ОЭП температуры с ИК-световодом

Измерение температуры движущихся объектов (например текстурируемой нити, ткани и др.) непосредственно в термокамере осложняется тем, что температура воздуха в термокамере адекватна температуре объекта. Например, нить, нагреваемая в термокамере, имеет температуру порядка 170 – 220 °С и испускает электромагнитное излучение в средней области ИК-спектра, которое передается с помощью оптических волокон из зоны контроля к первичному фотопреобразователю.

Функциональная схема датчика температуры с поликристаллическим ИК-световодом приведена на рис. 2.74.

Рис. 2.74. Функциональная схема одноканального
датчика с поликристаллическим ИК-световодом

Датчик работает следующим образом. Тепловое ИК-излучение фокусируется объективом 1, вводится в волокно 2 и транспортируется в оптоэлектронный блок 3 в пластмассовом корпусе. На входе блока установлен электромеханический модулятор-прерыватель 4 излучения. Он необходим для создания прямоугольных оптических импульсов типа «меандр» с регулируемой частотой 1 ¸ 100 Гц, задаваемой генератором 9. Прерывистое излучение требуется для работы пироприемника, ибо он реагирует только на перепады температур контролируемого объекта. Далее установлен фильтр 5 для пропускания излучения в узком спектральном диапазоне. В нашем случае устанавливался фильтр с пропусканием 7,0 ¸ 7,5 мкм. После фильтра свет поступает на пироприемник 6 (IRA-E710STO), выходной сигнал с которого усиливается и сглаживается в усилителе 7 и выдается на цифровой индикатор 8. Электронный блок, выделенный рамкой, имеет аналоговый и цифровой выходы. Аналоговый выход необходим для просмотра выходного сигнала на осциллографе, а цифровой – для передачи на персональный компьютер.

В качестве чувствительного элемента 6 применяются пироэлектрические преобразователи. В основу их работы положен пироэлектрический эффект, сущность которого заключается в изменении поляризации пироактивного кристалла в процессе изменения температуры на его гранях. Поляризация кристалла – пространственное разделение зарядов, сопровождающееся возникновением на одной стороне его граней положительного заряда, а на другой – отрицательного.

Нагрев кристалла может осуществляется как непосредственно (с изменением температуры окружающей среды), так и воздействием потока излучения. Это явление используется для изготовления датчиков (приемников) ИК – излучения.

Пироэффект проявляется только при наличии изменения температуры кристалла во времени. Пироэффектом обладают кристаллы ниобата лития, ниобата свинца, а так же керамика: титанат-цирконата свинца и сульфата лития, стронций-барий ниобатита и т.д.

Спектральный диапазон чувствительности пироэлектрических приемников оптического излучения расположен в диапазоне от 0,4 до 30 мкм, что является их наиболее важным преимуществом.

Пироэлектрические датчики фирмы Murata выпускаются серийно и удовлетворяют требованиям международных стандартов. Они изготавливаются на основе PbTiIr, LiSO₄, BaSrNb.

Инфракрасные датчики серии IRA предназначены для измерения температуры объектов. Спектральный диапазон чувствительности определяется полосой пропускания встроенного оптического (кремниевого) фильтра. Конструктивные особенности обусловлены количеством, размером и схемой соединения чувствительных элементов. Измеряют температуру от 100
до 3000 °С.

2.13.8. Устройство для контроля параметров
смешивания натуральных и химических волокон

Технологические процессы смешивания волокон оказывают значительное влияние на формирование пряжи в прядении, качество отбелки и крашения, а также отделки тканей. Для управления процессом смешивания двух и трех видов волокон необходимо иметь информацию о характере распределения волокон и их количестве например в ленте, поступающей в прядение.

Из известных неразрушающих методов контроля указанного параметра можно отметить устройства, основанные на применении электромагнитных излучений в ИК и СВЧ диапазонах. Так, устройство, изображенное на рис. 2.75 состоит из источника излучения 1, двигателя 2, диска 3, узкополосных фильтров 4 и 5, калибрующего устройства 7, через которое проходит контролируемый материал 6, фотоэлемента 8, логарифмического преобразователя 9, вычислителя 10, коммутатора 11, синхронизатора 12, фильтров 13 и 14, задающих блоков 15 – 18, вычитателей 19 и 20, сумматора 21 и логометров 22 и 23.

Рис. 2.75. Устройство неразрушающего контроля
качества смешивания разнородных волокон

Длины волн световых потоков после фильтров соответствуют максимумам поглощения компонентов смеси. Сигналы, прошедшие через исследуемый материал, пропорциональны оптическим плотностям массы продукта при данных длинах волн:

.

Таким образом, оптическая плотность D пропорциональна плотности массы G продукта.

Известно, что

; (2.55)

, (2.56)

где – линейные плотности массы первого и второго
компонентов соответственно;

– оптические плотности материалов при соответствующих длинах волн;

– коэффициент ослабления на соответствующих длинах волн.

При решении этой системы уравнений относительно величины , считая коэффициент ослабления постоянным, можно получить:

где задаются с помощью блоков 15 – 18. После этих элементов сигналы становятся пропорциональными величинам

.

Для решения приведенных уравнений необходимые сигналы поступают на вычислители 19 и 20, причем после первого вычислителя 19 получают сигнал, соответствующий величине линейной плотности первого компонента, а после 20 – второго компонента. Эти сигналы поступают на вход сумматора 21, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный плотности продукта. Этот сигнал поступает на входы вычислителей 22 и 23 процентного определения компонентов смеси. На вторые входы элементов 22 и 23 поступают сигналы, пропорциональные линейной плотности компонентов смеси.

ГЛАВА 3.
СРЕДСТВА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ,
ОБРАБОТКИ, ХРАНЕНИЯ
И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ

Устройства этой группы имеют весьма разнообразные функции и существенно отличаются по конструкции. В эту группу входят усилительные устройства, автоматические регуляторы, показывающие и регистрирующие приборы, функциональные блоки для арифметического и динамического преобразования информации, электронная вычислительная техника. Поскольку эти устройства в системах управления, как правило, занимают место между средствами получения информации о технологических параметрах и средствами воздействия на объект управления – они часто называются устройствами центральной части ГСП.