ЭЛЕКТРОННЫЙ КАНАЛ ФЛУОРИМЕТРИЧЕСКОГО ДЕТЕКТОРА Российский патент 2004 года по МПК G01N30/86 

Изобретение относится к области высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Известен электронный канал флуориметрического детектора [1], содержащий фотоэлектронный умножитель и преобразователь тока в напряжение.

Его недостатком является низкая точность, обусловленная аналоговой обработкой информации.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа электронный канал флуориметрического детектора [2], содержащий фотоэлектронный умножитель, преобразователь тока в напряжение, фильтр нижних частот, усилитель, аналого-цифровой преобразователь и микроконтроллер, причем выход фотоэлектронного умножителя через последовательно соединенные преобразователь тока в напряжение, фильтр нижних частот и усилитель соединен с аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя, цифровые входы/выходы которого поразрядно соединены с входами/выходами первого порта микроконтроллера.

Данный электронный канал отличается более высокой точностью, обусловленной применением в нем цифровых методов обработки информации. Однако его недостатком является низкое быстродействие. Причина этого состоит в большой длительности переходного процесса фильтра нижних частот, постоянная времени которого для обеспечения допустимого уровня шумов детектора должна быть не менее нескольких секунд. При этом длительность переходного процесса фильтра и детектора в целом составляет порядка нескольких десятков секунд, что неприемлемо при больших скоростях хроматографического разделения, а также при работе детектора в многоволновом режиме.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении быстродействия детектора при сохранении низкого уровня шумов.

Это достигается тем, что электронный канал флуориметрического детектора, содержащий фотоэлектронный умножитель, преобразователь тока в напряжение, усилитель, аналого-цифровой преобразователь и микроконтроллер, причем выход фотоэлектронного умножителя соединен с входом преобразователя тока в напряжение, цифровые входы/выходы аналого-цифрового преобразователя поразрядно соединены со входами/выходами первого порта микроконтроллера, снабжен умножающим цифро-аналоговым преобразователем, аналоговый вход которого соединен с выходом усилителя, вход которого соединен с выходом преобразователя тока в напряжение, цифровые входы умножающего цифроаналогового преобразователя поразрядно соединены с выходами второго порта микроконтроллера, а выход соединен с аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена структурная схема электронного канала флуориметрического детектора. Устройство содержит фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 1, преобразователь тока в напряжение 2, усилитель 3, умножающий цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 4, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5 и микроконтроллер 6. Выход ФЭУ 1 через последовательно соединенные преобразователь тока в напряжение 2, усилитель 3 и умножающий ЦАП 4 соединен с аналоговым входом АЦП 5, цифровые входы/выходы которого поразрядно соединены с входами/выходами первого порта микроконтроллера 6, выходы второго порта которого поразрядно соединены с цифровыми входами умножающего ЦАП 4.

Электронный канал флуориметрического детектора работает следующим образом. На ФЭУ 1 с оптико-механического блока детектора (на чертеже не показан) подается флуоресцентное излучение анализируемой пробы. ФЭУ 1 преобразует его интенсивность в электрический ток. Преобразователь тока в напряжение 2 преобразует этот ток в электрическое напряжение, которое через усилитель 3 и умножающий ЦАП 4 поступает на АЦП 5. Посредством умножающего ЦАП 4 осуществляется умножение подлежащего аналого-цифровому преобразованию напряжения на ступенчатую помехоподавляющую весовую функцию (ВФ) в соответствии с выражением:

где U₃(t), U₄(t) - выходные напряжения соответственно усилителя 3 и умножающего ЦАП 4;

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 ЦАП 4 с выходов второго порта микроконтроллера 6.

АЦП 5 осуществляет преобразование в цифровой код среднего за интервал времени nТ значения напряжения U₄(t). Числовой эквивалент его выходного кода описывается следующим выражением:

где К - постоянный коэффициент;

w(t) - ВФ, формируемая посредством умножающего ЦАП 5.

Таким образом, числовой эквивалент выходного кода АЦП 5 прямо пропорционален интенсивности флуоресцентного излучения, поступающего на ФЭУ 1.

Микроконтроллер 6 осуществляет управление процессом аналого-цифрового преобразования, а также вычисление энергии флуоресценции по его результатам.

Весовое усреднение преобразуемого сигнала в соответствии с выражениями (1) и (2) при использовании оптимальной помехоподавляющей ВФ [3] позволяет подавить шумы детектора в несколько тысяч раз в диапазоне частот от (2...3)/Т_пп до бесконечности (где Т_пп - длительность переходного процесса детектора). Аналогичное подавление посредством фильтра нижних частот возможно лишь в диапазоне частот от (15...20)/Т_пп. Следовательно, при заданной полосе подавления шумов длительность переходного процесса заявляемого устройства в 5...10 раз меньше, чем у прототипа.

Таким образом, данное устройство позволяет обеспечить существенное повышение быстродействия при сохранении низкого уровня шумов.

Источники информации

1. Приборы для хроматографии / К.И. Сакодынский, В.В. Бражников, С.А. Волков, В.Ю. Зельвенский -М.: Машиностроение, 1987, c.141.

2. Хроматограф жидкостный микроколоночный в блочно-модульном исполнении “Милихром-5”. Руководство по эксплуатации. - Орел: АО “Научприбор”, 1990, c.40-43.

3. B.C. Гутников. Фильтрация измерительных сигналов. - Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1990, c.141.

Использование: изобретение относится к области высокоэффективной жидкостной хроматографии. Сущность: электронный канал флуориметрического детектора содержит фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), преобразователь тока в напряжение, усилитель, умножающий цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), аналогоцифровой преобразователь (АЦП) и микроконтроллер. Выход ФЭУ через последовательно соединенные преобразователь тока в напряжение, усилитель и умножающий ЦАП соединен с аналоговым входом АЦП, цифровые входы/выходы которого поразрядно соединены с входами/выходами первого порта микроконтроллера, выходы второго порта которого поразрядно соединены с цифровыми входами умножающего ЦАП. Технический результат изобретения заключается в повышении быстродействия детектора при сохранении низкого уровня шумов. 1 ил.

Электронный канал флуориметрического детектора, содержащий фотоэлектронный умножитель, преобразователь тока в напряжение, усилитель, аналого-цифровой преобразователь и микроконтроллер, выход фотоэлектронного умножителя соединен с входом преобразователя тока в напряжение, цифровые входы/выходы аналого-цифрового преобразователя поразрядно соединены со входами/выходами первого порта микроконтроллера, отличающийся тем, что он снабжен умножающим цифроаналоговым преобразователем, аналоговый вход которого соединен с выходом усилителя, вход которого соединен с выходом преобразователя тока в напряжение, цифровые входы умножающего цифроаналогового преобразователя поразрядно соединены с выходами второго порта микроконтроллера, а выход соединен с аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя.