專利名稱:檢測顏色變異的儀器的制作方法
本發(fā)明是關于檢測材料顏色變異的儀器，該儀器包括材料照明裝置、測量材料反射光量的裝置、傳送材料的裝置。
本發(fā)明的儀器尤其適于用在一種氣體檢測設備中，該設備包含一種材料，當材料與氣體接觸時，材料的顏色將會改變;還包括使這種材料與氣體產(chǎn)生接觸的裝置。然而，本發(fā)明的儀器并不限于使用在一個氣體檢測設備中。
上述的氣體檢測設備可參見美國專利4032297，該設備旨在檢測大氣中各種有害氣體的存在。在已有技術設備中，其材料是由一個帶狀塑料基片構成，基片上復蓋有一層化學物質。當存在待檢測的有害氣體時，這些物質顏色將發(fā)生變化;當不存在有害氣體時、則這些物質顏色不發(fā)生變化。檢測有害氣體的存在是借助一個光源，照射帶狀材料上的一個測量點，并用一個光敏二極管測量來自帶狀材料表面的反射光，然后將測量點暴露給所監(jiān)測的大氣，過些時間再重復這種反射光的測量。當反射光的變化超過了預定限定值，將產(chǎn)生一個極警信號。在測量第一和第二個反射值的時間間隔內，帶狀材料不移動，因此一個光源和一個光電二極管就能滿足需要。
上述現(xiàn)有設備的固有缺點是要精確確定一種有害氣體的存在與否，必須使帶狀材料的變色相當顯著。鑒于光源強度的變化，尤其光檢測器和與其相連的電子線路的非線性，使得不可能準確地測量微弱的變色，因為光源強度和光電二極管靈敏度的長時間變化使得必須僅對較強的色變化報警，以便防止錯誤的報警。然而，當要檢測極為有害的氣體時，例如有毒氣體，則在盡可能早的時候獲得那些有害氣體存在的可靠指示是非常重要的。對某些氣體的檢測可以使用網(wǎng)狀編織的帶狀親水織物，以下簡稱色帶，它用化學物質浸濕，有害氣體存在時，它沒有色變，有害氣體不存在時，它卻有色變，色帶不停地輸送。這種色帶的優(yōu)點是它可以迅速充分地浸透液態(tài)化學物，而其織物的強度不受有害的影響。如果使用更均勻的材料，例如一條紙帶，則浸漬將引起材料脹大而且強度減弱，造成紙帶輸送中斷。此外，用紙帶時，氣體不能接觸紙帶內部的化學物，這就影響了反應速度。然而，除了前述優(yōu)點外，使用浸有化學物的色帶將帶來許多與色帶顏色測量有關的特殊問題;并且原則上講，色帶的連續(xù)輸送要求使用兩個光源和兩個光檢流器，這就對那些元件一致性提出了很高的要求。
產(chǎn)生色變的化學反應需要十分之幾秒至幾分鐘時間，它依賴于試劑的活性和環(huán)境溫度。然而，必須盡早確定變色沒有發(fā)生。實驗表明，色帶的變色可以在反應發(fā)生后約10秒鐘測得。不僅色帶的最終顏色，尤其是約10秒鐘后的顏色非常依賴于占主導的溫度和化學物的時效。此外，10秒后的色帶顏色還依賴于色帶沒浸化學物時的顏色、色帶浸漬的方式和單位時間色帶材料通過測量系統(tǒng)的數(shù)量。因此不可能通過將它的顏色與預先設置的參考色比較來檢查色帶的色變。此外，色帶是不均勻的。網(wǎng)格寬度相對于實際顏色測量中使用的測量區(qū)線度不是小到可以忽視的程度。而且線的粗細也不均勻，線與線之間的間隔變化范圍相對較大。結果，在測量區(qū)域內存在的網(wǎng)線面積同樣也要變化。所以，為了有效使用這種氣體檢測器要求顏色測量不受上述因素的影響，以便達到最佳狀態(tài)。
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一個上述類型的檢測儀器，其中照明帶狀材料的裝置包括用于發(fā)射第一種色光的第一光源和用于發(fā)射第二種色光的第二光源;還設有一個光學系統(tǒng)，用于將第一和第二光源發(fā)出的光的基本相等光量傳遞給帶狀材料上第一和第二兩個分離測量區(qū)，每一個測量區(qū)與測量帶狀材料反射光量的裝置相關;還設有直接測量第二光源發(fā)射量的裝置;交替激勵第一和第二光源的電子開關裝置;對測到的第一光源和第二光源的反射光量響應的電子控制裝置，以控制第二光源的強度使每個測量區(qū)的反射光量基本相等。
實驗表明，第一光源發(fā)射光為綠色、第二光源發(fā)射光為紅色較好。事實上，紅色和綠色光對使用的色變試劑來說，對無色和有色色帶的反射光量分別將產(chǎn)生最大的差異，這就提高了測量精度。
雖然可以使用不同類型的已知光源，但已證明使用紅色和綠色的光發(fā)射二極管是非常有益的，尤其因為這些光源能夠高速通斷。光敏電阻和硅光敏二極管可以用作光測量裝置，尤其是后者能立刻響應光的變化，對溫度不敏感并且具有照明強度和信號電流之間的良好線性關系。
本發(fā)明的基本思想是，可以測量色帶對兩種適合光的反射并確定測到的兩個反射值之比，從而消除色帶的灰斑影響是可能的。而且，以這種方法還可以極有效地消除網(wǎng)格寬度變化的影響。此外，通過測量兩個不同點的色帶反色光可以消除色帶基色的影響，即，第一點很靠近色帶用化學液體處理的位置，但是該點還不可能有化學反應發(fā)生;第二點相距第一點的距離對應于色帶在約10秒期間被傳輸?shù)穆烦蹋?0秒鐘是要十分肯定地確定色變是否已經(jīng)發(fā)生所需的時間。則在兩個測量點獲得的信號比只提供關于在10秒時間內色帶的色變信息。顯然，這種測量過程對在兩個測量點、用同色光照明的強度之比的不變性提出了高要求。為滿足這個要求本發(fā)明提供了一個光學系統(tǒng)，它將第一和第二光源發(fā)射光的恒定部分傳遞給兩個測量區(qū)。根據(jù)本發(fā)明，通過控制第二個光源，即紅色光源使得分別在第一和第二測量區(qū)測到的反射光對紅光和綠光相等，則電壓漂移、電流漂移;電子線路中放大器的非線性和光電管的非線性對最后的測量結果將沒有影響。
以下參考實施例和附圖以便更詳細地描述本發(fā)明。
圖1為本發(fā)明的檢測儀器光學和照明系統(tǒng)結構的側視圖。
圖2給出了圖1結構的正視圖。
圖3給出了控制照明系統(tǒng)光源的電路和檢測反射光的裝置。
圖4給出了可以在圖3電路里產(chǎn)生的一些波形。
圖1和圖2顯示的照明系統(tǒng)1包括一個固定在中央的紅色光電二極管(LED)2和以對稱方式環(huán)繞LED2固定的綠色LED(最好為4～6個)其中兩個由參考數(shù)字3和3′表示出來。使用不同數(shù)量的LED的原因首先是因為綠色LED發(fā)射的光束強度比紅色LED的小些，另外用作光檢測裝置的硅光電管對綠光的敏感性比對紅光的敏感性弱。一個散射器4將不同LED發(fā)射的光束混合，以便使從它發(fā)出的光束對于該系統(tǒng)光軸具有最佳的旋轉對稱性。一個光學系統(tǒng)將照明系統(tǒng)1的光闌5投射到色帶12的兩個區(qū)域，這兩個區(qū)域由圖2中的參考數(shù)字12′和12″表示。
該光學系統(tǒng)包括一個主物鏡6，它將光闌5射出的發(fā)散光轉換成平行光束;測量場物鏡10和11分別將物鏡6發(fā)出的并經(jīng)一個鏡面9反射的總光束17和18兩部分聚焦，以使這兩部分光聚焦在色帶上。照明系統(tǒng)和該光學系統(tǒng)的對稱結構保證了由光闌5射出的光束到達色帶上測量區(qū)12′和測量區(qū)12″的部分相等。
由物鏡6射出的光束的一部分經(jīng)過濾光器7到達光電管8，透過濾光器的只有紅光。測量區(qū)12′的光電管13和15、測量區(qū)12″的光電管14和16接收色帶的反射光。一個不透光屏19防止一個測量區(qū)的反射光到達與另一個測量區(qū)相關的光電管。
該光學系統(tǒng)對紅色和綠色光具有基本相同的特性。就大小和位置來說，色帶上的紅色和綠色光點都相同，并且測量區(qū)內的光強分布對兩種色也是相同的。這是完全消除色帶光反射變化的根本條件，這種變化是由測量區(qū)內的線粗細和網(wǎng)格寬度的變化引起，叫做色帶干擾。
紅色和綠色LED的光譜有部分重疊，因此不可能做一個濾光器7阻止所有綠色LED的光束并允許通過所有紅色LED的光束。然而電子線路可以提供能夠很好地消除綠色泄漏光影響的裝置，下面將予以描述。
圖3給出了電子線路的方框圖，該線路可產(chǎn)生能提供有關兩個測量區(qū)光色的最精確信息的信號。圖1和圖2中的LED和光電管在圖3中以相同的參照數(shù)字表示。用LED3“和3′”表示是為了更明確地指出照明系統(tǒng)1可以包括4個或更多的綠色LED;并且原則上講，這些LED通有相同的電流。
圖3中的開關20-25只是示意性的畫出，實際中最好使用高速金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)開關。
硅光電管13和15并聯(lián)并與放大器26的反相輸入端相連。放大器26的輸出通過一個電阻27反饋到的反相輸入端，以實現(xiàn)該放大器的低輸入阻抗。這是非常需要的，因為硅元件處在低阻負載工作時，它顯示出良好的線性特性和相對小的溫度依賴性。
同樣，光電管14和16與第二放大器28的反相輸入端相連，該放大器的輸出同樣經(jīng)過電阻29反饋到其反相輸入端。光電管8與放大器30的反相輸入端相連，該放大器的輸出經(jīng)電阻31反饋到其反相輸入端。放大器26、28和30的同相輸入端接地。
放大器26和28的輸出信號經(jīng)開關20和21分別加于帶通濾波器32的輸入端。該帶通濾波器32從放大器26和28的輸出信號中濾掉低頻交流電壓成份，這些成份是由于對入射到光電管上的日光和在工作期間的其它人造光響應而產(chǎn)生的。放大器30的輸出與帶通濾波器50連接，起到與濾波器32相同的作用。
帶通濾波器32的輸出端與一個同步整流電路的輸入端相連，該電路包括一個倒相器(inver ter Circuit)33、一個開關22和一個由電阻34、及由放大器35和反饋電容36組成的積分電路;電阻34與放大器35的反相輸入端相連，電容36連接在放大器35的輸出端和其反相輸入端之間。放大器35的同相輸入端接地。倒相器33有效地輔助抑制了低頻信號。
放大器35的輸出端與電壓-電流轉換器37的輸入端相連，該轉換器的輸出端控制紅色LED2。轉換器37的輸出端可通過開關23接地，以便切斷到LED2的電流。帶通濾波器50的輸出端與一個同步整流電路的輸入端相連，該電路由開關25、電阻39和電容40組成。電容40的一端接地，另一端與電阻39的一端和加法電路(adder circuit)41的輸入端相連。加法電路41有一個第二輸入端與直流電壓源42相連。加法電路41的輸出端與一個模擬倍增電路(multiplex circuit)38的第一輸入端相連，電路38有第二輸入端與放大器35的輸出端相連。電路38的輸出端與模擬一數(shù)字轉換器43相連，該轉換器將送給它的信號轉換成數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)總線44送給一個微處理器(圖3中沒畫出)。微處理器通過數(shù)據(jù)總線45將控制信號發(fā)給控制電路46，以控制開關22-25、模擬倍增電路38、模擬一數(shù)字轉換器43和數(shù)字一模擬轉換器48。數(shù)字一模擬轉換器48通過數(shù)據(jù)總線47接收來自微處理器的數(shù)據(jù)。數(shù)字一模擬轉換器48的輸出端與電壓-電流轉換器49相連，轉換器49的輸出端與串聯(lián)連接的LED3、3′、3″、3′″和任何更多的綠色LED相連。電路49的輸出端可以通過開關24接地以便能切斷LED的控制。
現(xiàn)在更詳細地描述本發(fā)明檢測儀器的工作。
如圖1和圖2所示，色帶上有兩個測量區(qū)12′和12″。測量區(qū)12′靠近色帶被化學物浸漬可產(chǎn)生色變的位置;測量區(qū)12″位于沿色帶運動下方約8毫米處，該距離對應于以選定的色帶速度走約10秒鐘時間的間隔，在此期間，若大氣是清潔的、化學物能引起色帶色變，但若存在待檢測氣體;則氣體將阻止化學物引起那樣的色變。在每個測量區(qū)，色帶由波長大致為550納米的綠光和波長大致為650納米的紅光交替照明。照明色光的交替速率約1KHz，以便使色帶在紅綠光的一個變化周期內的運行距離可以忽略。兩個測量區(qū)由圖1中參照數(shù)字1表示的一個照明系統(tǒng)照明，該系統(tǒng)適用于交替發(fā)射紅色和綠色光。
每個測量區(qū)對應兩個硅光電管，即，區(qū)12′對應光電管13和15，區(qū)12″對應光電管14和16;這些光電管接收色帶反射和散射光的一部分，如圖2所示，它們作為電流源被連入電路，從而可以保證迅速的線性響應。
綠光的強度原則上是恒定的，而紅光強度的調整是要使得對每一個測量區(qū)并聯(lián)連接的光電管響應紅光的輸出信號盡量與響應綠光的輸出信號相等。由于對光電管信號的這種控制，光電管的絕對靈敏度和暗電流、電流漂移，可能的非線性及紅燈的電流-亮度比變化不會影響測量結果。控制系統(tǒng)控制開關20和21使紅色LED的強度在約100毫秒期間對兩個測量區(qū)受到交替控制，這樣在時間的連續(xù)點上，紅光的強度被交替調整，這就是對測量區(qū)12′和測量區(qū)12″的色帶顏色的一次分別測量。這兩個強度值的比-色商Q就是對色帶從測量區(qū)12′傳遞到測量區(qū)12″期間的色變的量度。
在下述計算中，F(xiàn)g＝光闌5射出的綠光束的發(fā)光強度。
Fr＝光闌5射出的紅光束的發(fā)光強度。
Cg＝投射到色帶上一個測量區(qū)的部分綠光束。
Cr＝投射到色帶上一個測量區(qū)的部分紅光束。
Kg＝色帶對綠光的有效反射系數(shù)。
Kr＝色帶對紅光的有效反射系數(shù)。
Gg＝與色帶相關的光電管對綠光的靈敏度(mA/Lm)。
Gr＝與色帶相關的光電管對紅光的靈敏度(mA/Lm)。
如果控制系統(tǒng)已經(jīng)按上述方式調整了紅光源的強度，則每一個測量區(qū)滿足下列方程Fg·Cg·Kg·Gg＝Fr·Cr·Rr·Gr則Fr＝Fg (Cg)/(Cr) · (Kg)/(Kr) · (Gg)/(Gr) (1)因為Cg/Cr和Gg/Gr基本不變，F(xiàn)r的調整值正比于Fg并取決于色帶的顏色。
假設用測量區(qū)12′的光電管電流作為標準，控制系統(tǒng)調節(jié)紅光束強度值為Fr1，其次用測量區(qū)12″的光電管電流作為標準，調節(jié)紅光強度值為Fr1。
則有如下Fr1/Fr2的方程，即在兩個測量區(qū)色帶的色商Q為Q= (Fr1)/(Fr2) = (Fg1)/(Fg2) · (Cg1)/(Cg2) · (Cr1)/(Cg2) · (Kg1)/(Kr1) · (Kr2)/(Kg2) · (Gg1)/(Cr1) · (Gr2)/(Gg2) (2)方程(2)在下述條件下可以簡化1、Fg1＝Fg2，因為是一個常量，即綠光源為兩個測量區(qū)共用;
2、各個C值原則上是相等的并且總是常量;
3、商 (Gg1)/(Gr1) 和 (Gg2)/(Gr2) 大致相等(對同類光電管)并且總是常量。
結果方程(2)簡化為Q= (Fr1)/(Fr2) =K· (Kg1)/(Kr1) · (Kr2)/(Kg2) (3)方程3中，K≈1并且總是常數(shù)。通過上述方法確定了色商Q，它不受色帶的線粗細和網(wǎng)格寬度變化的影響，因為原則上講，這些因素對每個測量區(qū)的Kg和Kr的影響都相同，并且原則上講，色帶基色或化學物基色的變化對每個測量區(qū)的Kg1、Kg2和Kr1、Kr2的影響也相同。
由于大氣清潔時色帶上形成的顏色使色帶對綠光的反射有較大的削弱，而對紅光的反射的削弱卻較小，所以照射色帶使用了綠色和紅色。色商Q對有色色帶大致為1.1，對無色色帶大致為1。這樣就提供了較大的輸出信號，從而減少了測量誤差。
發(fā)光強度Fr1和Fr2由光電管8測量。該光電管接收來自物鏡6的從光闌5射出的光束的確定部分。光電管8只測量紅色光，光束中沒有綠光，所以一個通過紅光、阻止綠光的濾光器7設置在光電管8的前面。
光電管8交替產(chǎn)生下列信號S1＝Cr3·Gr3·Fr1+d1S2＝Cr3·Gr3·Fr2+d其中Cr3＝射在光電管8上的紅光束的部分;
Gr3＝光電管8對紅光的靈敏度。
d＝暗電流和漂移電流。
對于Q的精確測量，信號比S1/S2應當盡量等于光強度比Fr1/Fr2，應當用d值校正S1和S2。為此，測量周期內還包括對暗電流的測量時間，在這個時間內，紅光源斷開，因此Fr＝0;在測量周期內Fr1和Fr2受到交替控制，以便使它們分別等于Fg1和Fg2。光電管8和連接在該光電管和模擬-數(shù)字轉換器43之間的放大電路一起產(chǎn)生信號分量d。來自光電管8的信號經(jīng)過模擬-數(shù)字轉換器43和微處理器得到數(shù)字處理。信號S1和S2順次被轉換成數(shù)字形式并存入微處理器的存儲器中。用以下方法由這些數(shù)據(jù)可以計算出純色商QQ= (S1-d)/(S2-d)從上面的敘述可知，對于紅色和綠色LED的發(fā)光強度和供電流之比的絕對值及其緩慢變化，光電管的靈敏度和暗電流、電路中所有放大器的電流漂移和電壓漂移，色帶和化學浸劑的基色以及位于測量范圍內的色帶電的線粗細和網(wǎng)格寬度的變化，即所謂色干擾，所述系統(tǒng)幾乎都沒有反應。
以下參照圖4進一步闡述圖3所示電路的工作情況，圖4給出了許多電路中出現(xiàn)的波形。
控制周期包括以下四個測量區(qū)間，每個區(qū)間約100毫秒，在圖4中分別表示為A，B，C和D。
區(qū)間A用與測量區(qū)12′相關的光電管13和15產(chǎn)生的信號作為標準控制紅燈。開關20閉合，開關21打開，開關23和24以1KHz頻率接通和斷開，但要使得開關23斷開時，則開關24閉合，反過來也一樣。于是，紅色和綠色LED交替接通。圖4a表示綠色LED的發(fā)射，圖4b表示紅色LED的發(fā)射。
區(qū)間B使用與測量區(qū)12″相關的光電管14和16產(chǎn)生的信號作為標準控制紅色光;開關20斷開，21閉合，開關23和24繼續(xù)以1KHz頻率接通和斷開。
區(qū)間C測量暗電流和漂移電流;開關20和21都斷開，23閉合，于是LED2不發(fā)射紅光，開關24繼續(xù)以1KHz頻率接通和斷開，于是綠色LLED發(fā)射正常量的綠光。
區(qū)間D使用與測量區(qū)12″相關的光電管14和16產(chǎn)生的信號作為標準控制紅光;開關20斷開，21閉合，23和24以1KHz頻率接通和斷開。
區(qū)間D以后再重復控制周期。
在每個區(qū)間結束時，來自光電管8的信號被轉換成數(shù)字形式并送給微處理器。在每個控制周期內，獲得了關于測量區(qū)12″的兩個測量值和關于測量區(qū)12′的一個測量值。其原因是，可以預料發(fā)生在測量區(qū)12′的可能變化只是一個緩慢的變化，而在測量區(qū)12″必須在最短的時間內確定色變是否已經(jīng)發(fā)生。暗電流和漂移電流的變化同樣也是緩慢的，因此在一個周期內對這些電流進行一次測量就夠了。
在一個控制區(qū)間的開始，與色帶相關的光電管檢測到的紅色和綠色光之比不是1，這樣帶通濾波器32在其輸入端接收一個如圖4c所示的信號，并在其輸出端產(chǎn)生一個如圖4d所示的信號。經(jīng)過開關22后進行同步整流，該開關同樣以1KHz頻率接通和斷開，這樣就獲得一個直流，其極性和幅值取決于光電管分別對紅色和綠色LED發(fā)射光所產(chǎn)生的信號幅值之間的絕對差。經(jīng)過整流的電流由積分電路積分。積分電路的輸出電壓;即放大器35的輸出電壓如圖4e所示。只要與色帶相關的光電管測到的綠光超過紅光，積分電路的輸出電壓將增高;而當測到紅光超過綠光時，輸出電壓將降低。當光電管13、15和14、16分別響應綠光所產(chǎn)生的信號電流與響應紅光的相同時，則1KHz交流電壓不再加于帶通濾波器32，這樣積分電路的輸入電流為0并且其輸出信號保持不變。
通過對整個環(huán)路增益和由電阻34與電容36決定的時間常數(shù)的適當選擇，可以獲得100毫秒?yún)^(qū)間內的穩(wěn)定狀態(tài)，這尤其可以從圖4d和4e清楚地看出。
光電管8直接接收來自紅色LED2的光和來自LED3、3′等的部分綠光，這部分綠光是指通過了濾光器7的部分。來自光電管8的信號如圖4f所示。帶通濾波器50產(chǎn)生一個如圖4g所示的交流輸出電壓，其峰峰值正比于光電管8響應紅光的輸出電流和響應透過綠光的輸出電流之差。在暗電流補嘗區(qū)間C內，紅LED斷開。帶通濾波器50這時產(chǎn)生一個輸出電壓，其峰-峰值正比于光電管響應透過綠光的電流。在只有透過綠光存在時，帶通濾波器50的輸出信號相位相對于對紅光和透過綠光同時響應所產(chǎn)生的信號相位改變180°。這些相位躍變如圖4f和4g所示它們都處在由區(qū)間B到區(qū)間C和從區(qū)間C到區(qū)間D的轉換時刻。
在加法電路41里，來自由開關25、電阻39和電容40組成的同步整流器電路的信號被變成直流電壓，以便使加法器電路的輸出電壓處在模擬-數(shù)字轉換器43的輸入電壓范圍。為此，加法器電路41的第二輸入端與直流電壓源42相連。在電路41的第一輸入端出現(xiàn)的信號如圖4h所示。
由光電管8到加法器電路41輸出端的信號傳輸按下述進行。
光電管8產(chǎn)生一個響應紅光的電流ir和一個響應綠光的電流ig。帶通濾波器50阻止平均分量(ir+ig)/2并將交流電壓分量ir-ig放大到信號電壓U1，其峰-峰值U1＝G(ir-ig)。同步整流器給加法器電路提供一個正的直流電壓U2＝ 1/2 G(ir-ig)。這里，假設在交流電壓信號U1的正半周內開關25閉合，加法器電路41將一個固定的直流電壓U0加到U2，造成一個輸出電壓Us＝ 1/2 G(ir-ig)+U0。這個信號加于模擬倍增電路38，并轉換成數(shù)字形式存入微處理器。
在測量區(qū)間C內，ir＝0，這樣加法器電路41產(chǎn)生一個輸出信號Ud＝ 1/2 G(-ig)+U0。這個信號同樣被轉換成數(shù)字形式存入微處理器。
Us和Ud之差為Us-Ud＝ 1/2 G(ir-ig)+U0- 1/2 G(-ig)-U0＝ 1/2 Gir在控制周期的這三個控制階段的每一個階段內要調節(jié)一個ir值;由于通過綠LED的電流設定在一個固定值，則原則上ig值不變。
對測量區(qū)12′的控制造成信號Us1-Ud＝ 1/2 Gir1，而對測量區(qū)12″的控制，它在每個測量周期有兩次，造成信號Us2-Ud＝ 1/2 Gir2。
色商Q現(xiàn)在可以由Q= (Us1-Ud)/(Us2-Ud) = (ir1)/(ir2) 計算。
在一個給定時間，位于測量區(qū)12′的色帶部分將在約10秒后通過測量區(qū)12″。在確定色商Q= (ir1)/(ir2) 時，取最近的ir2值和10秒前的ir1值。對色帶的同一個部分獲得了Q值，它最恰當?shù)刂甘玖艘粋€給定的色帶部分從測量區(qū)12′位移到測量區(qū)12″期間產(chǎn)生的色變。
盡管該光學系統(tǒng)采取了措施來使紅光和綠光之比對測量區(qū)內的所有色帶部分相等，但由于不是所有的色帶線浸濕部分和所有充滿不同量浸液的色帶網(wǎng)格都以相同的強度和方向反射紅光和綠光，色帶干擾將會發(fā)生。因此，ir的連續(xù)值將有小的變化。為消除這種干擾的影響，當確定色商時，ir1值可以用五個測量值的平均值。中間那個測量值就是標稱的前10秒那個測定值。
微處理器對超過了預定閾值的色商Q產(chǎn)生一個報警信號。這個閾值可以是一個隨溫度變化的值，因為當溫度較高時，10秒后在色帶上形成的有色物比溫度較低時形成的多。
為了探測故障，由電阻34，放大器35和電容36組成的積分電路的輸出信號饋送給模擬倍增電路38和模擬-數(shù)字轉換器43。由于一個元件發(fā)生故障或受外部影響，例如一個光電管發(fā)生故障，使控制電路不能正常工作時，大多數(shù)情況下，積分器的輸出電壓將不再處在正常動態(tài)工作范圍內，這個現(xiàn)象可以利用來使微處理器產(chǎn)生一個故障信號。
上述僅以在氣體檢測中的應用為例介紹了本發(fā)明的色變檢測儀，顯然它也可以應用在其它領域。
權利要求
1.一個對所觀察材料的色變進行檢測的儀器，它包括照明材料的裝置，測量被材料反射的光量的裝置和傳送材料的裝置；其特征在于其照明材料的裝置包括用于發(fā)射第一種色光的第一光源和用于發(fā)射第二種色光的第二光源；設置有一個光學系統(tǒng)，用于將第一和第二光源發(fā)射的部分光分別傳送給分離的第一和第二測量區(qū)，每個測量區(qū)對應有測量材料反射光量的裝置；還設置有直接測量第二光源發(fā)射光量的裝置；交替激勵第一和第二光源電子開關裝置；對所測到的第一和第二光源反射光量響應的電子控制裝置，用以控制第二光源強度使所測的反射光量達到基本相等。
2.根據(jù)權利要求
1所述的儀器，其特征在于設置有計算照明第一測量區(qū)時第二光源發(fā)射光量與照明第二測量區(qū)時第二光源發(fā)射光量之比來確定材料在兩個測量區(qū)的光反射之差的裝置;還設置有當所述比值超過預定值時產(chǎn)生一個報警信號的裝置。
3.根據(jù)權利要求
1和2所述的儀器，其特征在于光學系統(tǒng)適用于將第一和第二光源的發(fā)射光以等光量分別傳遞給第一和第二測量區(qū)。
4.根據(jù)權利要求
1、2、和3所述的儀器，其特征在于光源是光發(fā)射二極管，檢測裝置是硅光電二極管;其中，第一光源顏色是綠色而第二光源顏色是紅色，直接測量第二發(fā)射光量的裝置同樣有一個光電管，它還配有一個最有效地阻止綠光的濾光器。
5.根據(jù)權利要求
4所述的儀器，其特征在于有一個散射器設置在光發(fā)射二極管前面，光發(fā)射二極管和散射器裝在一個帶有一個光闌的室腔內，光發(fā)射二極管的發(fā)射光從該光闌射出;還設有一個物鏡，將從光闌射出的散射光束轉換成平行光束，平行光束的一部分通過其它光學裝置到達兩個測量區(qū)，另一部分投射到直接測量第二光源發(fā)射光量的裝置上。
6.根據(jù)權利要求
4或5所述的儀器，其特征在于有一個紅色光發(fā)射二極管和幾個環(huán)繞紅色光發(fā)射二極管對稱設置的綠色光發(fā)射二極管。
7.根據(jù)權利要求
6所述的儀器，其特征在于n＝6
8.根據(jù)權利要求
1或2所述的儀器，其特征在于開關裝置在一個預定的時間周期內只接通第一光源;直接測量第二光源發(fā)射光量的裝置的輸出信號是對所述裝置的漂移電流和暗電流的一個量度，另外還設有一個存儲器裝置;用于存儲所述輸出信號值。
專利摘要
用于檢測材料色變的儀器包括發(fā)射第一種色光的第一光源和發(fā)射第二種色光的第二光源，用于將兩個光源發(fā)射光的一部分分別投射到分離的第一和第二測量區(qū)上去的光學系統(tǒng)，每個測量區(qū)配有測量材料反射光量的裝置；該儀器還包括交替激勵第一和第二光源的電子開關裝置，傳遞材料的裝置，根據(jù)所測得的第一光源反射光量來控制第二光源強度的裝置，由測得的反射量確定顏色變異的裝置。
文檔編號G01N21/77GK85105916SQ85105916
公開日1987年2月25日 申請日期1985年8月5日
發(fā)明者約翰尼斯·布里默 申請人:老代爾夫特光學工業(yè)有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan