Многолучевой фотометр Советский патент 1985 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к аналити- ческой измерительной технике, а именно к многолучевым фотометрическим анализаторам, и может быть использовано для анализа жидких и газообразных сред в химической, медицинской, нефтеперерабатывающей и других отраслях промьшшенности.

Цель изобретения - повышения точнсти измерений.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.

Устройство содержит блок 1 питани источник 2 излучения, двухлучевую оптическую систему 3, кювету А, первую 5 и вторую 6 полупрозрачные пластины, первый 7 второй 8, третий 9 и четвертый 10 интерференционные фильтры, первый 11, второй 12, трети 13 ичетвертый 4фотоприемники,блок 15 обработки электрических сигналов, дополнительный источник 16 излучения первую 17 и вторую 18 однолучевые оптические системы, тактовый генератор 19, коммутатор 20, синхродетектор 21 и вычитающее устройство 22. I

Устройство работает следующим образом.

Тактовые прямоугольные импульсы с выхода тактового генератора 19 подаются на управляющие входы коммутатора 20 и синхродетектора 21. При этом коммутатор 20 обеспечивает подключение к блоку 1 питания то основного 2, то дополнительного 16 источника излучения. При включении основнго источника 2 излучения свет от нег направляется на двухлучевую оптическую систему 3, которая формирует два параллельных пучка света. Лервый пучок света проходит через кювету 4, где частично поглощается анализируемой средой, и падает на первую полупрозрачную пластину 5. Часть света, отраженная от первой полупрозрачной пластины, проходит через третий интерференционный фильтр 9 и попадает на третий фотоприемник 13, а часть света, прошедшая через первую полупрозрачную пластину, проходит через первый интерференционный фильтр 7 и попадает на первый фотоприемник 11, Второй пучок света делится второй полупрозрачной пластиной 6 на два пучка света, которые проходят соответственно через второй 8 и четвертьй 0 интерференционные фильтры и попадают на второй 12 и четвертый 14 фото1.риемники. Первый и второй интерференционные фильтры идентичны и их спектральная полоса пропускания лежит в области поглощения исследуемой среды. Третий и четвертый интерференционные фильтры также идентичны, причем их спектральная полоса пропускания лежит в области пропускания исследуемой среды. Сигналы с фотоприемников подаются на входы блока 15 обработки, на выходе которого формируется сигнал, определяемый вьфажением „ ., Xi- хэ

и, Alg -, причем

Xj- X 4

X, g,, k,r,(T)l,,

Xj gi kt-AiCTXli-a, ;

3 g,, kvfl/T)l, f,;

X4 ВиЦ Aj(T)l,.j;

где Т - температура;

, , - длина волны интерференционных фильтров 7 и В; 2 длина волны интерференционных фильтров 9 и 10;

х, х., x,j, х - сигналы на выходах первого, второго , третьего и четвертого фотоприемников соответственно;

А,Р, „ , Р,,2 , Р-гэ RII- коэффициенты пропорциональности;

К,,, Kj-A, ,K, , зависящие от

температуры коэффициенты преобразования фотоприемников на длинах волн Л, и -/ 5

( . интенсивности излучения основного источника излучени на длинах волн 7 и Ag 2,f - коэффициент пропускания анализируемой среды.

Таким образом при включении основного источника излучения на выходе блока 15 обработки электрических сигналов формируется импульс напряжения амплитуда которого равна

и AlP-2- --i--- . -B-li- i i-Г Ч - о 8,1 |4 мЛг

.Аналогично при включении дополнительного источника 16 излучения на выходе блока 15 обработки формируется импульс напряжения с амплитудой

и ,

Х5 Xg

Xj gzi I 5 Xg -71, (T)I, -л, ;

1 BZ (T)I, ; Xg TV, (T)I, 2 где Xj, Xg, x, Xg - сигналы на вых дах первого, второго, третьего и четвертого фотоприемников соответственно при включении дополнительно источника излучения; /,21 гг 24 коэффициенты пропорциональности; ,, интенсивности дополнительного источника излучения на длинах волн . и -Яг Таким образом. и Alp-S -l i l- . Вцч : 821 КлЛг Импульсы и,и U2 детектируются си хродетектором 21. Продетектированны сигналы подаются на входы вычитающе го устройства 22, где вычитаются в соответствии с выражением «.ь,. . и,- и, . Alg,.lg 8r/ 8|i §21 Alg , где В Ig 2j3lEJ3lSjsi.. - const 81г-814-821 «23 Как следует из алгоритма измерения, результат измерения не зависит от текущих значений коэффициентов преобразований фотоприемников. Учит вая идентичность и постоянный харак оптических трактов, осуществляется равенство В О, а при концентрацио ных измерениях коэффициент А градуируется таким образом, что вых Сх, где Сх - измеряемая концентрация анализируемого вещества или элемента. Предлагаемое изобретение позволяет повысить точность измерений при значительных изменениях температуры окружающей среды, а также стабильность при длительных измерениях без вмешательства операторов, что способствует повьппению технико-экономических параметров использования фотометра в системах автоматического управления vt контроля технологических процессов . Проверка стабильности работы фотометра проводилась в лабораторных условиях при начальном показании 100 % коэффициента пропускания с записью дальнейших показаний на самопишущий прибор. Отклонение показаний составило не более +0,5 % шкалы за 24 часа непрерывной работы. Дпя исследования температурных характеристик использовались десять фотодиодов , включенные в режим короткого замыкания .при некотором начальном потоке излучения. Нагрев фотодиодов осуществлялся, нагревательным элементом, а охлаждение - микрохолодильником типа ТЭМО-5. Исследования показали, что при изменении температуры фотодиодов на 10°С их ток меняется на 3-5 %. Проверка влияния температуры фотоприемников на показания макета многолучевого фотометра проводилась в диапазоне температур от +5 до +50G. Отклонение выходного сигнала не превьш1ало 2 %,

МНОГОЛУЧЕВОЙ ФОТОМЕТР, содержащий блок питания, основной источник излучения, двухлучевую оптическую систему, последовательно расположенные по ходу первого луча кювету, первую полупрозрачную пластину, первый интерференционный фильтр и первый фотоприемник, последовательно расположенные по ходу второго луча вторую полупрозрачную пластину, второй интерференционный фильтр и второй фотоприемник, третий интерференционный фильтр и третий фотоприемник, расположенные на оси, перпендикулярной первому лучу и проходящей через центр первой полупрозрачной пластины, четвертый интерференционный фильтр и четвертый фотоприемник, расположенные на оси, перпендикулярной второму лучу и проходящей через центр второй полупрозрачной пластины, и, блок обработки электрических сигналов, причем первая полупрозрачная пластина 1расположена под углом 43 к рпт цческ6Й оси первого и третьего фотоприемнй-ков, вторая полупрозрачная пластина расположена под углом 45 к оптической оси второго и четвертого фотоприемников, а выходы фотоприемников подключены к входам блока обработки электрических сигналов, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерений, в него введены дополнительный источник излучения, первая и вторая однолучевые оптические § системы, тактовый генератор, коммутаW тор, синхродетектор и вычитающее устройство, причем дополнительный источник излучения расположен на оси, перпендикулярной первому и второму лучам и проходящей через центры полупрозрачных пластин, между дополнительным источником излучения и первой и второй полупрозрачными пластинами расположены собтветственно первая и вторая X) однолучевые оптические системы, выход SD N9 тактового генератора соединен с управ пяющими входами коммутатора и синхро 4 3 детектора, вход коммутатора соединен с выходом блока питания, а выходы подключены к основному и дополнительному источникам излучения, вход синхродетектора соединен с выходом блока обработки Электрических сигналов, а выходы подключены к входам вычитающего устройства.