Функциональная схема двухволнового однолучевого ик-влагомера
Предлагается следующая схема реализации ИК влагомера с использованием плоского световода (рис. 6.12).
Рис. 6.12. Функциональная схема двухволнового однолучевого ИК-влагомера: БИП – блок импульсного питания; УМ – усилитель мощности; СД – светодиод; ПП – первичный преобразователь (приставка мнпво); ФП – фотоприемник; ЭП – эмиттерный повторитель; У – усилитель; К – ключ; И – интегратор; П – память; ДУ – дифференциальный усилитель; УПТ – усилитель постоянного тока; ИОН – источник опорного напряжения; СД – синхронный детектор; ФР – фазорасщепитель; СР – схема сравнения; ГЛИН – генератор линейно изменяющегося напряжения; Д – дешифратор; ИГ – импульсный генератор; М – матрица; С – счетчик
Так как сигналы данной схемы импульсные, то в практике импульсных измерений наибольшее распространение получили методы измерения импульсов излучения – то есть, интеграл от мощности по времени. В таких схемах применяется интегрирование для получения постоянной времени необходимой для нормальной работы регистрирующего устройства. В этом случае измерение энергии импульса будет сводиться к измерению временного параметра связанного с постоянной времени интегрирующего устройства в зависимости от энергии импульса.
Таким образом, после фотоприемника, согласующего устройства (ЭП), ставится усилитель и интегрирующее устройство. Причем скорость нарастания сигнала на выходе интегратора будет зависеть от энергии импульса. Если этот сигнал завести на схему сравнения (например триггер Шмидта), которая имеет заданный опорный уровень, то в зависимости от крутизны импульса с интегратора срабатывание схемы сравнения произойдет в разный момент времени. В этом случае на выходе схемы сравнения напряжение скачком поменяется. Например, из низкого уровня перейдет на высокий и этот уровень остается неизменным до тех пор, пока напряжение на интеграторе не вернется к нулю. В этом случае на выходе схемы сравнения в зависимости от величины входного сигнала появляются импульсы разной длительности. Поэтому длительность импульса содержит информацию о величине сигнала.
Из вышесказанного следует, что после интегратора необходимо использовать схему сравнения и кроме того схему обнуления интегратора. Таким образом, чтобы определить величину входного сигнала нужно определить длительность импульса на выходе схемы сравнения.
На вход открытого ключа подаются импульсы с генератора частоты через схему формирователя импульсов. Поэтому на выходе ключа импульсы с генератора будут присутствовать только в то время, когда этот ключ открыт сигналом поступающем со схемы сравнения. Чем более длителен сигнал со схемы сравнения, тем более длительно открыт ключ и тем большее количество импульсов проходит на выход схемы ключа. Таким образом, количество импульсов на выходе схемы ключа пропорционально величине входного сигнала фотоприемника.
Это значение сигнала необходимо запомнить и передать на регистрирующее устройство. В качестве запоминающего устройства можно использовать триггеры (счетчики). Сигнал от счетчика подается на индикаторное устройство.
Аналогичные измерения проводятся по каналу регистрации сигнала на опорной длине волны. Коммутация этих каналов осуществляется блоком импульсного питания светодиодов через коммутационные ключи, стоящие в каждом канале после согласующего устройства перед усилителем.
Сигнал на длине волны, где поглощает влага (измерительная длина волны), всегда больше, чем сигнал на опорной длине волны. При отсутствии влаги эти два сигнала равны. Но эти сигналы поступают с фотоприемника в разное время, которое определено работой блока импульсного питания. Таким образом, в этом канале на выходе схемы сравнения вырабатывается импульс при обнулении интегратора.
Истинное значение величины полезного сигнала может быть определено как разность сигналов измерительного и опорного каналов. С этой целью в качестве сигнала на обнуление интегратора в измерительном канале может быть использован импульс с опорного канала. В таком случае на выходе схемы сравнения измерительного канала появляется импульс, длительность которого пропорциональна величине полезного сигнала. Такая схема учитывает даже ситуацию, в которой уровень опорного сигнала будет изменяться. Так как при этом уровень полезного сигнала тоже будет изменяться, то разность этих двух сигналов останется без изменений.
В процессе эксплуатации данного прибора могут меняться характеристики и источников света, и характеристики фотоприемника, и характеристики электронных схем. Поэтому необходимо предусмотреть проверку этих изменений и автоматическую подстройку. С этой целью применяем усилители мощности светодиодов. При отсутствии образца в датчике на схему сравнения измерительного и опорного каналов подаются одинаковые сигналы, поэтому если не произошли изменения с характеристиками источников света, с характеристиками фотоприемника и характеристиками электронных схем, то временные положения импульсов в измерительном и опорном каналах не изменяются, и если использовать в обоих каналах схему совпадений, на первый вход которой поступает сигнал с опорного (измерительного) канала, а на второй поступает импульс с источника импульсного питания через схему формирования импульсов, то на выходе этой схемы сравнения управляющий сигнал для усилителей мощности светодиодов отсутствует. Если же произошли изменения в указанных характеристиках, то временное положение импульсов в измерительном и опорном каналах, после схем сравнения появятся сигналы, которые изменяют амплитуду на выходе усилителей мощности светодиодов.