Устройство для фотоэлектрической регистрации спектра диспергированных сред Советский патент 1984 года по МПК G01N21/39 

3. Устройство по пп. 1 и 2, о тли чающееся тем, что, с целью расширения.функциональных возможностей, оно дополнительно содержит третий измерительный канал, состоящий из последователь1но соединенных дифференциального усилителя, Логарифматора, усилителя низкой частоты, фазочувствительного выпрямителя и

фильтра нижних частот, выход которого. соединен с входом многоканального регистратора, первый вход дифференциального усилителя соединен с выходом первого фотодетектора непосредственно, второй вход дифференциального усилителя через потенциометр соединен с выходом третьего фотодет.ектора.

Г. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ РЕГИСТРАЦИИ СПЕКТРА ДИСПЕРГИЬОВАННЫХ СРЕД, содержащее блрк поочередной генерации оптического излучения с двумя управляющими входами, шаровую кювету с тремя фотодетек- торами, два измерительных канала, пер-, вый из которых состоит из последовательно соединенных широкополосного усилителя, логарифматора, усилителя низкой частоты, фазочувствительного выпрямителя и фильтра нижних частот, a второй - из последовательно соединенных суммирующего широкополосного усилителя, логарифматора, усилителя низкой частоты, фазочувствительного выпрямителя и фильтра нижних частот, причем вход первого измерительного канала соединен с выходом первого фотодетектора, входы суммирующего широкополосного усшта- теля соединены с выходами второго и третьего фотодетекторов, выходы фильтров нижних .частот измерительных каналов соединены с входами многоканального регистратора, о т л и a ю щ е ее я тем, что, с целью .повышения точности измерений, оно дополнительно содержит светоделительную пластинку, корректирующий канал, .содержащий последовательно соединен ные четвертый фотодетектор, опти чески связанный со светоделительной пластинкой, усилитель низкой частоты, фазочувствительный выпрямитель и фильтр нижних частот, выход которого соединен с .первым управляющим входом блока поочередной генерации оптического излучения, управляющий генератор противофазных импульсов, выходами соединенньй с управляющими (Л входами фазочувствительных выпрямителей, блок сканирования, соединенный с вторым управляющим входом блока поочередной генерации оптического излучения и развертывающим входом многоканального регистратора. 2. Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повыо шения быстродействия, блок поочередел ной генерации оптического излучения 4ii выполнен в виде двух импульсных ла зеров (фиксированной и.переменной длин волн), управляющие входы которых соединены с выходами управляющ генератора противофазных импульсов, светосоединительную пластинку и оптический; аттенюатор, расположенный между лазером фиксированной длины вол.ныи светосоединительйой пластинкой, .управляющий вход лазера переменной дли;ны волны соединен с выходом блока сканирования, a управляющий вход аттеню.йтора соединен с выходом корректирующего канала.

Изобретение относится к оптическ спектроскопии и физико-химическому анализу жидких и газообразных диспе гированных сред и может быть исполь зовано для определения концентрации и состава частиц мутных сред - колл идов, аэрозолей, эм шьсий, суспензи и взвесей. Известно устройство для измерени интенсивностей линий оптического спектра с использованием разложения зондирующего излучения в спектр монохроматором, амплитудной модуляции сигнала от сканируемой линии и фотоэлектрической регистрации световых потоков на вькоде монохроматор уравнении световых потоков синхронно с изменением ширины щели монохроматора lj. Недостатки данного устройства низкие точность и быстродействие, а также трудность автоматической регистрации малых спектральных отклонений в непрерывном диапазоне дли волн, чТо обусловлено практической 1 невозможностью сохранения равными ши рин обеих щелей монохроматора и неравномерностью спектра исходного излучения. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является уст ройство для фотоэлектрической |регистрации спектра диспергированных сред, содержащее блок поочередной генерации оптического излучения с двумя управляющими входами, шаровую кювету с тремя фотодетекторами, два измерительных канала, первый из которых состоит из последовательно соединенных широкополосного усили ля, логарифматора, усилителя низкой частоты, фазочувствительного выпрямителя и фильтра нижних частот, второй измерительный канал состоит из последовательно соединенных суммирующего широкополосного усилителя, логарифматора, усилителя низкой частоы, фазочувствительного выпрямителя, фильтра нижних частот, причем вход первого измерительного канала соединен с выходом первого фотодетектора, входы суммирующего широкополосного усилителя соединены с выходами вто рого и третьего фотодетекторов, выходы фильтров нижних частот измерительных каналов соединены с входами многоканального регистратора 2 . Недостатками устройства являнугся низкие точность и быстродействие, сложность автоматической регистрации спектральных отклонений абсорбированных и рассеянных световых потоков двух длин волн и ограничен- д ные функциональные-ВОЗМОЖНОСТИ. Указанные недостатки обусловлены нера- венством световых потоков на выходе двух монохроМаторов при сканировании одного из них, трудностью одновременного получения дисперсирнных характеристик .сонтролйруемой среды по абсорбции и рассеянию и определения их корреляции и сложностью регистрации малых спектральных отклонений параметров диспергированной среды на фоне спектральных изменений чувствительности приемника оптического излучения,Цель изобретения - повьштение точности, Поставленная цель достигается тем, что в устройство для фотоэлектрической регистрации спектра диспергированных сред, содержащее блок поочередной генерации оптического излучения с двумя управляющими входами, шар вую кювету с тремя фотодетекторами, два измерительных канала, первый из которых состоит из последовательно соединенных широкополосного усих/ителя, логарифматора, усилителя низкой частоты, фазочувствительного вьшрямителя и фильтра нижних частот, второй - из последовательно сое диненньк суммирующего широкополосного усилителя, логарифматора, усилител низкой частоты, фазочувствительного вьтрямителя и фильтра нижних частот, причем вход первого измерительного канала соединен с выходом первого фото детектора, входы суммирующего широкр полосного усилителя соединены с выходами второго и третьего фотодетектторов, выходы фильтров нижних час . тот измерительных каналов соединены с входами многоканального регистра-. тора,-введены светосоединительная .пластинка, корректирующий канал, соде.ржащий последовательно соединенные четвертый фотодетектор, оптически связанный со светоделительной пласти кой, усилитель низкой частоты, фазочувствительный выпрямитель и фильтр нижних частот i выход которого соединен с первым управляющим входом блока по очередной генерации оптического излу чения, управляющий генератор противо фазных импульсов, выходами соединенньй с управляющими входами фазочувст ; вительных выпрямителей, блок сканирования, соединенньй с вторым входо( блока поочередной генерации оптического излучения и развертывающим вхрдом многоканального регистратора, -, . , С целью повьшгения быстродействия блок поочередной генерации оптического излучения выполйен в виде двух импульсных лазеров (фиксированной и переменной длин волн), управляю щие входа которых соединены с выходами управляющего генератора т-ивофазных импульсов, светосоединительиой пластинки и оптического аттенюатора, расположённого между лазером фиксированной длины и светосоединительной пластинкой., управляющий вход лазера переменной .длины волны соединен с вькодом блока сканирования, а управляющий вход аттенюатора соединен с выходом коррек«тирующёго канала. С целью расширения функциональных возможностей, устройство дополнительг но содержит третий измерительный канал, состоящий из последовательно соединенных дифференциального усилителя, логарифматора, усилителя низкой частоты, фазочувствительного выпрямителя и фильтра нижних частот, выход которого соединен с входом многоканального регистратора, первый вход дифференциального усилителя соединен с выходом первого фотодетектора непосредственно, второй вход дифференциального усилителя через потенщюметр соединен с выходом третьего фотодетектора. На чертеже приведена функциональная схема устройства. Предлагаемое устройство .содержит управляющий генератор 1 противофазных импульсов, выход которого соединен с управляющими входами двух импульсных лазеров 2 и 3 (постоянной и переменной длин волн), оптический аттенюатор 4, а также светосоединительную 5 и светоделительную 6йластинки. Фотодетектор 7 выходом соединен с последовательно включенными низкочастотным усилителем.8, фазочувствительным выпрямителем 9 и фильтром 10 нижних частот, выход которого соединен с управлякщим входом оптического аттенюатора 4. Шаровая кювета 11, в которую вводится зондирующее оптическое излучение, заполнена контролируемой диспергированной средой. Фотодетекто р 12 выходрм соединен с последовательно включенными широкополосным усилителем 13, логарифматором 14:, усилителем 15 низкой частоты, фазочувствительным выпрямителем фильтром 17 нижних частот. Фотодетекторы 18 и 19 соединены соотве тственно через переменные резисторы 20 и, 2Т с входаю1 суммирующего широкополосного усилителя 22, выход которого подключен к последовательно соединенным логарифматору 23, усилителю 24, низкой частоты, фазочувствительному выпрямителю 25 и фильтру 26 нижних частот. Выходы фотодетекторов 12 и 19 через резистор 20 соединены С входами дифференциального усилител 27, выход которого соединен с последовательно включенными логарифматором 28, усилителем 29 низкой частоты, фазочувствительным выпрямителем 30 и фильтром 31 нижних частот. Выходы фильтров 17, 26 и 31 нижних частот соединены с входами многоканального регистратора 32. Управляющие входы регистра 32 и импульсного лазера 3 переменной длины волны Ьодключены к блоку 33 сканирования. Управляющие входы фазочувствительных выпрямителей 9, 16, 25 и 30 соединены с выходом управляющего генератора 1 прот вофазных импульсов. . Устройство действует следующим образом. Импульсами напряжений с управляющего генератора противофазных импуль сов с частотой 9 , подаваемыми на управляющие входы лазеров 2 и 3, воз буждается оптическое излучение посто янной 3| (h и переменной () волн. Импульс ДЛ,) лазера 2 постеявной длины волны проходит через оптический аттенюатор 4 и йаправляется на светосоединительную пластинку 5, на которую поступает ( зера 3 переменной длины волны.На светосоединительной пластинке 5 пространственно совмещаются пучки лазеров 2 И 3 в один составной пучок, состоящий из чередующейся последовательности оптических импульсов двух длин волн. Светоразделительной пластинкой 6 пучок пространственно разделяют на опорный и зондирующий. Зондирующий пучок через устройство ввода направляется в шаровую кювету 1t с кон тролируемой диспергированной средой, ослабляющей и рассеивающей оптические импульсы. Опорньш пучок непосредственно воз действует на фотодетектор 7. На выходе фотодетектора 7 образуется посл довательность электрических видеоимпульсов, низкочастотная огибающая которых усиливается усилителем 8. Ни кочастотное напряжение преобразуется фазочувствительным выпрямителем 9 в постоянное напряжение, которое через фильтр 10 нижних -частот воздействует на управляющий вход оптического аттеню атора 4.Выбором направления регулирования ослабления оптического аттенюатора 4 добиваются того, чтобы напря жение огибающей на выходе фотодетектора 7 стремилось к нулю. Зондирующий пучок проходит через диспергированную среду в шаровой кюветё 11 и в результате абсорбции ослабляется. Оптические импульсы двух длин волн принимаются фотодетек тором 12. Электрические видеоимпульсы с выхода фотодетектора 12 логарифмируются логарифматором 14, из которого усилителем 15 низкой частоты выделяется и усиливается низкочастотная ог бающая, преобразуемая фазочувствительным выпрямителем 16 в выпрямленное напряжение. Это напряжение сглаживается фильтром 17 нижних частот и поступает на первый вход регистратора 32. Оптические.импульсы двух длин волн Ац и Tin, рассеянные диспергированной средой, одновременно воспринимаются двумя фотодетекторами 18 и 19 и пре.г образуются в электрические видеоимпульсы, воздействующие на входы суммирующего щирокополосного усилителя 22. С помощью переменного резистор ра 21 уравнивают чувствительности фотодетекторов 18 и 19. Просуммированные электрические импульсы логарифмируются логарифматором 23, усилива- . ются низкочастотным усилителем 24, выпрямляются фазочувствительным выпрямителем 25 и через фильтр 26 нижних частот поступают на второй вход регистратора 32. Электрические видеоимпульсы с выходов фотодетекторов 12 и 19 через резистор 20 поступают на входы дифферендиального усилителя 27 Разностные сигналы с выхода усилителя 27 логарифмируются логарифматором 28, усиливаются усилителем 29 низкой частоты, выпрямляются фазочувствительным выпрямителем 30 и черз фильтр 31 нижних частот поступают на третий вход регистратора 32. Плавная перестройка длины волны лазера 3 производится с помощью блока 33 сканирования, сигналы которого воздействуют на развертывающие входы импульсного лазера 3 и многоканального регистратора 32. Таким образом, получают три электрических сЦгнала, пропорциональные информативным параметрам диспергированной .среды, которые регистрируютс:я при сканировании длины волны одного .. Влияние нестабильности интенсивности первичных излучений и погрещностей фотоэлектрического преобразования оптических сигналов в электрические на значение сигналов сильно ослаблено. Предлагаемое устройство может быть использовано для целей контроля примесного состава растворов со слабыми

711005408

линиями поглощения примесей. Возможно изменяющихся во времени параметров: измерение как отдельных проб, так и поглощения, рассеяния и их относительпроведение непрерывных измерений, ной разности.

ни