專利名稱：一種水份測定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種水份測定裝置。
現(xiàn)有的各種水份測定裝置大多是接觸測量，最近也出現(xiàn)了電容、電阻類水份測定裝置，但測試結(jié)果與取量大小相關(guān)，或受環(huán)境溫度影響較大，因而測量精度較低，使用不便。
本實用新型的任務是設(shè)計一種適應于對粉體、粒體、片狀體等狀態(tài)的測定對象進行離線或在線自動檢測；在配備適當?shù)膱?zhí)行機構(gòu)可完成自動控制；可以廣泛應用于食品、化工、輕工、礦山、冶金和建材等工業(yè)系統(tǒng)。
本實用新型是利用水分子對某種特定波長的光波的吸收光譜特性的檢測裝置和計算機兩大部分組成。
檢測裝置主要由光學系統(tǒng)和水分檢測電路組成。
光學系統(tǒng)是由發(fā)光光源通過聚光、濾光形成特定波長的光(以下稱工作光)束，照射被測物體，部分光被物體的水分子吸收，部分光被漫反射，漫反射后光的一部分經(jīng)聚光、濾光后被光電元件接收，并轉(zhuǎn)換成電信號進入水份檢測電路?？紤]到被測物體的光能比率、漫反射回來的光能比率，漫反射回來的光能中能達到光電元件的光能比率，以及水份檢測電路中前置放大器和自動增益控制電路的放大倍數(shù)變化的影響，在用工作光照射被測物體的同時，再用一種或兩種不易被水分子吸收的光(以下稱參考光)照射被測物體。參考光要與工作光的波長近似相等，這樣它們具有近似相等的光能比率。如果采用兩個參考光，并使其波長的中值等于工作光波長，則可消除被測物體表面狀態(tài)、色澤和組成等因素的影響?？紤]到工作光和參考光一般均為紅外光，故在工作光和參考光照射被測物體的同時，還可給出可見光，以便給出被測物體表面上的光斑的大小和位置。
水份檢測電路由前置放大器、運算電路和功放電路組成的線性電路組成，運算電路由自動增益控制(AGC)電路、積分器和比較器組成閉合回路?？杉芋槲浑娐穼㈦妷翰ㄐ蜗麦槠揭疲够€與零位線重合，以便進行積分求出幅值。由于參考光的光能比率與水份無關(guān)，為常數(shù)，因此與它相應的電壓信號輻值也為常量。參考光信號電壓通過積分電路和比較電路構(gòu)成的負反饋系統(tǒng)，改變自動增益控制電路中的可變電阻，使參考光信號電壓或兩電壓的平均值等于基準電壓。這樣，運算電路輸出的水份信號電壓幅值，除被水吸收的光能比率外就不受外界參數(shù)的影響了。
也可采用光信號調(diào)制機構(gòu)依次輸入工作光和可見光的時序電路和信號分離來簡化光學系統(tǒng)。
為了使在線測定速度與生產(chǎn)相適應，可用一馬達調(diào)速電路對某一濾光鏡——光信號調(diào)制機構(gòu)的馬達加以控制。
為了清除溫度影響以保證測量精度，可采用溫度檢測電路，由它給出模擬溫度信號，輸給計算機，根據(jù)試驗曲線進行溫度補償處理。
計算機主要由主機和模數(shù)(A／D)轉(zhuǎn)換電路組成。A／D轉(zhuǎn)換電路包括比較器、模擬開關(guān)、積分器等部分；主機可以是單片機加程序存貯器、鍵盤及面板顯示驅(qū)動電路以及內(nèi)部時鐘。
單片機向模擬開關(guān)發(fā)出控制信號，使積分器清零，然后將水份信號經(jīng)積分電阻接到積分器輸入端，開始積分；經(jīng)一定時間后，單片機再將積分器輸入端接到基準電壓上，積分器開始放電，同時單片機內(nèi)計數(shù)器開始計數(shù)，積分器放電完畢，比較器翻轉(zhuǎn)，并向單片機發(fā)出中斷信號，單片機停止計數(shù)器計數(shù)，并由中斷服務程序取走計數(shù)值。至此，對水份信號完成一次采樣。計算機可以循環(huán)連續(xù)采樣。在一定次數(shù)的采樣后可采用脈沖干擾濾波技術(shù)處理，取得一次測量的準確值。在計算機數(shù)據(jù)處理程序中輸入實際水份計數(shù)值關(guān)系曲線，計算機能精確地給出水份值。
如果用數(shù)字鍵任意設(shè)定與模擬輸出的上、下限相對的水份值的上、下限后，模擬輸出與水份值成線性關(guān)系。
如果計算機經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出，對應的是比例——積分——微分(PID)控制信號的模擬信號，則就可以用于在線控制執(zhí)行機構(gòu)。
計算機還可以加有報警輸出電路、打印機輸出、二——十進制編碼(BCD碼)輸出、串行口通訊、掉電檢測電路、自備電池隨機存取存貯器(RAM)等附件。
現(xiàn)在結(jié)合實例說明

圖1 本實用新型的框圖。
圖2 本實用新型的光學系統(tǒng)原理圖。
圖3 本實用新型的水份檢測電路框圖。
圖4 本實用新型的前置放大電路。
圖5 本實用新型的運算電路。
圖6 本實用新型的水份信號功放電路。
圖7 本實用新型的時序信號電路。
圖8 本實用新型的單片機及接口電路。
圖9 本實用新型的A／D轉(zhuǎn)換電路。
圖10 本實用新型的主程序流程圖。
圖11 本實用新型的數(shù)據(jù)處理程序流程圖。
圖12 本實用新型的鍵盤分析程序流程圖。
發(fā)光光源的光經(jīng)聚光透鏡1、2，光信號調(diào)制機構(gòu)上的四個濾光鏡之一，聚光透鏡3，反射鏡1、2，聚光透鏡4，照射被測物體；被測物體的部分漫反射光經(jīng)凹、凸聚光鏡、濾光鏡照射到光電元件，被光電元件接收，轉(zhuǎn)換成電信號進入水份檢測電路。該信號首先經(jīng)前置放大器放大進入運算電路。在運算電路的AGC電路信號中信號受箝位電路下箝平移，在受時序信號電路控制的信號分離電路中使工作光和參考光信號依次分別進入各自的積分器，獲得信號電壓幅值，兩參考光信號同時進入比較器與基準電壓VC作比較，改變AGC電路中的可變電阻，使參考光信號電壓幅值與基準電壓VC相等，這樣在積分器1獲得不受外界因素影響的水份信號電壓幅值。此值再經(jīng)功率放大器放大輸入到計算機。
在計算機的A／D轉(zhuǎn)換電路中，模擬開關(guān)U20接受單片機控制信號使得積分器U21清零，然后將經(jīng)放大器U19放大的水份信號加到積分器U21的輸入端2上進行積分，經(jīng)一定時間后，單片機將經(jīng)放大器U23放大的基準電壓加到積分器U21的輸入端3上，積分器U21開始放電，單片機內(nèi)計數(shù)器開始計數(shù)，積分器U21放電完畢，比較器U22翻轉(zhuǎn)，單片機停止計數(shù)器計數(shù)，中斷服務程序取走計數(shù)值，完成一次采樣；同樣程序?qū)囟刃盘栠M行一次采樣。單片機連續(xù)不斷地采樣。
本實例中在連續(xù)采樣多次信號后，采用防脈沖干擾濾波技術(shù)剔除最大值和最小值，取其余諸數(shù)的平均值作為測量的準確值。
在實例的計算機里還設(shè)有數(shù)模轉(zhuǎn)換電路以輸出對應于PID控制信號的模擬信號，用以在線控制執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)自動控制。
本實例中可采用波長為1.43、1.94或3.00微米的紅外光為工作光。
本實例中取平均值的連續(xù)采樣次數(shù)可為1～255次。
本實例中的輸出方式可以是模擬輸出、PID控制信號模擬輸出、BCD輸出和打印輸出中的一個或數(shù)個。
該儀器可以達到下列性能測量精度再現(xiàn)性CS的±1.0％；響應時間(對水份和溫度兩信號一次采樣周期)60毫秒；測量范圍0～60％；測量距離不大于200毫米；測量對象咖啡、面粉、淀粉、奶粉、大豆粉、谷物(顆粒)、酵母、可可、花生粉、食品(干的)、蛋白質(zhì)含量、馬鈴薯(顆粒／片)、飼料、煙草、糖漿、砂糖、礦石、輪胎、窗布、玻璃紙、木片、聚合物片、涂料、塑料片材、合成纖維、聚氯乙烯粉末、粘土、煤碳(粉粒)、陶瓷(粉末)、鋁礬土、炸藥、洗滌劑、研磨劑、過濾紙、膠(粉末／粒)、樹脂含量、肥皂(粉末／片)、蘇打粉、肥料、鉛粒、漿板等。
權(quán)利要求1.一種水份測定裝置，它由光學系統(tǒng)、水份檢測電路和計算機組成，其光學系統(tǒng)由光源、聚光鏡、濾光鏡和光電元件所組成，水份檢測電路由前置放大器、運算電路和功放電路所組成，計算機由模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路和單片機組成，其特征是具有提供工作光和參考光光能的光源。
2.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是工作光為能被水分子吸收的特定波長的光波。
3.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是兩個具有與工作光近似光能比率且其中值波長等于工作光波長的參考光。
4.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是采用光信號調(diào)制機構(gòu)，依次給出各個光信號，并在運算電路中設(shè)置信號分離電路。
5.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是運算電路由自動增益控制電路、積分器和比較器組成。
6.按照權(quán)利要求5所述的裝置，其特征是運算電路中加有箝位電路使電壓波形下箝平移，其基線與零位線重合。
7.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是設(shè)有溫度檢測電路，并在計算機里根據(jù)試驗曲線進行溫度補償。
8.按照權(quán)利要求1～7之一所述的裝置，其特征是設(shè)有數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，輸出對應于PID控制信號的模擬信號。
9.按照權(quán)利要求1～7之一所述的裝置，其特征是采用防脈沖干擾濾波技術(shù)剔除最大值和最小值，取其余諸數(shù)的平均值作為測量的準確值。
10.按照權(quán)利要求1～7之一所述的裝置，其特征是配置報警輸出電路、打印機輸出、二——十進制編碼(BCD碼)輸出、串行口通訊、掉電檢測電路、自備電池隨機存取存貯器(RAM)等之中某一個或某數(shù)個附件。
專利摘要一種適用于對粉體、粒體、片狀體等固態(tài)的測定對象進行離線或在線自動檢測。它以能夠被水份吸收的特定波長的光波為工作光，通過聚光、濾光、被測物體反射，被光電元件接收轉(zhuǎn)成電信號，經(jīng)水份檢測電路輸出水份信號，經(jīng)計算機處理給出所需要的輸出數(shù)據(jù)或模擬信號。在配備數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出對應于PID控制信號的模擬信號時，可以直接控制執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)自動控制。
文檔編號G01N21/31GK2097404SQ9121029
公開日1992年2月26日 申請日期1991年3月18日 優(yōu)先權(quán)日1991年3月18日
發(fā)明者謝夢飛, 慕中華, 馬鳳芝, 劉鴻雁, 郭文傳 申請人:沈陽新樂精密機器公司