Фотометр Советский патент 1985 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к аналитической измерительной технике, а именно к двухлучевым фотометрам, и может быть применено для анализа состава жидких и газообразных сред во многих отраслях народного хозяйства. Цель изобретения - повышение точности измерений. На чертеже изображена блок-схема устройства. Устройство содержит источник 1 светового излучения, модулятор 2, выполненный в форме диска, одна половина которого представляет полностью отражающую поверхность, 3, а другая - сквозное отверстие 4, установленный под углом 45° к световому лучу источника 1 излучения, модулируюш,ий и делящий световой луч на контрольный и рабочий, рабочую спаренную кювету 5, первое и второе зеркала 6 и 7, установленные перпендикулярно один другому за рабочей кюветой 5 на пути рабочего луча коллинеарно: одно - с источником 1 светового излучения, другое - с устройством 8 для совмещения лучей, контрольную кювету 9, компенсатор 10, служащий для выравнивания интенсивности контрольного и рабочего световых лучей, и выполненный из спаренных оптических клиньев с различной оптической прозрачностью и установленный в контрольной кювете 9 перпендикулярно пути прохождения контрольного луча от модулятора 2 к устройству 8 для совмещения лучей, объективы 1 и 12 установлены перед фотоприемниками 13 и 14 за устройством 8 совмещения лучей, измерительный блок 15, выполненный по схеме измерительного моста, одно плечо которого образовано первым балластным резистором 16и соединенными последовательно первым и вторым фотоприемниками 13 и 14, а другое - вторым балластным резистором 17и резистором 18 нулевой подстройки, причем в одну диагональ измерительного моста 15 включен источник питания (не показан),а в другую - усилитель 19, подключенный к последовательно соединенным аналого-цифровому преобразователю (АЦП) 20; цифровому делителю 21 и выходному блоку (регистратору) 22. Устройство также содержит дополнительный источник 23 света и последовательно соединенные дополнительный фотоприемник 24, формирователь 25 синхронизирующих импульсов и блок 26 управления, первый выход которого подключен к АЦП 20, а второй - к цифровому делителю 21. Устройство работает следующим образом. Перед началом измерений фотометр необходимо привести в исходное состояние, для чего последовательно соединенные фотоприемники 13 и 14, минуя измерительный блок 15, непосредственно подключают к входу усилителя 19 и путем перемещения компенсатора 10 добиваются того, чтобы на регистраторе блока 22 отсутствовал сигнал. Затем с помощью резистора 18 нулевой подстройки также добиваются отсутствия сигнала на регистраторе блока 22. Амплитуда полезного сигнала на выходе фотоприемника пропорциональна интенсивности светового потока, падающего на его рабочую поверхность. Согласно формуле Бугера интенсивность светового потока 1, прощедщего слой вещества толщиной ж , равна,-е-- . где 1о - интенсивность светового потока, излучаемого источником; а - положительный коэффициент поглощения. В устройстве применен зеркальный модулятор 2, который позволяет весь световой поток источника излучения направить на устройство 8 совмещения лучей, после которого он весь воспринимается первым и вторым фотоприемниками 13 и 15. Рабочая спаренная кювета позволяет увеличить толщину поглощающего слоя анализируемого вещества. Все это приводит в предлагаемом устройстве к повыщению полезного сигнала на выходе последовательно соединенных фотоприемников без увеличения мощности источника 1 светового излучения. Для непосредственного измерения анализируемой смеси излучение источника 1 направляется на вращающийся модулятор 2. В те моменты, когда на пути светового луча окажется сквозное отверстие модулятора 3, он с помощью первого и второго полностью отражающих зеркал 6 и 7 через рабочую спаренную кювету 5 направляется к устройству 8 совмещения лучей, где происходит его деление на две равные части. Одна часть проходит устройство 8 насквозь и с помощью объектива 11 фокусируется на фотоприемник 13, а другая часть, отразившись от устройства 8, с помощью объектива 12 фокусируется на фотоприемник 14. Сигналы с выходов последовательно соединенных фотоприемников 13 и 14 приходят на плечо измерительного моста блока 15, в которое включен первый балластный резистор 16. Это плечо уравновещивается с помощью другого плеча, состоящего из второго балластного резистора 17 и резистора 18 нулевой подстройки. Рабочий сигнал с выхода измерительного моста 15 через усилитель 19 и АЦП 20, где происходит его цифровое кодирование, передается в цифровой делитель 21 и там запоминается. Работа блоков 20 и 21 осуществляется с помощью блока 26 управления, на который приходят синхронизирующие сигналы с выхода дополнительного фотоприемника 24 через формирователь 25 синхронизирующих импульсов. Процесс синхронизации работы блока 26 в данном случае осуществляется следующим образом. В тот момент, когда излучение источника 1 через сквозное отверстие модулятора 4 проходит в рабочую кювету 5, световой луч дополнительного источника 23 света, задерживается зеркальной поверхностью модулятора 3 и на выходе дополнительного фотоприемника 24 появляется сигнал минимальной величины, который через формирователь 25 синхронизирующих импульсов передается в блок 26 управления где происходит первый этап синхронизации его работы. В те моменты, когда на пути светового луча источника 1 находится зеркальная поверхность модулятора 3, он отражается, проходит через контрольную кювету 9 с компенсирующим элементом 10 на устройство 8, где контрольный световой луч делится поровну, и с помощью объективов 11 и 12 фокусируется на соответствующие фотоприемники 13 и 14, соединенные последовательно. Выходные сигналы этих фотоприемников направляются в измерительный блок 15. Сигнал с выхода измерительного моста блока 15 через усилитель 19 и АЦП 20, где происходит его цифровое кодирование, направляется в цифровой делитель 21, в котором производится операция деления цифрового кода записанного ранее рабочего сигнала на цифровой код поступившего контрольного сигнала. Это деление производится под управлением блока 26. С выхода цифрового делителя 21 результаты деления поступают в цифровом виде на выходной блок 22, в качестве которого используется либо цифровой индикатор, либо цифровой регистратор, либо ЭВМ, производящие оперативную обработку данных измерений. В те моменты, когда луч источника 1 направляется в контрольную кювету 9 с помощью полностью отражающей поверхности модулятора 3, излучение дополнительного источника 23 проходит через сквозное отверстие модулятора 4 на дополнительный фотоприемник 24, на выходе которого появляется сигнал максимальной величины, который через блок 25 поступает на блок 26, где происходит второй этап синхронизации его работы. Рабочую кювету 5 заполняют анализируемой смесью, которая поглощает определенную часть светового излучения, и на фотоприемники 13 и 14 поступает рабочий луч с изменивщейся интенсивностью и, следовательно, наих выходах изменяется величина рабочего сигнала пропорционально конценттрации контролируемого вещества. В этом случае измерительный мост блока 15 выходит из уравновешенного состояния и сигнал с его выхода после усиления усилителем 19 и цифрового кодирования в АЦП 20 поступает на цифровой делитель 21. Результат деления в цифровом виде поступает на выходной блок 22, щкала регистрирующего прибора которого отградуирована в единицах концентрации контролируемого вещества. Таким образом, точность измерений фотометра значительно увеличивается по сравнению с известным устройством, так как из-за отсутствия двухразового деления светового луча возрастает амплитуда полезного сигнала. Кроме того, точность измерений возрастает из-за того, что на выходе фотоприемников 13 и 14 отсутствует переменный фоновый сигнал помехи, вызванный в известном устройстве одновременным при ходом на фотоприемник двух световых лучей и сложением фаз их световых волн, так как в фотометре световые лучи коммутируются модулятором на фотоприемники поочередно через рабочую и контрольную кюветы.

ФОТОМЕТР, содержащий источник светового излучения, установленный перед модулятором, последовательно установленные по ходу рабочего луча рабочую кювету, первое и второе зеркала, контрольную кювету, установленную по ходу контрольного луча, установленное за кюветами устройство совмещения рабочего и контрольного лучей, за которым установлены первый и второй объективы с первым и вторым фотоприемниками, дополнительный источник светового излучения, оптически связанный через модулятор с дополнительным фотоприемником, подключенным к выходу формирователя синхронизирующих импульсов, усилитель, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, цифровой делитель и выходной блок, а также блок управления, первый выход которого соединен с аналого-цифровым преобразователем, второй - с цифровым делителем, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерения, в него введены компенсатор и измерительный блок, выполненный по схеме измерительного моста, одно плечо которого образовано вторым балластным резистором и резистором нулевой подстройки, другое - первым балластным резистором и последовательно соединенными первым и вторым фотоприемниками,причем в диагональ измерительного моста включены входы усилителя, выход которого соединен с аналого-цифровым преобразователем, первое и второе зеркала установлены перпендикулярно один другому по ходу рабочего луча, причем первое зеркало установi лено коллинеарно с источником излучения, а второе - с устройством совмещения рабоСЛ чего и контрольного лучей, рабочая кювета выполнена спаренной, модулятор выполнен в форме диска, одна половина которого зеркальна, а в другой половине выполнено сквозное отверстие, компенсатор выполнен из спаренных оптических клиньев разной прозрачности и установлен в контрольной клювете, а формирователь синхронизирующих импульсов соединен с блоком уп00 о: равления. со ОГ)