Оптический анализатор Советский патент 1987 года по МПК G01J1/04 

1 1

Изобретение относится к фотоэлектрическим устройствам, основанным на измерении интенсивности отраженного от анализируемого вещества или прошедшего через него излучения и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, пищевой, химической и других отраслях промышленности, где требуется определение содержания воды или других химических соединений в твердых и жидких средах.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет уменьшения систематической и медленно меняющейс погрешности (коррелированной погрешности) .

На чертеже представлена блок-схема оптического анализатора.

Оптический анализатор содержит источник 1 излучения с устройством формирования потока, преобразователь 2, светофильтры 3 и 4 неравной толщины (из .одинакового материала),электромагнитный механизм 5, приемник 6 излучения, выполненный с усилителем, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, управляюще-вычислительное устройство (УВУ) 8, индикатор 9. При этом УВУ имеет выход 10 на управляющий элемент, например ЭВМ. Первичный преобразователь 2 может быть выполнен различным образом.

Предлагаемый анализатор содержит также модулятор 11, селективный све- тофильтр.12, пропускающий поток света с анализируемой длиной волны поглощения определяемым компонентом, се лективньй светофильтр 13 с длиной волны, не поглощаемой определяемым компонентом, объектив 14, отражающее анализируемое вещество в держателе 15. Возможно выполнение преобразова- теля с держателем в виде кюветы с анализируемым веществом, работающим на пропускание светового потока от источника 1 излучения.

Оптический анализатор работает следующим образом.

Источник 1 излучения направляет сформированный поток излучения на анализируемое вещество 15. Отраженное от анализируемого вещества излучение проходит через объектив 14 и поочередно светофильтры 13 и 12, установленные на вращающемся диске модулятора 11, преобразуется в световые импульсы и также поочередно попадает, на приемник излучения (при обесточенных электромагнитных механизмах

02

5. Усиленное импульсное напряжение приемника 6, соответствующее отражающей способности анализируемого вещества на длинах волны пропускания светофильтров 12 и 13, поступает через АЦП 7 на УВУ 8, вычисляющее отношение q интенсивностей отраженной от анализируемого вещества на волнах А, и пропускания светофильтров

12 и 13 и параметр р 1 - q как более удобный для расчетов.

Нелинейная градуировочная кривая, построенная с соблюдением всех требований метрологии, в УВУ апп оксимируется кусочно-квадратичной зависимостью

Р, а. + Ь; w% 1 1

где W - концентрация определяемого

компонента; а.Ь; - коэффициенты градуировочной

кривой;

,2,...,n - число участков аппрок- симации.

Коэффициенты а;, Ь; не постоянны во времени и в общем случае являются случайными функциями времени. Однако за короткий промежуток време- ни их можно считать постоянными и вычислить с помощью УВУ на основании результатов дополнительных измерений Р и Pj, проводимых при введении поочередно (по командам УВУ) све- тофильтров ЗиЛ неравной толщины.

Введение в общем канале измерений ополнительных светофильтров 3 и 4 неравной толщины вызывает дополнительные постоянные, эталонные изменения параметра Р, соответствующие этаонным изменениям концентрации uW, . УВУ получает два дополнительных сигнала Р, , P,j , которые равны

Р а;+ Ь; (w + UW)2 ;

2 а;+ b. (w + uw) .

50 Решая эту систему уравнений относительно коэффициентов а и Ь; получим искомую концентрацию w:

UW. ЗЧР2-Р)-(Р,-Р)

w 55

2 (Р,-Р)- /(Р,-Р)

где

Р

- i

Д W,

313

За счет постоянного и частного определения значений коэффициентов а; и bj достигается автокоррекция сквозных градуировочных характеристик всего измерительного тракта и значительное уменьшение систематической и медленно изменяющейся (коррелированной) погрешности.

Толщины светофильтров 3 и 4 подбираются таким образом, чтобы поглощения ЛР, ДР соответствовали 1/5-1/6 изменения поглощения измеряемого компонента по диапазону. В противном случае либо изменения ЛР,, г различаются в пределах погрешности измерения, либо попадают на различные участки аппроксимации. По этой же причине различие в коэффициентах пропускания светофильтров Т, и Т должно превьшать по крайней мере в три раза погрешности их аттестации.

Формула изобретения

Оптический анализатор, содержащий источник излучения с устройством формирования светового потока, оптически связанный с приемником излучения через преобразователь, включающий держатель анализируемого объекта и механизм, обеспечивающий попеременное поступление на приемник излучения световых потоков с аналитической длиной волНы, поглощаемой анализируемым объектом, и эталонной длиной волны, при этом приемник излучения выпол004

нен с усилителем и соединен с индикатором через аналого-цифровой преобразователь и управляюще-вычислительное устройство, отличающийся

тем, что, с целью повышения точности измерений, он дополнительно содержит два светофильтра неравной толщины из одинакового материала, расположенные между преобразователем и приемником

излучения, и электромагнитный механизм, соединенный со светофильтрами для обеспечения попеременного ввода светофильтров в световой поток с анализируемой длиной волны и соединенный с управляюще-вычислительным устройством, причем коэффициенты поглощения Т; (,2) каждого светофильтра выбирают таким образом, чтобы величина

bj5i (1 - Т;) q

составила от 1/5 до 1/6 от величины

,11- „(Ч

.

где q - отношение интенсивностей на аналитической и эталонной

длинах волн: (i) (г

q ,q - значения параметра q, соответствующее началу и концу диапазона измерений, при этом различие в коэффициентах поглощения светофильтров превышает по крайней мере в три раза погрешности значений величин Т; .

Изобретение касается конструкций фотометрических устройств. Цель изобретения - повышение точности измерений. После выполнения измерений на аналитической и эталонных длинах волн перед фотоприемником дополнит тельно вводятся поочередно два.светофильтра из одинакового материала, но неровной толщины. Обработка результатов измерений с учетом приращений сигнала, вызванных введением светофильтров, позволяет скомпенсировать медленно менякяцуюся систематическую погрешность и в -5 раз повысить точность измерений.Величины коэффициентов поглощения дополнительных светофильтров подбираются, исходя из соотношений, приведенных в формуле изобретения. 1 ил. г С/)

Редактор А. Сабо

Составитель В. Калечиц

Техред л. Сердюкова Корректор М. Пожо

Заказ 1962/39 Тираж 777Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4