Автоматический рефрактометр Советский патент 1983 года по МПК G01N21/43 

4 00 О1

ю

со

Изобретение относится к технике оптических измерений и может быть использовано в микробиологической, MejmuHHCKOH, химической, пищевой и ряде других промыишешюстей для измерения показателя преломления питательных сред, культуралышх жидкостей, мутных и истшных растворов.

Известны автоматические рефрактометры для определения показателя преломления различных сред,

Известен автоматический рефрактометр, содержащий щеточник света, функ щ6нальный преобразователь, устройство разделения светового пучка и фотоприемник, к выходу которого подключена злектрическая схема 1.

Недостатком этого рефрактометра является невозможность измерения показателя преломления мутных сред.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является рефрактометр, содержащий последовательно установленные источник света с блоком питания, светоделитель, модулятор, два канала, в первом из которых установлена измерительная, а во втором - сравнительная кюветы, фотоприемник, к выходу которого подключена злектрическая схема. В каждом канале рефрактометра содержится также призма соприкасающаяся с образцовой или анализируемой /(сидкостью, и линза для фокусировки луча, поступающего от модулятора в одну точку отражающей поверхности первой или В7орой жидкостей. Фотоприемник содержит два фотозлемента. Свет, поступающий от источника разделяется на два луча и с помощью модулятора, выполненного в виде вращающегося зеркала, пооче- . редно направляется в два канала, проходит через фокусирующие линзы, призмы и отражается от поверхности жидкостей в кюветах.

Величи1га отраженного света фиксируется фотозлементами, сигналы от которых обрабатываются злектрической схемой, выполненой в виде время-импульсного преобразователя 2.

Недостатком известного рефрактометра яв-ляется недостаточная точность измерения, вызванная отсутствием компенсации погреииностей, обусловлстшых нестабильностью света и коэффициентов передата двух фотоэлементов

Целью изобретения является повыщение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что автоматический рефрактометр для исследования мутных сред, содержащий .последовательно , установленные источник света с блоком питания, светоделитель, модулятор, два канала, в первом из которых установлена измерительная, а во втором - сравнительная кюветы, фотоприемник, к выходу которого подключена злектрическая схема, дополнительно содержит третий канал для прохождения части светового

пучка от истошика света на фотоприемник, а электрическая схема включает в себя схемы разделения сигналов от каждого из трех каналов, три устройства памяти, два линейных преобразователя шш преобразования сигналов от первого и второго каналов, схему вычитания, подключенную к .выходам линейных преобразователей, источник опорного напряжения, интегратор, регулятор режима блока питания источника света и схему сравнения сигнала от третьего канала с опорным напряжением, при этом схема сравнения соединена с источником света через интегратор и регулятор режима блока питания источника света.

На чертеже представлена функ1щональная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит источник 1 света, зеркала 2, фокусирующие устройства 3, коллиматор 4, модулятор 5, светофильтры 6, проточные стержневые кюветы 7 (эталонную и измерительную), световоды 8, фотоприемник 9, блок 10 синхронизации, блок 11 разделения каналов, блоки 12 памяти, масщтабные усилители 13, выполняющие роль линейных преобразователей амплитуд с регулируемым коэффициентом преобразования, схему 14 вычитания, схему 15 сравнения, интегратор 16, управляемый блок 17 питания, термодатчики 18, схему 19 сравнеЩ Я, блок 20 управления температуры эталонной жидкости.

Устройство работает следующим образом.

Свет от источника 1 света, отражаясь от зеркал 2, попадает в фокусирующие устройства 3 и коллиматор 4, а при выходе модулируется модулятором 5. Далее, -пройдя светофильтры 6, вырезающие заданный (рабочий) спектральный интервал, один из световых потоков проходит через проточную стержневую кювету 7 с анализируемой средой, другой - через стержневую кювету 7, заполненную эталонной жидкостью.

Свет, прошедЩий через стержневые кюветы, а также свет третьего светового канала с помощью световодов 8 собирается на фотоприемник 9, преобразующий световые сигналы в электрические.

В момент прохождения модулированного светового потока по каждому из трех каналов в блоке 10 синхронизации вырабатываются синхроимпульсы.

в блоке 11 разделения каналов электрические импульсы, соответствующие каждому из трех световых каналов, пространственно разделяются и преобразуются в блоках 12 памяти в сигналы постоянного напряжения. Сигналы, соответствующие первому и второму световым каналам, через масщтабные усилители 13, выполняющие роль линейных преобразователей ам1шитуд с регулируемым коэффициентом преобразования, поступают на с.хему 14 вычитания, выходной сигнал которой прямо пропорционален показателю преломления анали эируемой среды. Сигнал, соответствующий третьему световому каналу, Поступает на схему 15сравнения, сравнивается с эталонным напряжением и j , выход которой через интегратор 16подключен к управляемому блоку 1.7 питаиия. В измерительной и эталонной кювете размещень термодатчики 18, сигналы от которых поступают на схему 19 сравнения, а выход последней подключен к блоку 20 управления температуры эталонной жидкости. Амплитуды сигналов на выходах блоков памяти можно записать в следующем виде

(3)

е

ot коэффициенты передачи оптических, трактов трех каналов; . Ф0 - световой поток от источника

света;

tig - показатель преломления эталонной жидкости (например, воды) ДПх приращение показателя преломления анализируемой среды (измеряемая величина); f - показатель преломления материала стержня кюветы; углы, характеризующие геометрию светового пучка в стержне кюветы;

Кф- коэффициент преобразования фотоприемника;

Поскольку все функции f| в выражении (4) являются функциями некоторых постоянных величии, выражение можно переписать

(5-)

-. , и..

где К, K.Kj иК некоторые постоянные величины.

Напряжение (J поддерживается постоянным и равным yJ-, за счет управления блоком питания источника света. Коэффициенты К.2 и kj легко могут быть заданы масштабными усилителями.

Таким образом, выражение, соответствующее выходному напряжению схемы вычитания, линейно связано с измеряемой величиной и не содержит таких нестабильных величии как

в устройстве стабилизируется величина (Jj и следовательно, Фщ(3) поэтому всегда можно задать максимальную яркость источника света, обеспечивающую достаточную чувствительность схемы, т. е. оптимизировать использование источника и продлить его срок службы. Кр,К Кр- коэффициенты передачи блоков разделения каналов; Кр,, коэффициенты передачи блоков памяти. Выражение справедливо при равенстве температур в измерительной и эталонной кювете, что достигается контуром регулирования температур. В частном случае и VK;, Рещая уравнения (1), (2) и (3) относительно параметра п, (полагая х а получим 1(сг:Кф) MVi4:M )2 ,, .; Jy, j 4()3

АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕФРАКТОМЕТР для исследования мутных сред, содержащий последовательно установленные источник света с блоком питания, светоделитель, модулятор, два канала, в первом из которых установлена измерительная, а ро втором - сравнительная кюветы, фотоприемник, к выходу которого подключена электрическая схема, отличающийся тем, что, с целью повь шения точное™ измерения, он дополнительно содержит третий канал для прохождения части светового пучка от источника света на фотоприемник, а электрическая схема включает в себя схему разделения сигналов откаждого из трех каналов, три устройства памяти, два линейных преобразователя для преобразования сигналов от первого и второго каналов, схему вычитания, подключенную к выходам линейных преобразователей, источник опорного напряжения, интегратор, регулятор режима блока питания источника света и схему сравнения сигнала от третьего канала с опорным напряжением,. с S при этом схема сравнения соединена с источниW ком света через интегратор и регулятор режима блока питания источника света.