УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ГАЗОВЫХ И ЖИДКОСТНЫХ ПРОБ Российский патент 1995 года по МПК G01N21/01 G01N21/13 G01N21/25 G01N21/59 G01N33/48 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в метеорологии для измерения водности облаков и туманов, а также для измерения оптической плотности жидкостных растворов.

Известно устройство для определения характеристик газовых и жидкостных проб [1] содержащее установочный узел для размещения планшета с исследуемыми пробами, один шаговый привод для перемещения установочного узла, считывающий узел, содержащий несколько оптопар (излучатель-фотоприемник) по числу рядов расположения проб на планшете, блок обработки, блок регистрации и управления.

Данное устройство позволяет с высокой производительностью осуществлять исследования большого количества проб, однако при этом оно обладает рядом существенных недостатков, таких как большие габариты, сложность конструкции, обусловленных наличием нескольких оптопар, что способствует и снижению точности, поскольку каждый ряд проб исследуется отдельной оптопарой, характеристики которой (мощность излучения излучателя и чувствительность фотоприемника) могут отличаться от характеристик соседних оптопар.

Наиболее близким к изобретению является устройство для определения характеристик газовых и жидкостных проб [2] содержащее корпус, установочный узел для размещения планшета с пробами, два шаговых привода для перемещения установочного узла по двум взаимоперпендикулярным осям, неподвижный считывающий узел, излучатель и фотоприемник с фильтром, размещенные по разные стороны от плоскости перемещения установочного узла с планшетом. Устройство также содержит блок обработки, блок регистрации и управления.

Недостатки прототипа заключаются в его значительных габаритах и сложной конфигурации, обусловленных использованием узла двухкоординатного перемещения планшета с пробами. Возможность перемещения планшета по двум осям требует в устройстве наличия свободный площадки, равной, по крайней мере, площади четырех планшетов. Подвижность второго шагового привода (перемещаемого вместе с планшетом при работе первого шагового привода) требует сложной системы электроподводки. Также сложной является система центрировки планшетов. Кроме того, при работе устройства не учитывается нестабильность излучателя, что приводит к искажениям результатов. К недостаткам можно отнести неудобную форму представления результатов (распечатка в виде одного столбца) и сложность замены фильтра, который расположен в нижней части корпуса.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в уменьшении габаритов, упрощении конструкции, повышении точности и удобства пользования.

Указанный технический результат достигается за счет того, что согласно изобретению установочный узел снабжен подпружиненным фиксатором, выполненным с возможностью зажима планшета при перемещении установочного узла в сторону считывающего узла, второй шаговый привод жестко установлен на корпусе и связан со считывающим узлом с возможностью перемещения последнего вдоль оси, перпендикулярной оси перемещения установочного узла первым шаговым двигателем, при этом считывающий узел выполнен с дополнительным фотоприемником, оптически сопряженным с излучателем, источник питания которого выполнен регулируемым и его управляющий вход подключен к выходу дополнительного фотоприемника.

Технический результат достигается также тем, что излучатель и основной фотоприемник расположены соответственно снизу и сверху плоскости перемещения установочного узла, а фильтр выполнен съемным, при этом блок регистрации выполнен с возможностью распечатки результатов в виде таблицы, соответствующей расположению проб на планшете.

На фиг.1 изображена внутренняя компоновка узлов устройства; на фиг.2 оптическая схема узла считывания; на фиг.3 показана конструкция установочного узла и механизм перемещения установочного и считывающего узлов.

Устройство имеет нишу, в которой находится установочный узел 1 (фиг.1) для размещения планшета с исследуемыми пробами, индикатор 2, на котором отражаются результаты измерений (номер ячеек, а также информация для оператора при работе в режиме диалога), панель 3 управления с пленочной клавиатурой. Под крышкой 4 расположена обойма со сменным фильтром. На одном из торцов корпуса 5 выполнены разъемы соединения с принтером (не показан) и внешней ЭВМ.

Оптическая схема узла считывания (фиг.2) представляет собой распложенные по оптической оси излучатель 7, диафрагму 8, фильтр 9 (ПС-11),линзу 10, защитное стекло-фильтр 11 (СЗС-23), линзу 12, сменный интерференционный фильтр 13 и измерительный фотоприемник 14. При этом излучающая (позиции 7, 8, 9, 10 и 11) и приемная (позиции 12, 13, 14) части узла считывания расположены, соответственно на двух горизонтальных стержнях U-образного держателя так, чтобы установочный узел планшета 15 с микрокюветами имел возможность перемещения между ними. Излучающая часть узла считывания выполнена с опорным фотоприемником 16, перед которым расположены диафрагма 17 и фильтр 18 (СЗС-23). Фотоприемник 16 оптически сопряжен с излучателем 7 через призму 19. Излучатель подключен к регулируемому источнику питания, управляющий вход которого подключен к опорному фотоприемнику 16. Использование этой обратной связи позволяет обеспечить стабильность яркостных характеристик излучателя и, как следствие, повысить точность.

Устройство скомпановано следующим образом (фиг.1). К основанию корпуса 5 крепится радиатор 20 с установленными на нем трансформатором 21 и платой 22 питания. На основании также установлен блок 23 обработки информации и механизм 24 перемещения. Блок 25 регистрации и управления крепится к пластмассовой крышке 26 устройства, которая, в свою очередь, крепится на основании корпуса 5. Далее корпус устанавливается на пластмассовое дно 27, которое может крепиться к основанию винтами через ножки устройства.

Для перемещения установочного узла планшета 15 и U-образного держателя 28 узла считывания (на фиг.3 показан только верхний стержень U-образного держателя) используются два шаговых привода 29 и 30, каждый из которых жестко связан с корпусом. При этом ходовой винт 31 шагового привода 29 через плавающую гайку 32 связан с установочным узлом планшета 15, который расположен на направляющих 33. Ходовой винт 34 шагового привода 30 перемещает по направляющим 35 U-образный держатель 28. Причем ходовой винт взаимодействует с нижним стержнем U-образного держателя через плавающую гайку (не показана).

Для обеспечения однозначной ориентации планшета 15 в системе координат узла считывания установочный узел планшета 15 снабжен подпружиненным фиксатором 36, который зажимает планшет 15 при перемещении установочного узла в сторону узла считывания. При возвращении установочного узла в исходное положение фиксатор 36 взаимодействует с упором 37, который, надавливая на подпружиненное плечо фиксатора, отжимает его и освобождает планшет.

Для обеспечения удобства замены интерференционного фильтра 13 фотоприемник целесообразно размещать в верхнем стержне U-образного держателя 28, к которому имеется прямой доступ при открывании крышки 4.

Устройство работает следующим образом.

После включения прибора оператор с помощью клавиатуры выбирает одну из имеющихся в приборе программ, устанавливает планшет 15 в установочный узел 1 и нажимает кнопку "Пуск", все остальные операции прибор производит автоматически.

Шаговый привод 29 через винт 31 и гайку 32 перемещает установочный узел с планшетом 15 по направляющим 33. При этом фиксатор 36 выходит из контакта с упором 37 и зажимает планшет. При совмещении оптической оси узла считывания с ячейкой планшета, в которой находится исследуемая проба, включается излучатель и происходит измерение (по принципу вертикальной фотометрии). После сканирования ряда ячеек происходит перемещение U-образного держателя 28 по направляющим 35 с помощью шагового привода 30 и винта 34 на следующий ряд. Далее снова перемещается планшет и идет сканирование второго ряда ячеек и т.д. Непосредственно после измерения всех ячеек планшета происходит распечатка результатов измерений с помощью принтера в виде таблицы, соответствующей расположению проб на планшете, что облегчает поиск интересующей пробы на планшете или результатов измерений ее характеристик на распечатке.

Применение в устройстве взаимонезависимой двухкоординатной системы перемещения позволяет осуществлять сканирование исследуемых образцов лучом диаметром 1 мм с шагом 0,04 мм. Эта особенность прибора допускает использование его при непрерывном сканировании пленочных образцов (фурограмм). Использование этой системы позволяет также сократить в два раза площадь, используемую для перемещения планшета, и упростить систему подключения шаговых приводов (за счет неподвижной установки обоих приводов).

Предлагаемое устройство позволяет производить измерения в следующих режимах работы: измерение оптической плотности относительно воздуха или холостой пробы; определение концентрации анализируемых веществ по заранее известным коэффициентам; определение концентрации анализируемых веществ с использованием стандартных проб; измерение оптической плотности до и после химической реакции с последующим пересчетом в единицы концентрации по известным коэффициентам или с помощью стандартов.

Использование: в приборостроении, в аппаратуре для биохимических анализов. Сущность изобретения: шаговые приводы жестко связаны с корпусом и предназначены для независимого перемещения соответственно установочного узла для размещения планшета с пробами и считывающего узла по двум взаимоперпендикулярным осям. Установочный узел снабжен подпружиненным фиксатором, зажимающим планшет при перемещении установочного узла в сторону узла считывания. Излучатель и фотоприемник расположены соответственно снизу и сверху плоскости перемещения установочного узла. Узел считывания выполнен с дополнительным фотоприемником, по сигналам которого через управляемый источник питания обеспечивается постоянство яркостных характеристик излучателя. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ГАЗОВЫХ И ЖИДКОСТНЫХ ПРОБ, содержащее корпус, установочный узел для размещения планшета с кюветами для исследуемых проб, два шаговых привода, первый из которых жестко установлен на корпусе и выполнен с возможностью перемещения установочного узла вдоль первой оси, считывающий узел, выполненный с размещенными по разные стороны от плоскости перемещения планшета фотоприемником и излучателем, подключенным к источнику питания, фильтр, расположенный перед фотоприемником, соединенным с соответствующим входом блока обработки и блока регистрации и управления, отличающееся тем, что установочный узел снабжен подпружиненным фиксатором, выполненным с возможностью зажима планшета при перемещении установочного узла в сторону считывающего узла, второй шаговый привод жестко установлен на корпусе и связан со считывающим узлом с возможностью его перемещения вдоль второй оси, перпендикулярной первой, при этом излучатель расположен со стороны дна кювет, а фильтр выполнен съемным. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что считывающий узел выполнен с дополнительным фотоприемником, оптически сопряженным с излучателем, источник питания излучателя выполнен регулируемым, а его управляющий вход подключен к выходу дополнительного фотоприемника. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что блок регистрации выполнен с возможностью распечатки результатов в виде таблицы, соответствующей расположению кювет на планшете.