Спектрометр Советский патент 1985 года по МПК G01J3/42 

Изобретение относится к спектрал ному приборостроению и может быть использовано при создании спектрометров и спектрофотометров с цифровой обработкой результатов измерени и получением на выходе значения коэффициента пропускания, отражения или других оптических характеристик в зависимости от длины волны. Целью изобретения является повышение быстродействия, На чертеже приведена принципиаль ная схема предлагаемого спектрометра. Основными частями спектрометра я ляются оптическое устройство 1, устройство 2 синхронизации, измерительное устройство 3. Оптическое ус ройство состоит из источника 4 излу чения, двухканальной оптической системы из двух пар вогнутых зеркал 5, 6 и 7,8, причем зеркала 5 и 6 образуют канал образца, а 7 и 8 канал сравнения, трехтактного оптического коммутатора на основе поворотного зеркала 9 с приводом 10 и сопряженного с ним двухтактного ком мутатора 11, монохроматора 12 и фотоприемного устройства 13, подключенного к измерительному устройству 3. Кроме того, оптическое устрой ство 1 снабжено поглотителем 14 излучения. Устройство 2 синхронизации в спе трометре содержит датчик 15 циклов и датчик 16 тактов работы оптического коммутатора, три D-триггера 17 18 и 19 и логическую ячейку И-НЕ 20 Входы установки всех D-триггеров 17 18 и 19 подключены к выходу датчика 15.циклов, а их ходы С синхрони зации - к выходу датчика 16 тактов. I Прямой выход первого триггера 17 соединен с.входом данных D второго триггера 18, инверсный выход второго триггера 18 - с входом D данных первого триггера 17, Первый вход ячейки И-НЕ 20 соединен с прямым выходом второго триггера 18, а ее выход - с входом D данных третьего триггера 19, Измерительная система 3 спектрометра вьшолнена на основе АЦП 21, ,выход которого связан с входными данными устройства 22 отображения информации, устройства 23 коррекции фона и запоминающего регистра 24, входящего в состав цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 25, который выполняет фу.нкции запоминающего устройства сигнала сравнения.ЦАП 25 подключен к одному из коммутируемых входов коммутатора 26 опорного сигнала и к входу сравнения компаратора 27. Второй коммутирующий вход коммутатора 26 опорного сигнала соединен с одним из выходов генератора 28 опорных напряжений. Выход коммутатора 26 подключен к опорному входу АЦП 21, а второй выход генератора 28 опорных напряжений - к второму опорному входу компаратора 17. Выход компаратора 27 соединен с вторым входом ячейки И-НЕ 20. Прямые выходы триггеров 17 и 18 соединены с входами управления устройства 23 коррекции фона и ЦАП 25, точнее его запоминающего регистра 24 соответственно,, а прямой выход триггера 19 с входами управления устройства 22 отображения информации и крммутатора 26 опорных сигналов. Работа устройства в режиме спектрофотометра осуществляется следующим образом. Цикл измерения состоит из трех тактов, соответствующих установке зеркала 9 оптического коммутатора в одно из трех фиксированных положений, что сопровождается выдачей сигнала синхронизации от датчика 16 тактов. Каждый цикл запускается сигналом, поступающим от датчика 15 циклов с неВолыпим опережением по -отношению к первому тактовому импульсу. При поступлении сигнала от датчика 15 циклов измерительная система устанавливается в исходное состояние, т.е. триггеры 17, 18 и 19 устанавливаются в состояние 1, | При этом на входы управления устройства 29 коррекции фона запоминающего регистра 24 и устройства отображения информации поступят сигналы Логическая 1, что приведет к сбросу записанных в них данных. Кроме того, под действием такого же сигнала коммутатор 26 опорного сигнала подключит к опорному входу АЦП 21 выход генератора 28 опорных напряжений, а на вход данных триггера 17 с инверсного выхода триггера 18 поступит сигнал Логический О. Вследствие сброса данных запоминающего регистра 24 на вход сравне3ния компаратора 27 поступит нулевой сигнал, существенно меньший сигнала на его опорном входе, что приведет к появлению логического О, на втором входе ячейки И-НЕ 20 и, следовательно, к поступлению логической 1 на вход данных триггера 19. Первый такт работы соответствует измерению фона. Зеркало 9 оптического коммутатора при этом устанавливается в изображенное на чертеже положение, так что поток излучения от источника 1 прерывается И направляется этим зеркалом в поглотитель 11 излучения. При поступлении сигнала от датчика 16 тактов на входы синхронизации триггеров 17, 18 и 19 произойдет переключение в состояние О только триггера 17, на входе данных которого был выставлен логический О. Логический О с выхода триггера 17 поступит на вход данных триггера 18, а также откроет устройство 23 коррекции фона, на-вход данных которого поступит код фона с выхода АЦП 21, запущенного также тактовым импульсом датчика 16. Аналоговый сигнал с выхода устройства 23 коррекции фона- поступит на корректирующий вход фотоприемного ycTройства 13. Во втором такте производится измерение стандартного образца. Зер кало 9 оптического коммутатора направляет излучение от источника 1 в канал сравнения 7, 8, в котором установлен стандартный образец. Изл чение, прошедшее через этот образец направляется оптическим коммутатором 11 в монохроматор 12 и далее в фотоприемное устройство 13. При этом сигнал , формируемый приемником, входящим в устройство 13, будет равен сумме сигналов, соответствующих пропусканию стандартного образца и фону. Из этого сигнала будет вычитаться сигнал фона, пос- упивший в преды дущем такте от устройства коррекции поэтому во втором такте на вход АЦП поступает сигнал, соответствующий интенсивности излучения, прошед шего через стандартный образец. Синхронно с установкой зеркал от датчика на АЦП и триггеры поступает второй тактовый импульс, запус кающий АЦП и устанавливающий-в состояние Логический О триггер. Сиг54нал Логический О с его прямого выхода открывает запоминающий регистр, который запоминает поступающий от АЛП цифровой код. Одновременно логический О от триггера поступает на первый вход ячейки И-НЕ. Логическая 1 с инверсного выхода триггера до окончания второго тактового импульса поступит на вход D данных триггера и установит его в состояние Логическая 1. Код, введенный в запоминающий регистр, в виде аналогового сигнала подается с выхода ЦАП на один из коммутируемых входов коммутатора опорного сигнала и на вход сравнения компаратора. Если величина сигнала сравнения на входе компаратора больше заданной величины, поступающей на его опорный вход от генерато а опорных напряжений,то на выходе компаратора устанавливается логическая 1. В результате открывается ячейка И-НЕ и на вход D данных триггера поступает логический О. В противном случае на этом выходе сохраняется логическая 1 . .-. При поступлении третьего тактового импульса от датчика 16 и наличии логического О на входе D данных триггера 19 он устанавливается в положение Логический О. По сигналу Логический О с его выхода открывается устройство 22 отображения информации, а коммутатор 26 роторного сигнала переключает опорный вход АЦП 21 с генератора 28 опорных напряжений на выход ЦАП 25, на котором от предыдущего такта сохраняется сигнал, соответствующий стандартному образцу. Благодаря этому код на выходе АЦП 21, запускаемого третьим тактовым импульсом, будет соответствовать не .сигналу из канала образца, а отношению сигналов исследуемого и стандартного образцов, т.е. конечномурезультату значения пропускания исследуемого образца. Кроме того, поскольку максимальное значение кода АЦП соответствует напряжению, подаваемому на его опорный вход, в предлагаемом спектрометре максимальная разрешающая способность АЦП реализуется при любом уровне сигнала в канале сравнения. Благодаря этому исключаются ошибки из-за неполного использования разрядности АЦП. 5 Если сигнал сравнения во втором такте был меньше заданного (на входе D данных триггера 19 установлена логическая ) , этот триггер не переключается и устрейство 22 отображения ин1674456формации остается заблокированным. После окончания третьего такта датчик 15циклов вьщает очередной 5 импульс, и описанный процесс измерения повторяется.

СПЕКТРОМЕТР, включающий оптическое устройство, содержащее оптически связанные источник излучения трехтактньй оптический коммутатор для последовательного направления потока излучения в оптиг ческую систему канала сравнения, в оптическую систему канала образца Ив поглотитель излучения, двyxtaктный оптический коммутатор, монохроматор и фотоприемное устройство, измерительное устройство, содержащее аналого-цифровой преобразователь (АЦП), устройство коррекции фона, устройство отображения информации, запоминакяцее устройство сигнала сравнения и генератор опорных напряжений, устройство синхронизации, содержащее датчик тактов и датчик циклов, связанные с трехтактным оптическим коммутатором, при этом выход фотоприемного устройства подключен : к первому входзР АЦП, выход которого подключен к первьм входам устройства отображения информации, устройства коррекции фона и запоминакицего устройства, а выход устройства коррекции фона подключен к электрическому входу фотоприемного устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в измерительное устройство введены коммутатор опорного сигнала и компаратор, причем коммутируемые входы коммутатора подключены к выходу генератора опорных напряжений и к выходу запоминающего устройства сигнала сравнения, а выход коммутатора под-, ключен к опорному входу АЦП входы компаратора подключены к выходам запоминающего устройства сигнала сравнения и генератора опорных напряжений, в устройство синхронизации введены логическая ячейка И-НЕ и три ГЬтриггера, входы установки которых подклкгчены к выходу датчика циклов, а входы синхронизации подключены к выходу датчика тактов, при этом прямой выход первого триггера подключен к второму входу устройства коррекции фона и к входу данных второго триггера, прямой выО) ход второго триггера подключен к входу управления запоминающего уст4 4 ройства сигнала сравнения и к первому входу логической ячейки И-НЕ, сл его инверсш выход подключен к входу данных первого триггера, прямой выход третьего триггера подключен к входу управления коммутатора опорного сигнала и второму входу устройства отображения информации, втррой вход логический ячейки И-НЕ подключен к выходу компаратора, ее выход подключен к входу данных третьего триггера, а выход датчика тактов подкшпен к третьему входу АЦП.

ся

le 9 11

7 Г

I / /

.