Автоматический поляриметр Советский патент 1983 года по МПК G01J4/04 

Изобретение относится к приборостроению, а именно к приборам для измерения угла вращения плоскости поляризации света, и может быть использозано при физико-химических ис,оледованиях или анализе материалов, обладающих оптической активностью. I Известен автоматический поляриметр , содержащий спектральный источник излучения, поляризатор-модулятор излучения по колебаниям его азимута поляризации, анс1лизатор с рычажным механизмом поворота, фотоэлектронное отсчетное устройство с кодирующим диском, прецизионный вин товой редуктор сподвижной кареткой фотоприемник и двигатель ij . Недостатком данного автоматического поляриметра является невысокая точность измерений вследствие применения рычажно-кулачковой передачи для преобразования угловых перемещений. . .. Наиболее близким к предлагаемому является автоматический поляриметр, содержащий спектральный источник излучения и последовательно расположенные по ходу луча поляризатор, кювету для образца, анализатор, жест ко соединенный с ротором датчика угловых перемещений, и фотоприемник, связанный через узкополосный усилитель с двигателем, соединенным с ана лизатором 2 . Недостаток известного поляриметра невысокая точность измерений. Цель изобретения - повышение точности измерения угла вращения плоскости поляризации света оптически активными веществами. Цель достигается тем, что в автоматический поляриметр, содержащий спектральный источник излучения и по следовательно расположенные по ходу дача поляризатор, кювету для образца, анализатор, жестко соединенный с ротором датчика угловых перемещений и фотоприемник, связанный через узкополосный усилитель с двигателем, соединенным с анализатором, дополнительно введены диафрагма с двумя отверстиями, две полуволновые пластинки, каждая из которых расположена за отверстием диафрагмы, и модулятор расположенные пос;1едовательн6 по ходу луча после поляризаторагенератор подсоединенный к модулятору, синхрон ный детектор, вход которого соединен с выходом уз :ополосного усилителя, а опорный вход соединен с генератором интегратор, вход которого соединен с выходом синхронного детектора, блок УПравленй/1 двигателем, вход которого соединен с выходом интегратора, усилитель мсяцности, вход которого соединен с выходом блока управления двигателем, а выход с двигателем, индикатор нуля, вход которого соединен с выходом интегратора, дифференциальный усилитоль постоянного тока, вход которого соединен с интегратором, первый аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя постоянного тока, сумматор, вход которого соединен с выходом первого ан алого-цифрового преобразователя, предварительный усилитель, вход .которого соединен с выходом датчика угловых перемещений, второй аналого-цифровой прёобразова.тель, вход которого соединён с выходом .предварительного усилителя, приteMf. выход второго аналого-цифрового преобразователя соединен с вторым входом сумматора, цифровое индикаторное устройство, вход которого соединен с выходом сумматора. На чертежеИзображена структурная схема поляриметра. Поляриметр содержит источник излучения 1, монохроматор 2, оптическую систему 3, линейный поляризатор 4, диафрагму с двумя отверстиями 5, полуволновые анизотропные пластины б, модулятор 7, генератор 8, кювету для образца 9, -.анализатор 10, жестко соединенный с ротором 11 датчика угловых перемещений 12, фотоумножитель 13, узкополосный усилитель 14, синхронный детектор 15, .интегратор 16, индикатор нуля 17, блок управления двигателем 18,. усилитель мощности 19, электродвигатель с редуктором 20, предварительный усилитель 21, аналого-цифровой преобразователь 22, сумматор 23, дифференциальный усилитель постоянного тока 24, аналого-цифровой преобразователь 25 и цифровое индикаторное устройство 26. Поляриметр работает следующим образом. Световой поток от источника спектрального излучения 1 проходит через монохроматор 2 и оптической системой 3формируется в параллельный пото.к. Линейно поляризованный поляризатором 4световой поток с азимутом главной плоскости поляризации, условно принятым за нулевой, разделяется диафрагмой 5 на два идентичных световых потока 3 и 2 которые, проходя через полуволновые анизотропные пластины 6, изменяют свои плоскости поляризации на равные и противоположно направленные углы ( и 2 соответственно относительно главной плоскости пропускания линейного поляризат ора 4. Модулятор 7, управляем мый генератором 8, осуществляет синусоидальную синхронную модуляцию азимутов плоскостей поляризации све.товых потоков и З . Промодулиро анные световые потоки пропускают

через кювету для образца 9, анализа,тор 10 и подают на фотоумножитель 13

При прохождении световых потоков , и 2 через анализатор 10 модуляция по азимуту плоскостей поляризации преобразуется в модуляцию по интенсивности.,

Интенсивности каждого световогЬ потока содержат постоянные составляющие и переменные, кратные частоте модуляции.

Составляющие первых гармоник ин тенсивностей световых потоков 3i и 2 на фотокатоде фотоумножителя 13 при скрещенном положении анализатора 10 и поляризатора 4 равны по BeJW4aне и противоположны по фазе, а суммарный сигнал по первым гармоникам , на выходе фотоумножителя равен нулю.

Отклонение а.на)шзатора 10 от скрещенного положения вызывает одновре.менное и противоположное по направлению изменение амплитуд первых гармоник переменных составляющих свето1эых потоков 3 и 32 .

Выходной сигнсьл с фотоумножителя jl-3 поступает на узкополосный усили- тель 14, который выделяет суммарный сигнал первых гармоник.

Выделенный и усиленный сигнал подается на вход синхронного детектора 15, на второй вход которого поступает опорное напряжение с генератора 8.

Выходной сигнал с синхродетекто ра 15, соответствующий величине и знаку отклонения анализатора 10 от скрещенного положения .с поляризатором 4, подается на интегратор 16. Выход интегратора 16 соединен с индикатором нуля 17, который предназначен для -визуального контроля скрещенного положения анализатора 10 и |поляризатора 4. Выход интегратора 16 соединен также с блоком управления 18 двигателем, который вырабать)вает электрические сигналы управления, пропорциональные сигналу рассогласования.

Через усилитель мощности 19 сигналы управления поступают на шаговый . электродвигатель 20, который lioBopaчивает анализатор 10 до появления нулевого сигнала рассогласования, т.е. до установкианализатора 10 в скрещенное положение по отношению к поляризатору 4., ,

Сигнал с обмоток датчика угловых перемещений 12, усиленный предварительным усилителем 21 и преобразован.ный аигиюго-цифровым преобразователем 22, подается на сумматор 23, н другой вход которого поступает сигнал с выхода интегратора 16, усиленный

дифференциальным усилителем постоянного тока 24 и преобразованный ана лого-цифровым преобразователем 25.

С выхода сумматора 23 сигнал в цифровой форме, соответствующей алгебраической сумме показаний датчика угловых перемещений 12 и сигнала рассогласования анализатора 10 от скрещенного положения с поляризатором 4, индицируется цифровым индикаторным

0 устройством 26, а также передается на ЭВМ для последующей, обработки.

При введении в кювету 9 исследуемого оптически активного вещества нулевой сигнал рассогласования будет

5 не при скрещенном положении анализатора 10 и поляризатора 4, а при положении, отличном от него на угол, равный углу вращения плоскости поляризсщии света оптически активным веществом. Направление угла вращения

0 анализатора 10 определяется фазой переменной составляющей первой гармоники светового потока, имеющего большую амплитуду.

Предлагаемое изобретение повышает

5 точность измерения угла вращения плоскости поляризации света, оптически активными веществами и позволяет расширить динамический диапазон изме. ряемых углов.;

0

Разделение линейно поляризованного излучения на два идентичных потока, отклоненное плоскости поляризации каждого потока на равные и противоположIHO направленные углы с последующей

5 синхронно модуляцией азимутов плоскостей поляризации каждого светового потока и пропускание через исследуемый двух световых потоков с последующим интегрированием обоих

0 световых потоков по интенсивности на фотокатоде фотоумножителя позволяют автоматически проводить измерение угла вращения плоскрсти поляризации света оптически активными веществами

5 по нулевому суммарному сигналу первых гармоник. ..

Введение в поляриметр датчика , ловых перемещений, двух аналого-цифровых преобразователей, сумматора, дифференциального усилителя постоян0ного тока, синхронного детектбра и интегратора позволяет использовать угломерное отсчетное yciiporicTBO в качестве .системы грубого отсчета, ,а .. точный отсчет производить с помощью

5 электронных средств с погрешностью не менее одной угловой секунды, расширить дина1 ический диапазон измеряв-, мых углов, уменьшить зависимость погрешности измерения от величины угла

0 поворота анализатора и от ошибок двигателя с редуктором.

АВТОМАТИЧЕСКИЙ ПОЛЯРИМЕТР, содержащий спектральный источник излучения и последовательно расположенные по ходу луча поляризатор, кювету для образца, анализатор, жестко соединенный с ротором датчика угловых перемещений, и фотоприемник, связанг ный через узкополосный усилитель с двигателем, соединенным с анализатором, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены диафрагма с двумя отверстиями, две полуволновые пластинки, каждая из которых распсшожена за отверстием диафрагмы,и модулятор, расположе сные последовательно по ходу луча после -поляризатора генератор, подсоединен;ный к модулятору, синхронный детектор. вход которого соединен с выходом уз-, кополосного усилителя, .а опорный вход соединенс генератором, интег.ратор, вход которого соединен с выходом синхронного детектора, блок управления двигателем, вход которого соединен с выходом интегратора, уси.литель мощности, вход которого соединен с выходом блока управления двигателем, а выход - с двигателем, индикатор нуля, вход которого соединен с выходом интегратора, дифференциальный усилитель постоянного тока, вход которого соединен с интегратором, первый аналого-цифровой преобразователь, вход которого.соединен с выходом дифференциального усилителя постоянного тока, сумматор, вход которого соединен с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, предварительный усилитель, вход кото-§ рого соединен с выхрдом датчика угловых перемещений, второй аналогоцифровой преобразователь, вход которого соединен с выходом предвар тель05 ного усилителя, причем выход второго аналого-цифрового преобразователя соединен с вторым входом суммато:о .ра, цифровое индикаторное устройство, вход которого соединен с выходом су№1атора.