Спектрофотометр Советский патент 1988 года по МПК G01J3/42 

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению.

Цель изобретения - повьшение точности и надежности.

На чертеже изображена блок-схема спектрофотометра.

Спектрофотометр содержит источник 1 света, представляющий собой источник монохроматического света, длину волны которого можно выбрать в определенном спектральном диапазоне, кювету 2, фотоэлектрический преобразователь 3, усилитель 4, преобразователь 5 напряжение - частота,элек- тронно-управляемые ключи (первый 6, второй 7 и третий 8), генератор 9 тактовых импульсов, реверсивный счетчик 10 импульсов, регистр 11, второй счетчик 12 импульсов, блок 13 цифро- вого отсчета, блок 14 управления, цифровой логарифмический преобразователь 15 и коммутатор 16 режимов отсчета.

Устройство работает следующим об- разом.

Перед измерением величины поглощения света образцом - его коэффици- ента пропускания Т- - в кюветном отделении спектрофотометра исследуемый образец отсутствует и производится калибровка спектрофотометра, заключающаяся в фиксации эталонного поток 1 излучения света (через кювету 2 без образца или через кювету 2 с эталонным, контрольным, образцом).

Калибровку спектрофотометра осуществляют следующим образом.

Свет от источника 1 света через кювету 2 (без образца или с контрольным образцом) поступает на фотоэлек- трический преобразователь 3. На выходе последнего появляется электрический сигнал, который после усиления усилителем 4 при помощи преобразова- ,теля 5 напряжение - частота преобразу- ется в частоту f, пропорциональную интенсивности проходящего потока излучения света lo. В режиме калибровки после подачи на блок 14 управлени команды TO одновременно управляюпщми сигналами, поступающими с первого и второго выходов блока 4 управления, включаются первьй и третий ключи 6 и 8. Начинается одновременное накопление счета импульсов. Счетчиком 12 накапливаются импульсы, поступающие с частотой fg с преобразователя 5 через третий ключ 8, а реверсивным счетчиком 10 накапливаются импульсы.

0

j

5

5

0 5 0 5

поступающие, с частотой f с генератора 9 тактовых импульсов через пер- вьш ключ 6 на суммируюсщй счетный вход реверсивного счетчика 10. После накопления счетчиком I2 числа

J/

импульсов 10 , где k - заранее выбранное целое число, с выхода прямого переноса счетчика 12 поступает сигнал- на первый вход блок 14 управления. На первом и втором выходах блока 14 управления появляются сигналы выключения первого и третьего ключей 6 и 8. Поступление импульсов на счетные входы счетчиков 10 и 12 прекращается и начинается подача им- пульса управления с четвертого выхода блока 14 управления на управляющий вход регистра 11, в результате чего содержимое информационного выхода счетчика 10 при помощи регистра 11 через вход параллельной записи записывается в реверсивном счетчике 10. Тем самьп завершается калибровка спектрофотометра, в результате которой;в течение интервала времени

t -- через вход параллельной за о

писи в счетчике 10 записывается и хранится- накопленное число импульсов, равное . Таким образом, при помощи генератора 9 тактовых импульсов и счетчика 10 завершается запоминание интервала времени t, необходимое для подсчета десяти импульсов (следующих с частотой с выхода преобразователя 5), число которых является мерой калибровки эталонного уровня интенсивности проходящего потока излучения света 1. Спектрофотометр откалиброван и подготовлен к измерению коэффициента пропускания

Т исследуемого образца, где

о . I - интенсивность потока излучения

света, прошедщего через исследуемый объект (образец).

После калибровки спектрофотометра в его кюветном отделении помещают кювету с измеряемым образцом и на блок 14 управления подают команду Т. С первого и третьего выходов блока 14 управления поступают сигналы управ.- ления, включающие второй и третий ключи 7 и 8, Выход преобразователя 5 через третий ключ 8 подключается к счетному входу счетчика 12, а генератор 9 тактовых импульсов через второй ключ 7 - к вычитающему счетному входу реверсивного счетчика 10.

Импульсы с выхода преобразователя 5, частота f которых теперь пропорциональна значению Т, накапливаются счетчиком 12. Одновременно на вычи- тающий счетньй вход реверсивного счетчика 10 через второй ключ 7 поступают тактовые импульсы с генератора 9 тактовых импульсов с частотой f. Через интервал времени t после вычитания реверсивным счетчиком N импульсов на его выходе обратного переноса появляется сигнал управления, постзшающий на второй вход блока 14. управления. Последний через первый и третий вьгходы управления выключает второй и третий ключи 7 и 8, прекращая этим поступление потоков импульсов на счетные входы счетчиков 10 и 12. Содержание Ny счетчика 12 с его информационного выхода через коммутатор 16 поступает на блок 13 цифрового отсчета. На последнем появляется цифра, отТражающая величину поглощения- образца .

Т

N.

10

Выбором величины 1/10 путем подбора коэффициента пересчета счетчика 12,. можно легко установить требуемую точность и разрещающую способность (количество знаковых разрядов) цифрового отсчета измеряемой величины поглощения света. Таким образом спек трофотометр путем автоматического выбора времени измерения t, в зависимости от заранее задаваемой точности (выбором коэффициента k) обеспечивает высокую точность калибровки и измерения при различных уровнях интенсивности эталонного излучения Ijj . Основание степени 10 для показателя степени - коэффициента k - выбрано в целях упрощения отображения блоком 13 цифрового отсчета как абсолютных, так: и процентных значений величины Т, что в данном случае до- стигается соответствующей простой расстановкой запятой децимального

числа - результата измерений. Так, например, при N 10 и N,(5000 абсолютное значение Т равно величине 0,500; процентное, соответственно, 50,0%. Следовательно, упрощается практическая реализация блока 13 цифрового отсчета, так как не требуется использование арифметико -логи- ческих или других схем, реализующих

5 ю f5 20 25

30 5 дО з

0

5

функцию определения отношениях двух последовательно поступающих чисел. Для достижения возможности не- - посредственного отсчета на блоке цифрового отсчета значения оптической плотности (экстинкции) образца D

lg на блок 14 управления подается команда D, после чего сигнал управления с шестого выхода блока 14 управления поступает на заправляющий вход цифрового логарифмического преобразователя 15. Подключенный к вы- ходу третьего ключа 8 преобразователь 15 преобразует число N импульсов, пропорциональных значению Т (поступаюш 1Х с выхода преобразователя 5), реализуя функцию lg-( )

lg р D. После этого преобразования

цифровое значение оптической плотности через коммутатор 16 режимов отсчета поступает на блок 13 цифрового отсчета. Преобразователь 15 содержит двоичный счетчик - счетчик адресов и постоянное запоминающее устройство, причем адресный вход последнего подключен к информацион- ному выходу счетчика адресов.В режи-. ме измерения оптических величин поглощения образца импульсы с выхода третьего ключа 8 в течение времени изме- р ения t накаплива отся счеТчиком в виде числа N. Содержание этого счетчика используется для адресации постоянного запоминающего устройства, в котором для каждого адреса, кото- рьй определяется числом N, записано соответствующее значение величины D согласно соотношению

1 -Ig ,.

Таким образом, подключение информационного выхода цифрового логарифмического преобразователя 15 через коммутатор 16 режимов отсчета к блоку 13 цифрового отсчета можно точно и надежно отобразить измеренную величину поглощения света - оптическую плотность D исследуемого образца.

Отсутствие в спектрометре инерционных, имеющих весьма ограниченную точность механических подвижных сое динений (из-за неизбежных люфтов и трений в них), приводит к повышению точности калибровки - фиксации эталонного уровня светопропускания оптического канала измерения и, слё- довательно, в целом к резкому пЬвыше- нию точности измерения спектрофотометром величин поглощения света.

Формула изобретения

1. Спектрофотометр, содержащий: оптически связанные источник света кювету для образца и фотоэлектрический преобразователь, а также преобразователь напряжение - частота,через усилитель соединенный с фотоэлектрическим преобразователем, блок управления и блок цифрового отсчета, о т- личающийся- тем, что, с целью повьшения точности и надежности/ он дополнительно содержит генератор тактовых импульсов, первый второй и третий ключи, каждьй из которых снаб жен управляющим входом, информационным входом и выходом, реверсивный счетчик, счетчик импульсов, регистр к коммутатор режимов отсчета, причем выход преобразователя напряжение - частота соединен с информационным входом третьего ключа, выход которого соединен со счетным входом счетчика импульсов, информационный выход счетчика импульсов соединен с первым входом коммутатора режимов отсчета,

5

выход коммутатора режимов отсчета соединен с блоком цифрового.отсчета, выход генератора тактовых импульсов соединен с информационными входами первого и второго ключей, выход первого ключа соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, выход второго ключа - с вычитающим входом реверсивного счетчика, информационный выход реверсивного счетчика через регистр соединен с входом параллельной записи информации этого счетчика, выход прямого переноса счетчика импульсов соединен с первьм входом блока управления, выход обратного переноса реверсивного счетчика соединен с вторым входом блока управления, первый, второй, третий, четвер- 0 тый и пятый выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами третьего ключа, первого ключа, второго ключа, регистра и коммутатора режимов отсчета.

2. Спектрофотометр по п. 1 о т- л и ч а ю щ и и с я тем, что он дополнительно снабжен логарифмическим преобразователем, вход которого соединен с выходом третьего ключа, выход - с вторым входом коммутатора режимов отсчета, а управляющий вход - с шестым выходом блока управления.

5

0

Изобретение относится к области оптического спектрального приборостроения. Целью изобретения является повышение точности и надежности. Свет от источника 1 проходит через кювету 2 и попадает на фотоэлектрический преобразователь 3. Электрический сигнал усиливается и преобразуется в частоту с помощью преобразователя 5, Генератор 9 через ключи 6 и 7 подключен к суммирующему и вычитающему .входам реверсивного счетчика 10, преобразователь 5 через ключ 8 - к счетчику 12 импульсов, информационньй выход которого подключен к первому входу коммутатора 16 режимов отсчета. Выход коммутатора 16 соединен с блоком 13 цифрового отсчета. После накопления в счетчике 12 числа импульсов 10 с выхода прямого переноса этого счетчика поступает сигнал на первый вход блока 14 управления, а с выходов этого блока поступают сигналы на управляющие входы ключей 6, 7 и 8, коммутатора 16 и регистра 11. Вход регистра 11 соединен с информационным выходом счетчика 10, а выход - с входом параллельной записи счетчика 10. }5ыход обрат- ног о переноса счетчика 10 соединен с вторым входом блока 14. В спектрофотометре имеется логарифмический преобразователь 15, управляющий вход которого подключен к шестому выходз;- блока 14. Вход логарифмического преобразователя 15 соединен с выходом ключа 8j а выход - с вторым входом коммутатора 16. В спектрофотометре не требуется использования арифметико-логических схем, а также механических подвижных соединений, что приводит к повьшекию точности и надежности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. (О СО -4 ssrf