УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПРОПУСКАНИЯ СТЕКЛА

Устройство относится к приборостроению, в частности к измерениям коэффициента пропускания стекол, преимущественно спектрально неселективных, изготовленных по ГОСТ 5727-88.
Известно устройство для измерения светового коэффициента пропускания спектрально неселективных стекол «Блик» (Государственный реестр средств измерений №13477-05), содержащее источник излучения, выполненный в виде электрической лампы накаливания, помещенной в конический отражатель с установленным перед ним рассеивателем, фотоприемника, выполненного в виде фотодиода, работающего в фотогальваническом режиме, усилителя фототока, охваченного отрицательной обратной связью.
Недостатком этого устройства является зависимость результатов измерений от изменения напряжения питания, относительного смещения приемной и передающей головок, влияния оптического фона. Использование одного измерительного канала снижает точность измерений и приводит к необходимости предварительной коррекции характеристик устройства, за счет которой не компенсируются мультипликативные составляющие погрешности.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является спектрофотометрическое устройство (RU 2172945C2, кл. G01N 21/59, опубл. 27.08.2001), в котором по ходу оптического луча вслед за источником излучения расположены конденсор, монохроматор, зеркальный модулятор-коммутатор, рабочий и эталонный каналы, состоящие из объектива и плоского зеркала каждый, система сведения и приемник излучения.
Недостатком этого устройства является сложность конструкции, а также необходимость выравнивания сигналов от эталонного и измерительного
каналов на приемнике излучения в отсутствие эталона и исследуемой оптической пластины в ручном режиме, что снижает возможность реализации автоматической коррекции погрешности измерений. Получаемый в результате работы устройства электрический сигнал необходимо дополнительно преобразовывать для расчета коэффициента пропускания стекла.
Техническим результатом заявленного устройства является упрощение конструкции, автоматический расчет коэффициента пропускания стекла, уменьшение влияния аддитивной и мультипликативной составляющей погрешности на результат измерения, что позволяет обеспечить точность измерения.
Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения коэффициента пропускания стекла, включающем источник излучения и расположенные по ходу светового луча рабочий и эталонные каналы, приемник излучения, зеркальный модулятор-коммутатор, отличающееся тем, что устройство снабжено узлом приемо-передачи оптического сигнала, включающим объединенные эталонный и рабочий каналы, состоящие из плоского зеркала и зеркального модулятора-коммутатора, который выполнен в виде дискового обтюратора с углом раскрытия 180°, с нанесенной на стороны, образующие этот угол светопоглощающей полосой, установленного под углом 90° к оптической оси, на которой расположен приемник и источник излучения, причем к приемнику излучения последовательно подключены усилитель фототока, блок автоматической регулировки усиления, состоящий из амплитудного детектора, подключенного общей точкой к положительной шине питания, дифференциального усилителя и оптрона, а также блоком автоматической стабилизации постоянной составляющей фототока, состоящим из амплитудного детектора, подключенного общей точкой к отрицательной шине питания и операционного усилителя, соединенного по схеме делителя
напряжений с входом усилителя фототока, ключом, управляемым блоком синхронизации, выполненным в виде оптрона с открытым оптическим каналом, перекрытие которого осуществляет модулятор-коммутатор, фильтром низких частот.
Объединение рабочего и эталонного каналов и применение зеркального модулятора-коммутатора, выполненного в виде дискового обтюратора с углом раскрытия 180,° позволяет значительно упростить конструкцию устройства, а также исключить необходимость выравнивания сигналов на приемнике излучения, так как оптические пути каналов одинаковы.
Применение блока автоматической стабилизации постоянной составляющей фототока позволяет уменьшить влияние аддитивной составляющей погрешности на результат измерения.
Применение блока автоматической регулировки усиления для обеспечения стабильности амплитуды импульсов позволяет осуществить автоматический расчет коэффициента пропускания стекла.
Определение коэффициента пропускания стекла путем измерения отношения амплитуд импульсов от объединенных рабочего и эталонного позволяет уменьшить влияние мультипликативной составляющей погрешности на результат измерения за счет ее сокращения в процессе деления сигналов.
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для измерения коэффициента пропускания стекла. На фиг.2 представлена временная диаграмма сигналов устройства.
Устройство для измерения коэффициента пропускания стекла состоит из источника излучения 1, рабочего и эталонного каналов узла приемо-передачи 2 и приемника излучения 3, расположенных по ходу светового луча. При этом источник излучения 1 и приемник излучения 3 расположены на одной оптической оси. Это позволило упростить конструкцию устройства и объединить рабочий и эталонный каналы, состоящие из плоского зеркала 4,
перед которым устанавливается исследуемое стекло 5, и зеркального модулятора-коммутатора 6, выполненного в виде дискового обтюратора с углом раскрытия 180°, с нанесенной на стороны, образующие этот угол, светопоглощающей полосой. Зеркальный модулятор-коммутатор 6 установлен под углом 90° к оптической оси. Объединение рабочего и эталонного каналов позволяет исключить необходимость выравнивания их сигналов на приемнике излучения, так как оптические пути каналов одинаковы.
у
1
2
К приемнику излучения 3 подключен усилитель фототока 7, коэффициент усиления которого определяется выражением K=R/R+1. К выходу усилителя фототока 7 подключен блок автоматической регулировки усиления 8, блок автоматической стабилизации постоянной составляющей фототока 9 и ключ 10. К управляющему входу ключа 10 подключен блок синхронизации 11, выполненный виде оптрона с открытым оптическим каналом, перекрытие которого осуществляет зеркальный модулятор-коммутатор 6.
2
Блок автоматической регулировки усиления 8 состоит из амплитудного детектора 12, подключенного общей точкой к положительной шине питания, дифференциального усилителя 13 и оптрона 14, подключенного параллельно резистору R усилителя фототока 7.
Блок автоматической стабилизации постоянной составляющей фототока 9 состоит из амплитудного детектора 15, подключенного общей точкой к отрицательной шине питания, и операционного усилителя 16, соединенного по схеме делителя напряжений с входом усилителя фототока 7.
К выходу ключа 10 подключен фильтр низких частот 17.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Источник 1 светового излучения направляет поток излучения по оптическим путям рабочего и эталонного каналов узла приемо-передачи 2. Зеркальный модулятор-коммутатор 6 осуществляет коммутацию потока в
четыре этапа. На первом этапе зеркальный модулятор-коммутатор 6 направляет излучение сначала через исследуемое стекло 5 и после отражения от плоского зеркала 4 на приемник излучения 3, образуя рабочий канал. На втором этапе зеркальный модулятор-коммутатор 6 перекрывает поток излучения светопоглощающей полосой. На третьем этапе поток отражается от зеркального модулятора-коммутатора 6 непосредственно на приемник излучения 4, образуя эталонный канал. На четвертом этапе зеркальный модулятор-коммутатор 6 перекрывает поток излучения светопоглощающей полосой.
Импульсы потока излучения преобразуются приемником излучения 3 в электрический сигнал u(t) (фиг.2, а). Затем сигнал усиливается усилителем фототока 7 и поступает на блок автоматической регулировки усиления 8, блок автоматической стабилизации постоянной составляющей фототока 9 и ключ 10.
1
1
2
пит
2
Блок автоматической регулировки усиления 8 обеспечивает стабильность амплитуды импульсов U (фиг.2, а) на выходе усилителя фототока 7. При изменении амплитуды сигнала U, на выходе амплитудного детектора 12, подключенного общей точкой к положительной шине питания, образуется постоянное напряжение, которое поступает на дифференциальный усилитель 13 для сравнения с опорным напряжением. Изменение напряжения на выходе дифференциального усилителя 13 с помощью оптрона 14 управляет коэффициентом усиления усилителя фототока 7 за счет шунтирования резистора R таким образом, чтобы величина импульса на выходе усилителя фототока 7 оставалась постоянной. Амплитудный детектор 15 подключен общей точкой к отрицательной шине питания и преобразует последовательность импульсов (U-U) в постоянное напряжение, значение которого усиливается операционным усилителем 16, выход которого подключен к входу усилителя фототока 7 по
5
2
3
4
3
схеме деления напряжений для выполнения функции автоматической стабилизации постоянной составляющей фототока (фиг.2, б). Блок синхронизации 11, выполненный виде оптрона с открытым оптическим каналом, перекрытие которого осуществляет зеркальный модулятор-коммутатор 6 на время T=Т+Т+Т открывает ключ 10 (фиг.2, в). Фильтр низкой частоты 17 преобразует последовательность импульсов в постоянное напряжение U.
3
1
1
3
3
Поскольку известно, что коэффициент пропускания U/U=K, то при U=const, К=сU. Тогда отношение сигналов может быть определено по амплитуде импульса U.
2
1
Использование одного источника излучения и одного фотоприемника, а также объединение эталонного и рабочего каналов позволяет уменьшить влияние мультипликативной составляющей погрешности за счет ее сокращения в процессе деления сигналов U/U=K. Аддитивная оставляющая погрешности компенсируется блоком автоматической стабилизации постоянной составляющей фототока.
Таким образом, заявленное устройство для определения коэффициента пропускания стекла обеспечивает упрощение конструкции, а также уменьшает влияние аддитивной и мультипликативной составляющей погрешности на результат измерения, что позволяет обеспечить точность измерения.