Светооптические первичные преобразователи
Основным элементом измерительной цепи, определяющим структуру ПрИС, является первичный преобразователь (ПП). Разнообразные задачи бесконтактного измерения геометрических размеров древесного сырья и лесопродукции решаются на основе многоэлементных светооптических преобразователей, реализованных на фоторезисторах (ФР), фотодиодах (ФД), фототранзисторах (ФТ), элементах с лазерным излучением, приборах с зарядовой связью: линейные (ПЗС-Л), матричные (ПЗС-М). Первичные преобразователи на основе излучения параллельных лучей на базе ФР, ФД, ФТ показаны на рис. 3.4. Оптическая система фотоэлектрического преобразователя (рис.3.4а) включает: источники света 1, конденсоры 2, объективы 3, фотоприёмники 4. При перемещении объекта измерения 5 часть световых лучей перекрывается. По числу затенённых фотоприёмников можно судить о параметрах объекта. Особенностью преобразователя на рис. 3.4в является отсутствие конденсоров и объективов. Измерительные оптические лучи формируются с помощью удлинённых каналов 3. Источник света в виде линейки 1 и линейки фотоприемников 2. Первичные преобразователи с применением параболических зеркал показаны на рис. 3.4б, г, д, е. На рис. 3.4г представлен ПП, у которого осветитель выполнен на базе параболического зеркала 2 с использованием источника света 1. В результате формируются горизонтальные лучи, попадающие на фотоприёмники 3. Преобразователь с лазерным излучателем показан на рис. 3.4а. Луч лазерного излучателя 1 направлен на вращающуюся призму 2, которая находится в фокусе параболического зеркала 3. При отражении от граней призмы луч совершает угловое сканирование. Отражённый от зеркала луч совершает параллельное сканирование по фотолинейке 4. Количество затемнённых фотоприёмников в течение периода сканирования соответствует размеру объекта. Преобразователь на рис. 3.4еимеет осветитель в виде лампы накаливания 1, расположенной в фокусе параболического зеркала 2. Горизонтальные лучи попадают на линейку, образованную торцами светопроводников 3. Вторые концы светопроводников вставлены в отверстия цилиндрического кольца 4. В середине кольца находится светодиод 5, связанный с валом электродвигателя и направлен на фотоприемник. О размере можно судить по количеству затемненных светопроводников.
|
|
|
Целый ряд измерителей геометрических размеров разработан на базе твердотельных ПП. Перспективными являются ПП на базе приборов с зарядовой связью (ПЗС), действие которых основано на формировании и эффективном переносе дискретных фотогенерированных зарядовых пакетов по поверхности или внутри полупроводникового материала. В линейном ПЗС фоточувствительные элементы расположены в один ряд (рис. 3.5а). За один период интегрирования в электрический сигнал преобразуется одна строка оптического изображения. Заряды пакетов формируются в фоточувствительных элементах линейной секции накопления 1. На разрешающий затвор 3 поступает отпирающее напряжение, и вся картина заряда в параллельной форме передаётся в соответствующие элементы регистров сдвига 4.
|
|
|
1 
4 
2 5 a) 3 б)
в) г)
д) е)
|
|
|
Рис.3.4. Первичные преобразователи на основе фоторезисторов, фотодиодов, фототранзисторов и лазерных излучателей: а, б, в- первичные преобразователи на основе излучения параллельных лучей; г, д, е – первичные преобразователи с применением параболических зеркал.
На следующем периоде накопления формируется новая картина зарядовых пакетов, а предыдущие пакеты последовательно передаются с регистров сдвига на выходные устройства 2, 5.
Измерение профиля с помощью линейного ПЗС показано на рис. 3.5в. В матричном ПЗС фоточувствительные элементы организованы в матрицу по строкам и столбцам (рис. 3.5a). За один период интегрирования матричный ПЗС преобразует в электрический сигнал один кадр оптического изображения.
4 1 2 1 2 1 2
|
|
|
2
3
5
1
3
| 3 |
4 а)
б)
2
1 3 4
2
3 2 1 1
в) г) д)
Рис.3. 5. Первичные преобразователи на базе приборов с зарядовой связью (ПЗС):
а – линейные ПЗС; б – матричные ПЗС; в – измерение профиля с помощью
линейного ПЗС; г – измерение на просвет; д – измерение в отражённом свете.
В состав преобразователя входит секция накопления 1, секция хранения 2, выходной регистр сдвига 3. Измерители на базе ПЗС могут работать на просвет (рис. 3.5г) и в отражённом свете (рис. 3.5д). В первом случае осветитель 1 устанавливается с одной стороны подающего транспортёра, а преобразователь 2 с противоположной стороны таким образом, чтобы свет от осветителя, при отсутствии объекта 3, попадал через объектив на фоточувствительные элементы линейной секции накопления. Во втором случае осветители 3 установлены с двух сторон преобразователя 4. В процессе перемещения объекта измерения 1 транспортёром 2 отражённый от объекта свет попадает на фоточувствительные элементы. Выбор режимов работы, на просвет или в отражённом свете определяется условиями конкретного технологического потока. Разработан также целый ряд измерителей на базе ультразвуковых и радиационных преобразователей [54, 55]. Варианты и количество ПП определяется множеством условий, параметров и признаков технологического процесса обработки древесного сырья. Для выбора уравнения и структуры процессорных измерительных средств, оптимального варианта первичных преобразователей и числа ПрИС необходима структурная модель, определяющая формализованный переход от параметров и признаков технологического процесса к выбору уравнения и структуры ПрИС, с последующим выбором оптимального варианта первичных преобразователей и числа ПрИС.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 327; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!