SU693173A1

SU693173A1 - Method of correcting sensitivity of acousto-optical gas analyzers

Info

Publication number: SU693173A1
Application number: SU762378653A
Authority: SU
Inventors: Валерий Петрович Черненко; Георгий Алексеевич Сукач; Людмила Александровна Соломко; Борис Васильевич Болотов
Original assignee: Украинский научно-исследовательский институт целлюлозно-бумажной промышленности
Priority date: 1976-07-02
Filing date: 1976-07-02
Publication date: 1979-10-25

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ВЕЩЕСТВА В ДВИЖУЩЕМСЯ БУМАЖНОМ ПОЛОТНЕ(54) DEVICE FOR CONTINUOUS MEASUREMENT OF QUANTITY OF SUBSTANCE IN A MOVING PAPER TAPE

сновной причиной погрешности измереи .the main cause of measurement error.

Наиболее близким техническим реением к данному изобретению вл ет устройство дл непрерывного измеени количества вещества в движущемс бумажном полотне, содержащее исочник модулированного по интенсивpcтй йзлyчёни , измерительные кана- . ы, вклгочаго111ие детектор, усилитель, средство дл сравнени сигн.алов путем делени , регистрирующий прибор 2.The closest technical solution to this invention is a device for continuous measurement of the amount of substance in a moving paper web, containing a source of intensity-modulated measuring channels. A detector, an amplifier, a means for comparing signals by dividing a detector, a recording device 2.

В данном устройстве используетс обратна св зь в цепи источник-приемник , работающих на длине волны, не чувствительной к наличию, например, влаги в исследуемом материале, чем обеспечиваетс удержание посто нной рабочей точки приемника. При этом со-. отношение общих сопротивлений двух приемников дает информацию об абсолютном содержании влаги.This device uses feedback in the source-receiver circuit, operating at a wavelength that is not sensitive to the presence of, for example, moisture in the material under study, which ensures that the receiver maintains a constant operating point. At the same time, the ratio of the total resistances of the two receivers gives information about the absolute moisture content.

Недостатком этого устройства вл етс то, что дл определени относительной влажности необходимо дополнительно измер ть массу 1 м бумаги, что естественно приводит к дополнительной , погрешности и снижает точно сть конечного значени показател влажности,A disadvantage of this device is that, in order to determine the relative humidity, it is necessary to additionally measure a mass of 1 m of paper, which naturally leads to additional error and reduces the accuracy of the final value of the moisture index,

Ещё одним недостатком устройства вл етс частичное решение задачи повышени точности измерени , так как при этом не устран етс вли ние нестабильности фотоприемников (например, их естественное старение, происход щее неодинаковым образом), шумов и помех, величины которых в обоих при- . емниках различны, йейдентичности усилительных трактов, вли ни температуры окружающей .среды., Т. е. неточность измерени , обусловленна различием характеристик измерительных каналов, в устройстве 2 не устран етс .Another drawback of the device is a partial solution to the problem of increasing the accuracy of measurement, since this does not eliminate the effect of the instability of the photodetectors (for example, their natural aging, which takes place in different ways), noise and interference, the magnitudes of which are in both cases. The sensors are different, the identity of the amplifying paths, the influence of the ambient temperature, i.e. the measurement inaccuracy due to the difference in the characteristics of the measuring channels is not eliminated in the device 2.

Другим недостатком этого устройства вл етс сравнительно узкий диапазон линейности измерений при обеспечений достаточной точности. Это обусловлено тем, что так как в приборе, использующем ИК-излучение с длинами волн, из которых только волны одной длины поглощаютс молекулами воды, показанна влагомера, пропорциональ ные содержанию влаги в испытуемом материале , завис т от разницы энергий, отраженньт ИК-лучей с обеими длинами волн, то данный прибор позвол ет измер ть величину этого отношени в небольших пределах содержани влаги в испытуемом полотне (например от О до 12% или от 45 до 75%) с обеспечением необходимой точности (не ниже ± 0,5%), Причём вне указанных Диапазонов измерени влажности линейность между показани ми прибора и относительной влажностью исследуемого материалаAnother disadvantage of this device is the relatively narrow range of linearity of measurements with sufficient accuracy. This is because, as a device using infrared radiation with wavelengths of which only waves of the same length are absorbed by water molecules, a moisture meter is shown that is proportional to the moisture content of the test material, depending on the energy difference, the reflected infrared rays both wavelengths, this device allows you to measure the value of this ratio in small limits of the moisture content in the test sheet (for example, from 0 to 12% or from 45 to 75%) with the required accuracy (not less than ± 0.5%), And outside the specified ranges and moisture measurement linearity between instrument readings and relative humidity of the test material

резко нарушаетс , в частности, вследствие насыщени пика поглощени ИКсвета молекулами влаги. is sharply disturbed, in particular, due to saturation of the peak of absorption of the IR light with moisture molecules.

Кроме того, иногда при переходе от диапазона 0-12% влажности к диапазонуIn addition, sometimes when moving from 0-12% humidity to

5 45-75% влажности приходитс даже измен ть измерительную длину волны чувствительную к влаге, поскольку данный пик поглощени мог достичь насыщени уже при влажност х меньших, чем 45%.5 45-75% of humidity even has to change the measuring wavelength sensitive to moisture, since this absorption peak could reach saturation already at humidities less than 45%.

Q Цель изобретени - повышение точности измерени за счет устранени погрешности, обусловленной различием характеристик измерительных каналов, путем обеспечени обработки сигналов в Одном измерительном канале, при одновременном расширении диапазона линейности из;«1ерений.Q The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy by eliminating the error caused by the difference in the characteristics of the measuring channels by providing signal processing in a single measuring channel, while expanding the linearity range from; "1.

Поставленна цель достигаетс тем, что известное устройство дл непрерывного измерени количества вещества в движущемс бумажном полотне дополнительно содержит второй источник излучени , причем источник модулированного по интенсивности излучени выполнен в виде источника, генерирующего длину волны, чувствительную к определ емому веществу, а второй выполнен в виде стационарного источника излучени с длиной волны чувствительной к массе основного материала,This goal is achieved in that the known device for continuous measurement of the amount of substance in a moving paper web further comprises a second radiation source, the source of intensity modulated radiation being made as a source generating a wavelength sensitive to the substance being detected. radiation source with a wavelength sensitive to the mass of the base material,

0 и в качестве средства дл сравнени сигналов путем делени использован р-п-переход, включенный в пр мом направлении в цепь нагрузки детектора. Wa чертеже изображена, блок-схема0 and as a means for comparing signals by dividing, a pn junction is used, which is connected in the forward direction to the load circuit of the detector. Wa drawing is a block diagram

5 устройства дл непрерывного измерени количества вещества в движущемс бумажном полотне.5, devices for continuously measuring the amount of substance in a moving paper web.

Устройство содержит источник 1 модулированного с частотой f монохроматического излучени с длиной волны Л,, источник 2 стационарного (немодулированного ) монохроматического излучени с длиной волны Лд , исследуемое бумажное полотно 3, детектор 4, сред .- ство сравнени 5,. усилитель 6 и регистрирующий прибор 7.The device contains a source 1 of monochromatic radiation modulated with a frequency f with a wavelength L, a source 2 of stationary (unmodulated) monochromatic radiation with a wavelength Ld, the test paper 3, detector 4, comparison medium 5 ,. amplifier 6 and recording device 7.

В цепь нагрузки детектора 4, чувствительного только к излучению сIn the load circuit of the detector 4, sensitive only to radiation with

- длинами волн Л и Л (или к диапазону- wavelengths L and L (or to the range

длин волн ,) включено средство сравнени сигналов 5, которое используетс одновременно как фильтр, раздел ющий сигналы посто нного (3) и переменного (3,) тока, и как сравнивающий посредством делени 3 на 3wavelengths,) includes a signal comparison facility 5, which is used simultaneously as a filter separating the constant (3) and alternating (3,) current signals, and as a comparison by dividing 3 by 3

элемент (например, коллекторный р-п-переход транзистора, экспоненциаль- , ный участок которого заключен в диапазоне 2-х и более пор дков изменени тока, протекающего через переход, включенный в пр мом направлении). Выход 5 соединен с усилителем 6, настроенным на частоту модул ции источника 1, показывающим и регистрирую 5 Щим прибором 7, Устройство работает следующим об разом. Коллимированные пучки монохроматического излучени с длиной волны Л от источника модулированного изл чени 1 (например, светодиод, питание которого осуществл етс перемен ным напр жением с частотой f) и с длиной волны Л2ОТ источника стационарного излучени 2 (например, светодиод , питание которого осуцествл етс посто нным током) падают на ко тролируемый материал 3, где излучен с длиной волны Л, претерпевает селективное частичное поглощение водой (или другим контролируемом веществом ) ; отразившись от контролируе1 юго материала оба излучени падают на фотоприемник 4, в цепи нагрузки кот рого при этом возникают две составл ющие электрического тока - посто нна составл юща 3, обусловленна отраженным излучением источника стационарного излучени 2, и переменна составл юща Э, обусловленна отраженным излучением источника модулиро ванного излучени 1. В предлагаемом устройстве интенсивность источника стационарного излучени 2 должна быть на 5-6 пор дков вьиие, чем интенсивность фона на этой же длине волны. Дл выполнени этого услови необходимо иметь источ ник, интенсивность которого ; , что технически довольно лег ко обеспечить. Длины волн Л, и выбираютс таким образом, чтобы величина посто нной составл ющей фототока , была пропорциональна общей массе 1 м контролируемого материала, а величина переменной составл ющей фототока У ft, весу воды (или другого вещества), наход щейс в основном веществе, т. е. А,- селективно погло щаетс контролируемым вадеством, как и указывалось вьЕие. С элемента сравнени 5 снимаетс переменное напр жение , равное результату делени переменной составл ющей фототока 3 на посто нную составл ющую фототока 3, и подаетс на вход усилител 6, который дл исключени вли ни помех и шумов на результаты измерений настроен на частоту модул ции f источника излучени 1,. Далее сигнал посту пает на регистрирующий и показывающий прибор 7, проградуированный в процентах влажности. Выбор рабочей точки р-п-перёхода и настройка прибора осуществл етс следующим образом. Дл бумаги, масса 1 м которой колеблетс вблизи номинальной - WHQH, с помощью ослабл ющих светофильтров (на чертеже не показаны) на пути пуч ка света от источника 2, выбираетс рабоча точка р-п-перехода 5, включенного в цепь нагрузки-детектора 4, приблизительно посредине экспоненциального участка пр мой ветви р-п-перехода (например, если экспоненциальный участок имеет диапазон от 1 до 100 мкА, то рабоча точка выбираетс приблизительно в районе тока 30-60 мкА, а дл экспоненциального диапазона, заключенного в пределах от 1 до 10 мкА, Э выбираетс равным 3-6 мкА). При этом сигнал от источника 1, генерирующего свет с длиной волны, чувствительной к веществу, св занному с основным веществом ток 3 - может измен тьс в пределах от 3 мкА, в первом случае, и от 0,3 мкА, во втором случае, и ниже до предела чувствительности прибора, но таким образом, чтобы максимальна амплитуда его находилась в пределах экспоненциального участка. Заметим также, что колебани массы 1 м вдоль или поперек бумполотна привод т к смещению рабочей точки. Эти услови накладывают ограничени на величину (прот женность) экспоненциального участка. При значительном изменении массы 1 м бумаги (в 10 и больше раз) рабочую точку р-п-перехода с помощью ослабител:ей необходимо снова вывести приблизительно на средину экспоненциального участка. Существенность за вл емой совокупности признаков подтверждаетс приведенным ниже доказательством достижени технических эффектов, обеспечивающих цель изобретени . Пусть через р-п- переход,протекают посто нный Га И переменный J ТОКИ, возбуждаемые в цепи фотоприемника 4 стационарным и модулированным световыми потоками. При этом выражение дл переменного напр жени , падающего на р-п-переходе, согласно закону Ома дл участка цепи, будет иметь вид: (1) где IV дифференциальное сопротивление р-п-перехода, т. е. сопротивление переменному току. Выражение дл Г/- имеет видг где и - посто нное напр жение, прикладываемое к р-п-переходу в пр мом направлении; DQ - тепловойток, которым по сравнению с 3- дл пр мой ветви р-п-перехбда можно пренебречь (Л,« J-) t - зар д электрона; к - посто нна Больцмана; Т - абсолютна температура. Подставив (2) в (1), получим „ КТ 3 выхТХ , ( 3) что в свою очередь можно записать как: obWrCp ГР I cy елelement (for example, a collector pn junction of the transistor, the exponential portion of which is in the range of 2 or more orders of magnitude of the current flowing through the transition included in the forward direction). Output 5 is connected to amplifier 6, which is tuned to the modulation frequency of source 1, indicating and registering 5 with a device 7, the device operates as follows. Collimated beams of monochromatic radiation with a wavelength L from the source of modulated radiation 1 (for example, an LED whose power is supplied by alternating voltage at a frequency f) and with a wavelength L2OT of a source of stationary radiation 2 (for example, an LED whose power is constantly current) fall on the monitored material 3, where it is emitted with a wavelength L, undergoes selective partial absorption by water (or other controlled substance); having reflected from the controlled material of the south, both radiation falls on the photodetector 4, in the load circuit of which two components of the electric current arise - a constant component 3 due to the reflected radiation of the stationary source of radiation 2 and a variable component of the source E due to the reflected radiation of the source modulated radiation 1. In the proposed device, the intensity of the stationary radiation source 2 should be 5-6 times less than the background intensity at the same wavelength. To fulfill this condition, it is necessary to have a source whose intensity; which is technically pretty easy to provide. The wavelengths L and are chosen so that the value of the constant component of the photocurrent is proportional to the total mass of 1 m of the material being monitored, and the value of the variable component of the photocurrent Y ft, the weight of water (or other substance) in the base material, t . e. A, - selectively absorbed in a controlled state, as indicated. Element 5 compares the alternating voltage equal to the result of dividing the variable component of the photocurrent 3 into the constant component of the photocurrent 3, and is fed to the input of the amplifier 6, which is tuned to the modulation frequency f of the source to eliminate the effects of noise and noise on the measurement results radiation 1 ,. The signal is then transmitted to a recording and indicating device 7, calibrated as a percentage of moisture. The selection of the p-n-junction operating point and adjustment of the instrument is carried out as follows. For a paper whose mass of 1 m oscillates near the nominal - WHQH, with the help of attenuating light filters (not shown in the drawing) in the path of the beam of light from source 2, the working point of the pn-junction 5 connected to the load-detector 4 circuit is selected. approximately in the middle of the exponential segment of the direct branch of the pn-junction (for example, if the exponential segment has a range from 1 to 100 μA, then the operating point is chosen approximately in the current range of 30-60 μA, and for the exponential range that lies within 1 up to 10 µA, E is chosen 3-6 an apparent pA). In this case, the signal from the source 1, which generates light with a wavelength sensitive to the substance, is connected to the main substance, the current 3 - can vary from 3 μA, in the first case, and from 0.3 μA, in the second case, and lower to the limit of sensitivity of the device, but in such a way that its maximum amplitude is within the exponential range. Note also that oscillations of a mass of 1 m along or across the bumpolt lead to a shift in the operating point. These conditions impose restrictions on the magnitude (extent) of the exponential region. With a significant change in the mass of 1 m of paper (10 or more times) the working point of the pn-junction with the help of a attenuator: it needs to be brought back approximately to the middle of the exponential segment. The significance of the claimed set of features is confirmed by the proof below to achieve the technical effects that provide the purpose of the invention. Let a constant GA and an alternating current J TOKI flow through the p-n junction, excited in the circuit of the photodetector 4 by stationary and modulated light fluxes. In this case, the expression for an alternating voltage falling on a pn-junction, according to Ohm’s law for a section of the circuit, will have the form: (1) where IV is the differential resistance of the pn-junction, i.e., AC resistance. The expression for G / - has vg where and is the constant voltage applied to the pn-junction in the forward direction; DQ is the heat current, which can be neglected, compared with the 3 for the direct p – n branch, (L, J–) t is the electron charge; k is the Boltzmann constant; T - absolute temperature. Substituting (2) into (1), we obtain “QD 3 vyhTKh, (3) which in turn can be written as: obWrCp GR I cy ate