ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Заявляемая полезная модель относится к оптико-электронным устройствам и может быть использована, в частности, для построения измерителей коэффициентов светового пропускания, отражения и поглощения объектов, например, бумажной основы документов в процессе экспертных исследований, художественно-реставрационных работ и т.п.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для измерения коэффициента светового пропускания объекта, структурная схема которого приведена на рис. 12, с. 157 в статье «Телевизионные и оптико-электронные методы исследования исторических бумаг», опубликованной в журнале «Системы и средства связи телевидения и радиовещания», вып. 1, 2, 2013 г. С. 153-158.
Данное устройство содержит источник проходящего света, расположенный между объектом и фотоприемником (фотодиодом), последовательно соединенным с аналого-цифровым преобразователем (АЦП), регистром и индикатором. Устройство содержит также блок управления, подключенный к регистру.
Устройство работает следующим образом. Исследуемый объект (например, бумажный лист) располагается между источником света и фотоприемником. Фотоприемник формирует электрический сигнал, пропорциональный световому потоку, прошедшему от источника света через исследуемый объект. Электрический сигнал поступает на АЦП, где преобразуется в цифровую форму, и далее поступает на регистр, где фиксируется при подаче сигнала от блока управления. Блок управления в простейшем случае содержит кнопки «ИЗМЕРЕНИЕ» и «СБРОС», замыкание которых формирует для регистра соответствующие управляющие сигналы «ВВОД» и «СБРОС». Цифровой код с регистра, характеризующий светопропускание объекта, отображается на подключенном к выходу регистра семи сегментном индикаторе.
В качестве источника света может быть использован, например, белый светодиод. В качестве фотоприемника может быть использован стандартный фотодиод с диапазоном спектральной чувствительности, соответствующим видимой области спектра.
Известное устройство обеспечивает возможность измерения только коэффициента светового пропускания объекта.
Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства.
Для достижения поставленной задачи в устройство, содержащее источник проходящего света, расположенный между объектом и фотоприемником, соединенным с АЦП, блок управления и индикатор, введен источник отраженного света и микроконтроллер. Источник отраженного света располагается со стороны фотоприемника. Входы источников света и выход блока управления подключены к шине управления микроконтроллера. Выход АЦП подключен к входной шине данных микроконтроллера, а индикатор подключен к выходной шине данных микроконтроллера.
Технический результат, достигнутый при решении поставленной задачи, заключается в расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения измерения, как коэффициента светового пропускания, так и коэффициентов отражения и поглощения объекта.
Структурная схема заявляемого устройства приведена на фиг. 1.
Устройство содержит источник 1 проходящего света, источник 2 отраженного света, фотоприемник 3, АЦП 4, микроконтроллер 5, индикатор 6 и блок 7 управления.
Исследуемый объект (например, бумажный лист) располагается между источником 1 проходящего света и фотоприемником 3. Источник 2 отраженного света располагается со стороны фото приемника 3. Выход фотоприемника 3 через АЦП 4 подключен к входной шине данных (DI) микроконтроллера 5, выходная шина данных (DO) которого соединена с индикатором 6. Шина управления (CS) микроконтроллера 5 соединена с блоком 7 управления и с источниками 1 и 2 света.
Устройство работает следующим образом. Источники 1 и 2 света включаются по очереди в зависимости от управляющего сигнала, поступающего с шины управления микроконтроллера 5. Фотоприемник 3 формирует электрический сигнал, пропорциональный световому потоку (показан на фиг. 1 штриховыми линиями), прошедшему через исследуемый объект или отраженному от него в зависимости от включенного источника света. Аналоговый сигнал фотоприемника 3 поступает на АЦП 4, который преобразует его в цифровой код, передаваемый далее на входную шину данных микроконтроллера 5. Вычисленное микроконтроллером 5 значение измеренного коэффициента с выходной шины данных в двоичном коде поступает на семи сегментный 6 индикатор для отображения.
Последовательность работы устройства задается с блока 7 управления, подключенного к шине управления микроконтроллера 5. В простейшем случае управляющие сигналы от блока 7 управления могут, например, представлять логические уровни «0» или «1» от трех переключателей режима работы: КАЛИБРОВКА ПРОСВЕТ, КАЛИБРОВКА ОТРАЖЕНИЕ и ИЗМЕРЕНИЕ, подаваемые на отведенные для них разряды шины управления микроконтроллера 5. Состояние этих разрядов анализируется микроконтроллером 5.
При наличии сигнала (например, уровня лог. «0») от переключателя КАЛИБРОВКА ПРОСВЕТ микроконтроллер 5 устанавливает разряд шины управления, подключенный к источнику 1 проходящего света, в состояние (например, уровня лог. «0») при котором данный источник (белый светодиод) включается. При этом разряд шины управления, подключенный к источнику 2 отраженного света, находится в состоянии (уровень лог. «1») при котором данный источник (белый светодиод) выключен.
При наличии сигнала (например, уровня лог. «0») от переключателя КАЛИБРОВКА ОТРАЖЕНИЕ микроконтроллер 5 устанавливает указанные разряды шины управления в противоположное состояние. А именно: разряд шины управления, подключенный к источнику 1 проходящего света, в состояние уровня лог. «1», при котором данный источник выключен, а разряд шины управления, подключенный к источнику 2 отраженного света, в состоянии уровня лог. «0», при котором данный источник включен.
После включения источника света электрический сигнал, полученный в результате облучения фотоприемника 3 и преобразованный в цифровую форму АЦП 4, запоминается в одном из регистров общего назначения (ΡΟΗ) микроконтроллера 5. При этом для записи цифрового кода в режиме КАЛИБРОВКА ПРОСВЕТ отводится, например, первый регистр (РОН1), а для записи кода в режиме КАЛИБРОВКА ОТРАЖЕНИЕ отводится, например, второй регистр (РОН2).
макс.
Калибровка устройства осуществляется перед измерением следующим образом. Для калибровки на просвет объект между источником 1 и фотоприемником 3 не устанавливается. Нажимается переключатель КАЛИБРОВКА ПРОСВЕТ. В результате описанным выше образом в РОН1 микроконтроллера 5 фиксируется цифровой код, значение которого П пропорционально полному световому потоку, попавшему на фотоприемник непосредственно от источника 1 проходящего света. Переключатель КАЛИБРОВКА ПРОСВЕТ отжимается.
макс.
Для калибровки на отражение вместо объекта перед источником 2 и фотоприемником 3 устанавливается плоское зеркало, с коэффициентом отражения, близким к 1. Нажимается переключатель КАЛИБРОВКА ОТРАЖЕНИЕ. В результате описанным выше образом в РОН2 микроконтроллера 5 фиксируется цифровой код, значение которого О пропорционально полному световому потоку, попавшему на фотоприемник в результате практически 100% отражения от зеркальной поверхности, освещенной источником 2 отраженного света. Переключатель КАЛИБРОВКА ОТРАЖЕНИЕ отжимается.
изм
изм.
Для измерения коэффициентов светового пропускания, отражения и поглощения бумажной основы документа исследуемый объект размещается, как показано на фиг. 1. Затем нажимается переключатель ИЗМЕРЕНИЕ. При этом поступающий с переключателя управляющий сигнал (например, уровень лог «0») на выделенный для него разряд шины управления анализируется микроконтроллером 5 и инициирует выполнение следующих операций. По шине управления включается источник 1 проходящего света. Полученный от фотоприемника 3 электрический сигнал, пропорциональный прошедшему через бумажную основу документа световому потоку, преобразуется АЦП4 в цифровой код, значение которого П. запоминается в третьем ΡΟΗ (РОНЗ) микроконтроллера 5. Затем источник 1 проходящего света по шине управления отключается и включается источник 2 отраженного света. Полученный от фотоприемника 3 электрический сигнал, пропорциональный отраженному от бумажной основы документа световому потоку, преобразуется АЦП4 в цифровой код, значение которого О запоминается в четвертом ΡΟΗ (РОН4) микроконтроллера 5. После этого источник 2 отраженного света отключается по шине управления.
пр
пр
изм
макс.
отр.
отр
изм
макс.
погл.
погл.
пр
отр.
пр
отр.
погл.
После записи в ΡΟΗ цифровых кодов, соответствующих величинам отраженного и прошедшего через объект светового потока, микроконтроллер вычисляет коэффициенты светового пропускания, отражения и поглощения бумажной основы документа. Коэффициент светового пропускания К вычисляется по формуле: К=П./П Коэффициент светового отражения К вычисляется по формуле: К=О./О Коэффициент светового поглощения К вычисляется по формуле: К=1-К-К Вычисленные значения сохраняются в памяти микроконтроллера 5 (например, в ΡΟΗ) и выводятся через выходную шину данных для отображения на индикаторе 6. Вывод на выходную шину данный цифровых кодов, соответствующих измеренным значениям коэффициентов К, К и К и их отображение на индикаторе может осуществляться, например, последовательно в цикле.
Устройство может быть выполнено на элементной базе широкого применения. В качестве источника света может быть использован, например, белый светодиод. В качестве фотоприемника может быть использован стандартный фотодиод с диапазоном спектральной чувствительности, соответствующим видимой области спектра. В качестве индикатора может быть использован стандартный семи сегментный индикатор. В качестве микроконтроллера может быть использована микросхема серии PIC-16F или PIC-18F.