ЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО ДЕТЕКТОРА Российский патент 2004 года по МПК G01N30/86 G01J1/44 

Изобретение относится к области высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Известен электронный блок фотометрического детектора [1], содержащий рабочий фотоприемник, опорный фотоприемник, преобразователь тока рабочего фотоприемника в напряжение, преобразователь тока опорного фотоприемника в напряжение, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь и микроконтроллер.

Его недостатками являются высокий уровень погрешности и дрейфа, обусловленные невозможностью идеального согласования характеристик рабочего и опорного фотоприемников.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа электронный блок фотометрического детектора [2], содержащий фотоприемник, преобразователь тока фотоприемника в напряжение, аналого-цифровой преобразователь и микроконтроллер, причем выход фотоприемника соединен со входом преобразователя тока фотоприемника в напряжение, выход которого соединен с аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя, цифровые входы/выходы которого поразрядно соединены со входами/выходами первого порта микроконтроллера.

Данный электронный блок отличается малыми значениями погрешности и дрейфа, так как и рабочий, и опорный световой поток поочередно подаются на один и тот же фотоприемник. Однако его недостатком является слабое подавление низкочастотных шумов фотоприемника, обусловленное тем, что частоты среза преобразователя тока фотоприемника в напряжение и аналоговой части аналого-цифрового преобразователя должны быть существенно выше частоты модуляции светового потока (типовое значение которой равно 12,5 Гц).

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в снижении уровня шумов при сохранении малых значений погрешности и дрейфа.

Это достигается тем, что электронный блок фотометрического детектора, содержащий фотоприемник, преобразователь тока фотоприемника в напряжение, аналого-цифровой преобразователь и микроконтроллер, причем выход фотоприемника соединен со входом преобразователя тока фотоприемника в напряжение, а цифровые входы/выходы аналогоцифрового преобразователя поразрядно соединены со входами/выходами первого порта микроконтроллера, снабжен умножающим цифроаналоговым преобразователем, аналоговый вход которого соединен с выходом преобразователя тока в напряжение, цифровые входы поразрядно соединены с выходами второго порта микроконтроллера, а выход соединен с аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя.

Сущность изобретения поясняется чертежем, на котором приведена структурная схема электронного блока фотометрического детектора. Устройство содержит фотоприемник 1, преобразователь тока фотоприемника в напряжение 2, умножающий цифроаналоговый преобразователь 3, аналого-цифровой преобразователь 4 и микроконтроллер 5, входы/выходы первого порта которого поразрядно соединены с цифровыми входами/выходами аналого-цифрового преобразователя 4, аналоговый вход которого соединен с выходом умножающего цифроаналогового преобразователя 3, цифровые входы которого поразрядно соединены с выходами второго порта микроконтроллера 5, а аналоговый вход соединен с выходом преобразователя тока фотоприемника в напряжение 2, вход которого соединен с выходом фотоприемника 1.

Электронный блок фотометрического детектора работает следующим образом. С помощью оптико-механического блока детектора (не показан) на фотоприемник 1 поочередно подаются рабочий и опорный световые потоки. Он преобразует их интенсивности в электрический ток. Преобразователь тока фотоприемника в напряжение 2 преобразует этот ток в электрическое напряжение, которое через умножающий цифроаналоговый преобразователь 3 поступает на аналого-цифровой преобразователь 4. Посредством умножающего цифроаналогового преобразователя 3 осуществляется умножение подлежащего аналого-цифровому преобразованию напряжения на ступенчатую помехоподавляющую весовую функцию (ВФ) в соответствии с выражением

где U₂(t), U₃(t) - выходные напряжения соответственно преобразователя тока фотоприемника в напряжение 2 и умножающего цифроаналогового преобразователя 3;

n - количество ступеней ВФ;

δ_i(t) - единичная функция, равная 1 при (i-1)Т<t≤iT и 0 в противном случае;

w_i - весовые коэффициенты, равные значениям ВФ в моменты времени iT (где Т - длительность ее ступени).

При этом весовые коэффициенты w_i подаются на цифровые входы умножающего цифроаналогового преобразователя 3 с выходов второго порта микроконтроллера 5.

Аналого-цифровой преобразователь 4 осуществляет преобразование в цифровой код среднего за интервал времени nТ значения напряжения U₃(t). Числовой эквивалент его выходного кода описывается следующим выражением:

где К - постоянный коэффициент;

w(t) - ВФ, формируемая посредством умножающего цифроаналогового преобразователя 3.

Управление процессом аналого-цифрового преобразования осуществляется посредством микроконтроллера 5. Он также синхронизирует начала циклов формирования ВФ и аналого-цифрового преобразования с моментами переключения светового потока. Таким образом, числовой эквивалент выходного кода аналого-цифрового преобразователя 4 прямо пропорционален интенсивности светового потока, поступавшего на фотоприемник 1 во время текущего цикла преобразования.

Результаты аналого-цифрового преобразования интенсивностей рабочего и опорного световых потоков поступают в микроконтроллер, посредством которого вычисляется оптическая плотность.

Весовое усреднение преобразуемого сигнала в соответствии с выражениями (1) и (2) при использовании оптимальной помехоподавляющей ВФ [3] позволяет подавить шумы фотоприемника 1 в несколько тысяч раз в диапазоне частот от (2...3)/Т_П до бесконечности (где Тп - длительность интервала подачи рабочего или опорного светового потока на вход фотоприемника 1). Аналогичное подавление в отсутствие весового усреднения за счет фильтрующих свойств преобразователя тока фотоприемника в напряжение 2 и аналого-цифрового преобразователя 4 возможно лишь в диапазоне частот от (30...40)/Т_П.

Таким образом, данное устройство позволяет обеспечить существенное снижение уровня шумов при сохранении возможности модуляции светового потока, а следовательно, малых значений погрешности и дрейфа.

Изобретение относится к области высокоэффективной жидкостной хроматографии. Сущность: электронный блок фотометрического детектора содержит фотоприемник, преобразователь тока фотоприемника в напряжение, умножающий цифроаналоговый преобразователь, аналого-цифровой преобразователь и микроконтроллер. Входы/выходы первого порта микроконтроллера поразрядно соединены с цифровыми входами/выходами аналого-цифрового преобразователя, аналоговый вход которого соединен с выходом умножающего цифроаналогового преобразователя, цифровые входы которого поразрядно соединены с выходами второго порта микроконтроллера, а аналоговый вход соединен с выходом преобразователя тока фотоприемника в напряжение, вход которого соединен с выходом фотоприемника. Технический результат - уменьшение уровня шумов при сохранении малых значений погрешности и дрейфа. 1 ил.

Электронный блок фотометрического детектора, содержащий фотоприемник, преобразователь тока фотоприемника в напряжение, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, входы/выходы первого порта которого поразрядно соединены с цифровыми входами/выходами аналого-цифрового преобразователя, выход фотоприемника соединен со входом преобразователя тока фотоприемника в напряжение, отличающийся тем, что он снабжен умножающим цифроаналоговым преобразователем, аналоговый вход которого соединен с выходом преобразователя тока в напряжение, цифровые входы поразрядно соединены с выходами второго порта микроконтроллера, а выход соединен с аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя.