер ютс  также и рассто шм С,к (2,(см.фиг. 5). йзменег-ше уровн  Н контролируемого материала ведет к йзмеиеш ю положени  изображени  следов на сканисторах 11 и п. Фиг, 6 иллюстрирует изменение положени  Зк следа среднего л}Ча ш сканисторах 11 , 11 в зависимоети от уровн  Н материала 19 (точки rj, Г2, г )

Под действием света ка сканисторах 11 и И создаетс  рельеф возбуждени  светом и разделенных р-п переходами неосновных носителей зарйда. При сканировании, которое происходит путем изменени  пилообразного напр х ени , приложенного к сканистору от О до Е (схема питаш{  на чертеже не показана), скашгрующа  благодар  нелинейным свойствам переходов {гмеет Н-апертуру. Видеосигнал, стражающш распределегие освещенносп на сканисторах П и il снимаетс  с соответствующих блоков выделени  видеосигнала 5 и 6 и подаетс  в блок 7 измереш1  временных интервалов.

На фиг„ 7 (а, 6) представлены осщшлограммы видеосигнала со сканисторов 11 и 11 гфи отсзтствии углов наклона (, ) контролируемой поверхности сыпучего материала на фиг, 7 ( в, г) - при наличии углов наклона (. у). Как видно из фиг. 7 информацию об уровне Н материала в бункере и углахУи 7 наклош его поверхности содержат интервалы времеш г.

Claims (2)

1. HanHtfflc угла V наклона гюверхности материала (относительно оси ОХ) приводит к изменению соотношени  интервалов времени TI и т| мелсду видеоимпульсами с каждого из скаиисторов 11, а наличие угла j (относительно оси OZ) приводит к неравенству соответствующих временных интервалов между видеоимпульсами со сканисторов 1Г и И, т. е. Г|т т/и Г2 Гг/ из гюдоби  треугольников ДГ|О{ О2 и (см, фиг. 6) следует, что рассто ние Ьз от центра Oi оптической системы 2 до поврехности контролируемого материала св зано с положением Sxi светового следа на сканисторе соотношением , )iV рассто ние между оптическими ос ми системы 2 и фотоприемника 4; f - фокусное рассто ние оптической систе мы фотоприемника 4; - временной интервал между началом о счета и вторым видеоимпульсом; скорость сканировани ; i 1, 2, 3 ... По Тогда уровень Н контролируемого материала определ етс  выражением Н hi - k:.,f , (2) где HI - рассто ние от центра Oj оптической системы 2 до нижней отметки (точки Г)) уровн . Световой след на плоскости XOZ в систем координат XYZ определ етс  уравнением Zi iK-sinj)((a)sV- tq :-3inV-cos --y (sinv-t j :-c sv-cob)o (3) Данное уравнение описьтает все три световые плоскости 3, если положить, Е +а, Е 0 и Е -о, соответственно, а , гдёЕ - угол ме ду световой плоскостью и осью OY. Дл  получени  координат х.(, Xj, Xg, х/, Х Хз точек пересечени  световых плоскостей 3 с сканисторами 11 и 11 в уравнение (3) необхо димо представить значени  z ±d: , А,, (Sin Vi.osV-cos у) - d- ЦХ smjr Г oDS V- sinV-cosr , 4 , dtcjdsiп - fi i5ttiV-tqdi-co5V-co }) COSV-ij7 i-SfnV-C05y ((Q Ji-to -co&-f-, C05 .,-5/пУ№5 xJ V4 11 l),((;SVCosy)-(.. Хз . ccsV- of-smV-ccsj(4 Рассто ни  Axi, Axj, , Дхз между точ 1г/(. //II ftII ками х и Xj, Х2 и Хз, X, и Х2, Х2 и Хз,соот ветственно, св заны с временными интервалам между видеоимпульсами соотношени ми г; дх;/у .х г;.йх;/у/ t2.uX /Vx(5) С учетом выражени  (4) выражение (5) имет вид lqJ-(k,.cc5A. dcosV sin I f V -cosV cosV-tgc & nV-toST-) , iq()sy-Ki/-a sv-sr/i) Vx №$ 5 (.со, j s/n V- cos i-) (b CCtSJ -C -COSV- 5/П J ) V.-ro5WcosV-t ot-srnV-c«j -) {((ft cCS -d-cosV-sin) 2 Vx-a)sV(cosV 4S nV-wsi) Решение системы (6) дает следующие форулы дл  расчета углов наклона v и т поверхости контролируемого материала 1 fii vl / m 2 (f) c (f-A)c)SV Чс1 A t / г г - г | 3 ,(). причем угол V имеет тот же знак, что и величина А, а угол 7 имеет тот же знак, что и величина С. Описываемое устройство позвол ет одновременно измер ть уровень и углы наклона поверхности сыпучих материалов во взрывоопасных средах с высокой точностью и большом динамическом диапазоне, не чувствительно к изменению давлени , температуры, влажности и газового состава в зоне измерений; измерительную информацию получают в виде временных интервалов между видеоимпульсами, которые легко преобразуютс  в цифровой код дл  ввода в вьиислнтельное устройство. Кроме того, временные интервалы между импульсами , мало завис т от параметров самих импульсов (амплитуды, длительности и крутизны фронтов), что обеспечивает высокую точность измерений. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  уровн  сыпучих материалов, содержащее источ{тк светового излучени , оптическую систему и фотоприемиик, отличающеес  тем, что, с целью расширени  диапазона измерени , повышени  точности и одновременного измерени  углов наклона контролируемой поверхности, оно снабжено дополнительной оптической системой, котора  вместе с первой формирует иа своем вьрсоде три плоских веерообразных световых луча, образующих между собой известные углы, двум  сканисторами , установленными в фокальной плоскости объектива фотоприемника параллельно друг дру гу и симметрично относительно плоскости, проход щей через оптическую ось и перпендикул рЛ ной световым лучам, двум  блоками выделени  видеосигналов, блоком измерени  временных интервалов, кодирующим устройством, вычислительиым устройством и регистрирующим устройством , при этом каждый из сканисторов через блок вьщелеии  видеосигнала подсоединен к соответствующим входам блока измерени  временных интервалов, выход которого подключен к последовательно соединенным кодирующему, вычислительному и регистрирующему устройствам. Источники информации, прин тые во внима1ше при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР N 295988, кл. G 01 F 23/22, 1969.
2. 2. Авторское свидетельство СССР N 233227, кл. G 01 С, 1968.

   фиг.3

   ipue.f

   //////////////////7/// фиг.6

   J,