Спосіб визначення складу сипких продуктів та пристрій для його здійснення

1- Способ определения состава сыпучих продуктов, включающий перемещение продукта перед измерительным устройством, проведение оптических измерений в ближней ИК-области и определение состава с учетом калибровочных величин, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что продукт перед измерительным устройством перемещают в виде плотного потока, измерения в ближней ИК-области осуществляют в отраженном от продукта свете в виде отдельных измерений по всему спектру, с временем каждого измерения меньшим 100 мс, а при определении состава продукта используют статистически сформированную среднюю величину отдельных измерений. 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что движением зерновидных, хорошо текучих продуктов перед измерительным устройством управляют и поддерживают его постоянным посредством подающего шнека. 3. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что движением размолотых, плохо текущих продуктов управляют и поддерживают его постоянным посредством вибродозатора. 4. Способ по п. 1 или 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что время отдельного измерения и скорость движения продукта выбирают соответствующими перемещению продукта за время отдельного измерения менее чем на 1/10 длины зерна. 5. Способ по любому из пп.1-4, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что регистрацию отдельных измерений по всему спектру осуществляют одновременно с помощью диодной матрицы. 6. Способ по любому из п п . 1-4, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что отдельные измерения проводят последовательно для выбранных длин волн, после чего проводят статистическую оценку измеренных величин. 7. Способ по любому из пп.1-6, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что поток продукта замедляют и подводят к измерительному устройству вертикально с заранее выбранной скоростью. 8. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что поток продукта замедляют посредством основного или байпасного трубопроводов за счет саморегулирования расхода. 9. Способ по любому из пп. 7-8, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что для определения расхода продукта в производственной линии используют замедление потока. 10. Устройство для определения состава сыпучих продуктов, содержащее оптическую систему измерения в ближней ИК-области, включающую источник излучения и светоприемник, основной и байпасный трубопроводы, в одном из которых расположен измерительный к» 00 о 26984 участок, и средство для перемещения продукта в трубопроводах, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что система измерения выполнена с возможностью измерения в потоке продукта и получения измерительных снимков с длительностью отдельного измерения менее 100 мс и • снабжена блоком для статистического определения средней величины отдельных измерений, при этом светоприем-ник выполнен в виде диодной матрицы для одновременной регистрации отдельных участков спектра. 11. Устройство по п.10д о т л и ч а ю щ е е с я тем, что средство для перемещения продукта в трубопроводах выполнено управляемым. 12. Устройство по п. 10, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оптическая система измерений снабжена светофильтрами, установленными между источником излучения и светоприемником и выполненными с возможностью вращения со скоростью более 10 об/сек и предназначенными для последовательного выделения отдельных участков спектра. Изобретение относится к способу поточного определения состава сыпучих продуктов непосредственно в потоке продуктов и устройству для его осуществления. За прототип заявляемого изобретения принят способ определения состава сыпучих продуктов в потоке продуктов, включающий перемещение продуктов перед измерительным устройством, проведение оптических измерений в ближней ИК-области и определение состава с учетом калибровочных величин, В качестве прототипа заявляемого изобретения принято также устройство для определения состава сыпучих продуктов в потоке продуктов, содержащее оптическую систему измерения в ближней ИКобласти, включающую источник излучения и светоприемник, основной и байпасный трубопроводы, в одном из которых расположен измерительный участок, и средство для перемещения продукта в трубопроводах. Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает возможность измерения содержания в целых зернах, например, протеина, а содержание воды целых, зерен нужно определять емкостным путем или с помощью микроволновой измерительной техники. Помимо этого, содержание протеина в целых зернах должно определяться в лаборатории. Кроме того, до сегодняшнего дня для поточного измерения содержания мельничных полуфабрикатов применяются многочисленные специальные измерительные устройства (on-line), определяющие, например, цвет полуфабриката. В каждом случае требуется калибровка с помощью калибровочного образца, чтобы можно было исключить все мешающие параметры. Особенно мешающим фактором является то, что на одном и том же предприятии, например мельнице, используется 3-5 принципиально различных диапазона излучений от гамма лучей до микроволн, и поэтому результаты измерений многократно невозможно сравнить, тогда как продукт (вначале целые зерна, потом их части и, наконец, мука) в принципе один и тот же. Недостаток известного устройства заключается в невозможности определения состава сыпучих продуктов в целых зернах, а также в необходимости постоянного отбора проб из потока продуктов для определения содержания в них составляющих компонентов. В основу изобретения поставлена задача упрощения и повышения точности измерения способа поточного определения состава сыпучих продуктов путем осуществления отдельных измерений в ближней ИК-области за минимально короткие временные интервалы и определения действительного показателя состава продуктов как средней статистической величины из всего арсенала произведенных измерений, что позволяет осуществлять регистрацию измерений по всему спектру и таким образом определять состав и цвет сыпучих продуктов на фазе целых зерен в процессе движения без необходимости отбора проб из потока продуктов и использования измерительной техники и калибровочных образцов. В основу изобретения поставлена также задача повышения эффективности работы устройства для поточного определения состава сыпучих продуктов путем оп 5 10 15 20 25 Зо 35 26984 тимизации конструкции системы измерения для получения снимков с минимальной длительностью отдельных измерений и оснащения его блоком статистического определения средней величины, что позволяет осуществлять регистрацию измерений по всему спектру и таким образом определять состав и цвет сыпучих продуктов на фазе целых зерен в процессе движения, без необходимости отбора проб из потока продуктов и использования микроволновой измерительной техники и калибровочных образцов. Поставленная задача решается тем, что в способе определения состава сыпучих продуктов в потоке продуктов, включающем перемещение продукта перед измерительным устройством, проведение оптических измерений в ближней ИК-области и определение состава с учетом калибровочных величин, согласно изобретению, продукт перед измерительным устройством перемещают в виде плотного потока, измерения в ближней ИК-области осуществляют в отраженном от продукта свете в виде отдельных измерений по всему спектру, с временем каждого измерения меньшим 100 мс, а при определении состава продукта используют статистически сформированную среднюю величину отдельных измерений. При этом движением зерновидных, хорошо текучих продуктов перед измерительным устройством управляют и поддерживают его постоянным посредством подающего шнека, а движением размолотых, плохо текучих продуктов управляют и поддерживают его постоянным посредством вибродозатора. Время отдельного измерения и скорость движения продукта выбирают соответствующими перемещению продукта за время отдельного измерения менее чем на 1/10 длины зерна, а регистрацию отдельных измерений по всему спектру осуществляют одновременно с помощью диодной матрицы, при этом отдельные измерения проводят последовательно для выбранных длин волн, после чего проводят статистическую оценку измеренных величин. Кроме того, поток продукта преимущественно замедляют и подводят к измерительному устройству вертикально с заранее выбранной скоростью. Кроме того, поток продукта замедляют посредством основного или байпасного трубопровода за счет саморегулирования расхода, а замедление потока используют для определения расхода продукта в производственной линии. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Поставленная задача достигается также за счет того, что в устройстве для определения состава сыпучих продуктов в потоке продуктов, содержащем оптическую систему измерения в ближней ИКобласти, включающую источник излучения и светоприемник, основной и байпасный трубопроводы, в одном из которых расположен измерительный участок, и средство для перемещения продукта в трубопроводах, согласно изобретению, система измерения выполнена с возможностью получения измерительных снимков с длительностью отдельного измерения менее 100 мс и снабжена блоком для статистического определения средней величины отдельных измерений, при этом светоприемник выполнен в виде диодной матрицы для одновременной регистрации отдельных участков спектра. Согласно предпочтительному примеру выполнения средство для перемещения продукта в трубопроводах выполнено управляемым. Кроме того, также предпочтительно, чтобы оптическая система измерений была снабжена светофильтрами, установленными между источником излучения и светоприемником и выполненными с возможностью вращения со скоростью более 10 об/сек и предназначенными для последовательного выделения отдельных участков спектра. То, что при обычных применениях оптического метода измерений в ближней ИК-области является вредным, теперь, наоборот, используется как преимущество, когда продукт предпочтительно передвигается перед измерительным устройством или проходит мимо него. В мельничном производстве продукт в процессе переработки все время находится в движении, что в данном случае служит основой измерения за счет того, что при статистической обработке используется большое число из примерно 10-15 измерений, а предпочтительно более 30, как от меняющихся проб продукта, так и во времени, и из этого рассчитываются желаемые средние величины. Это позволяет при отклонениях от заданной величины в потоке продукта или на отдельных этапах производства обнаружить их в течение нескольких секунд и вмешаться в процесс. Регистрация отдельных измерений по всему спектру одновременно помощью диодной матрицы позволяет повысить точность измерения, и, кроме того, при измерении главные элементы измерительного устройства остаются неподвижными. 26984 Перемещение продукта на 1/10 величины зерна за время отдельного измерения, составляющее менее 100 мс, позволяет осуществить регистрацию большого количества произведенных измерений по 5 всему спектру, что дает возможность оперировать существенной базой данных при определении среднестатистических показателей состава продукта. Чем больше арсенал произведенных измерений, тем 10 точнее среднестатистический показатель. Таким образом, проведение измерений согласно заявляемому способу и обработка результатов этих измерений в блоке статистического определения средней 15 величины заявляемого устройства обеспечивает получение максимально точных показателей состава и цвета продукта не только в размолотом состоянии, но и на фазе зерна. 20 , На фиг.1 схематически изображено устройство измерения с обработкой измеренных величин; на фиг.2 - измерительное устройство в увеличенном масштабе; на фиг 3 - участок измерения, при- 25 годный для измерения как для целых зерен, так и для продукта с плохой текучестью; на фиг.4 - известный принцип измерения с диодной матрицей; на фиг.5 - пример выполнения измерительного уст- 30 ройства для ближней ИК-области на принципе диодной матрицы; на фиг.6 - измерительный участок предпочтительно для мукообразных продуктов; на фиг.7 - группа измерительных участков для примера 35 выполнения согласно фиг.З или фиг.6; на фиг.8"- известный спектр поглощения ближней ИК-области; на фиг.9 - эскизное изображение неудобного в производстве измерения на произвольном продукте; на 40 фиг. 10 - принцип измерения согласно известному уровню техники. Измерительное устройство 1 с оптической системой в измерительной головке 2 прямо установлено над пробой ма- 45 териала Рг (фиг.1). К измерительному устройству 1 подключена местная электронная часть 3 с блоком преобразователя для передачи сигналов 4,5, соединенные с блоком ком- 50 пьютера PC 6. Фиг.1 представляет картинку в движении: продукт непрерывно движется справа налево по стрелке BW. Измерительная головка 2 показана над новой частью продукта Prv Pr2t Рг3, Рг4, 55 Рг5, Ргх. Проба материала Рг движется перед неподвижной измерительной головкой 2. В моменты времени tv t 2 , t 3 , tA> t 5 , t^ производят по одному измерению M ] t М г , M 3 , M 4 t M s , Мм. Важным является то, 8 чтобы требуемое время для каждого измерения М,, М 2 и т д . было бы минимально возможным, типа снимка при лампе-вспышке. Отдельные снимки М,, М 2 , М3, ... М х через оптику проецируются на местное электронное устройство и выдаются на компьютер PC для статистического формирования среднего значения, например, за временной интервал менее 10 с. Количество измерений для формирования средней величины может быть (в зависимости от поставленной задачи) от нескольких десятков до сотен. Поточное измерение подразумевает то, что продукт измеряется в перерабатывающей установке или собственно в транспортировочных трубопроводах, или активно в транспортной байпасной линии. Здесь пробы не отбираются, а в наибольшей степени ответвляются и вновь возвращаются в основную линию производства. Общие проблемы здесь известны. При отборе образца встает вопрос, насколько он соответствует поточному измерению в линии производства, место замера пробы особенно важно. На фиг 2 показана оптическая система измерения в ближней ИК-области в увеличенном масштабе, которая содержит источник света 7. Измерительное устройство имеет также эллипсоидное зеркало (рефлектор) 8, фильтровое колесо 9 с моторным приводом 10, далее шар Ульбрихта 11, светоприемник 12, а также пробу продукта Рг, которая отделена от измерительного устройства 1 окном 13 и сравнивается с образцом для калибровки. Существенным является то, что фильтровое колесо вращается с относительно высокими оборотами - более 10, а предпочтительно более 25 оборотов в секунду, и по окружности его расположено большое количество светофильтров, которыми соответственно охватывается весь искомый спектр света. На фиг.З показано все устройство измерительного участка согласно изобретению, которое является частью продуктопровода 14 или 15 производственной линии и имеет вверху штуцер подвода продукта 16, а внизу - штуцер вывода продукта 17. Измерительный участок 18 разделен на главный продуктопровод 19 и байпасный трубопровод 20. Главный продуктопровод 19 по сечению примерно равен сечению продуктопровода 14 или 15, так что при максимально возможном расходе весь продукт может проходить по главному продуктопроводу 19. Чтобы при 26984 нудительно пропустить часть продукта по байпасному трубопроводу, на разветвлении главного продуктопровода 19 и байпасного трубопровода 20 поставлен задерживающий дефлектор 21. Подача плотного потока продукта в области измерительной головки 2 обеспечивается управляемым выходным шнеком 22. Выходной шнек обеспечивает одновременно за счет выбора определенного числа оборотов непрерывное опускание продукта в байпасном трубопроводе 20, являющемся измерительным каналом. За счет этого обеспечивается управляемая и выбираемая заранее скорость BW продукта, так что нужное движение продукта можно обеспечить во всех случаях. Важным в измерительном участке является то, что в противоположность существовавшему ранее мнению, это решение дает весьма хорошие результаты как для легкосыпучих материалов, так и для целых зерен злаков, хотя задумано было устройство для мукообразных продуктов, для их принудительного возвращения из измерительного трубопровода в основной трубопровод 19. Выходной шнек приводится предпочтительно бесступенчато управляемым приводным двигателем 23 от компьютерного блока 6. Фиг.4 показывает применение принципа диодной матрицы, причем устройство имеет измерительный канал продукта 24, источник света 7 и детектор в виде диодной матрицы 25. По принципу диодной матрицы можно производить измерение одновременно на всех желаемых длинах волн. Подлежащий анализу свет с помощью полихроматора 26 или дисперсионного элемента раскладывается на местный спектр и направляется на диодную матрицу 25. При этом количеством светочувствительных диодов можно выбрать разрешающую способность по длине волны. Полихроматор 26 (например, голографическая решетка) может быть помещен в одном корпусе с детекторной диодной матрицей. Большое преимущество этого принципа заключается в том, что не требуется подвижных частей, кроме, может быть, подвижного зеркала для ввода опорного луча. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Фиг.9 показывает несколько более конкретный пример выполнения измерительного устройства для измерения в 55 ближней ИК-области, работающего по принципу диодной матрицы. При этом применяются два модуля: модуль 27 для источника света и сенсорный модуль 28. Сенсорный модуль 28 имеет две гологра 10 фические решетки 29 и 30, а также две диодные матрицы 31 и 32. Световод 33 соединен с измерительной головкой 34, расположенной на соотвеїствующєм месте канала проб 24. Световод 33, показанный в виде изогнутого прерванного проводника, изготовляется предпочтительно в виде стекло вол око ни ого (фиберглассового) световода. Для получения однозначных отдельных сигналов применяется преимущественно в качестве прерывателя диск с отверстиями 35 для прерывания светового сигнала в зоне световода 33. В качестве источника 7 света может применяться, например, вольфрамовая галогенная лампа, при этом световой сигнал также подводится через световод 36 к пробе. Канал проб 34 имеет показанное только схематично устройство задержки или дозирования, например, в виде вибрирующей решетки 37, а также датчик контроля за уровнем, обозначенный стрелкой 38. Преимущество такого устройства состоит в том, что оба модуля 27 и 28 могут устанавливаться независимо друг от друга и на расстоянии от канала проб 24. Измерительный участок 18 со шнековым дозатором 22, 23 согласно фиг.6 применяется преимущественно для зерновидного продукта. Фиг.6 показывает измерительный участок, применяемый предпочтительно для размолотых продуктов. Однако в обоих случаях может применяться та же измерительная техника и оптика, так как изменяется только подача проб в соответствии с текучестью продукта. Измерительный участок, в зависимости от требуемых условий, может быть главным трубопроводом или байпасным трубопроводом, дозировка выхода из канала проб 24 производится с помощью установленного внутри него конусного вибратора 39, управляемого счетным устройством 5. Конусный вибратор 39 предпочтительно подвешивается, при этом его можно устанавливать на различной высоте для того, чтобы контролировать сыпучий продукт при всех режимах работы. Предпочтительной является скорость потока измерительной пробы, равная 0,52 см/с. С помощью контрольного окна 40 можно следить за перемещением продукта, регулируя его с помощью конусного вибратора 39. Фиг.7 показывает целую группу измерительных участков для примерз по фиг.6 или фиг.9 для каждого из специфических продуктов на мельнице, от засыпки через очистку и подготовку к помолу до контро 11 26984 ля за готовым продуктом в виде муки или крупы. Все измерительные участки через общую шину 41 подключены к центральному вычислительному устройству 42, так что соответствующие сигналы централи 5 зовано обрабатываются и выдаются соответствующие сигналы управления к рабочим устройствам. Фиг. 8 показывает известный спектр поглощения мукообразного материала. По 10 паре значений внесены для воды и протеина, причем в этом примере величины для воды находятся выше 1900 нм, а для протеина - выше 2200 нм. В зависимости от степени разработ- 15 ки измерительного устройства величины для воды и протеина или содержания воды и протеина могут определяться одновременно или последовательно во времени, например, посредством выбора соот- 20 ветствующих светофильтров. На фиг.9 показано, что исследования с новым изобретением подтвердили тот опыт, что измеренные величины на произвольно рассыпанной куче не дают пред- 25 ставлення об истинной величине продукта как такового, так как каждое изменение формы кучи дает ошибку в измерении. На фиг. 10 по*казан известный способ для управляемого уплотнения пробы из- 30 меряемого материала. Этот способ успешно применим лишь для мукообразных материалов. 12 Измерительный участок зернового продукта может применяться, например, для измерения качественных показателей с целью осуществления входного контроля. Второй измерительный участок при* меняется, например, для измерения влажности перед смачиванием, при этом через устройство смачивания 43 подается в зерно необходимое количество воды и контролируется весами 44. С помощью измерительного участка муки 45 может измеряться, например, содержание протеина и для поддержания заданного значения добавляться в муку через смеситель 46 клейковина. Поток муки может также измеряться мучными весами. Во всех примерах выполнения измерительному устройству может быть приданполный компьютерный блок или же несколько измерительных устройств для измерения в ближней ИК-области могут быть приданы одному компьютерному блоку. В зависимости от конкретного случая применения может быть предпочтительно для получения надежного результата усреднение за одну секунду, 10 секунд или даже 10 минут для определения содержания компонент. В особенности для целей регулирования секундный интервал усреднения имеет большое преимущество, тогда как для целей контроля качества предпочтительным является усреднение в течение более длительного интервала времени. б Фиг. 1 26984 Фиг. 5 Фиг. 7 со s о о -a [II со х X -a эз ел •ь о CD Ш X е В о е S1 Г X CD • о 45 I (D о к > •D S О О тз w о о о X •о CD і Ш со да m г~ гп to о О • о g ю g* 9 о I co-s е X X о ЛЗ О1 о о і' о о о о -^ дз о CO о — _ < \ го О1 со / Ret. (WATER) ко о о L і ні». Г1" ?— зэ го о о • д ABSORPTIVITY --/ ) WATER PROTEIN Re.l PROTEIN)