Скоростной спектрофотометр Советский патент 1988 года по МПК G01J3/42 

ND

О

оо

00

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для определения цвета объекта, например жидкого кристалла в холестери- ческой мезофазе.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг. 1 представлена структурная схема скоростного спектрометра; на фиг. 2 - функциональная схема электронного детектора максимума.

Скоростной спектрофотометр содержит первый монохроматический осветитель 1,второй монохроматический осветитель 2, первую выходную щель 3 и вторую выходную П1ель 4, фокусирующий объектив 5, держатель 6 для образца с объектом исследования, фотоэлектрический преобразователь 7, электронный детектор 8 максимума, триггер 9 со счетным входом, логический элемент И 10, генератор 11 образцовой частоты, счетчик 12 импульсов и блок 13 индикации.

Электронный детектор 8 максимума состоит (фиг. 2) из дифференцирующих операционных усилителей 14 и 15, детектора 16 нуля, порогового детектора 17, логического элемента И 18 формирующего элемента 19.

Первый и второй монохроматические осветители I и 2 включают источник света, конденсаторные линзы, диспергирующие элементы (призмы), вращающиеся зеркала, расположенные на общей оси вращения и фокусирующие линзы.

Скоростной спектрофотометр работает следующим образом.

Изображение каждого из спектров, формируемых осветителями 1 и 2, фокусируется в плоскости соответствующих нхелей 3 и 4, которые вырезают из спектра узкие участки, соответствующие длинам волн в интервале Л.. Щели расположены в фокальной плоскости объектива 5, который проецирует изображение обоих спектров на объект исследования, закрепленный в держателе 6.

В статике при неподвижных зеркалах осветителей 1 и 2 изображение спектра попадает только на одну из щелей (на фиг. 1 для определенности принято попадание изображения для осветителя 1) и объект в держателе 6 освещается монохроматическим светом с длинами волн из интервала Л..

При вращении зеркал осветителей 1 и 2 изображение спектра перемещается по плоскости щели 3, 4 и она засвечивается последовательно во времени длинноволновыми (красный), а затем коротковолновыми (фиолетовый) участками спектра. Объект исследования соответственно освещается в той же последовательности светом, изменяющим цвет от красного к фиолетовому. По окончании сканирования спектра по щели 3 осветителя 1 начинается сканирова

ние спектра, формируемого осветителем 2 на щели 4. Это достигается определенным угловым смещением плоскости зеркала осветителя 2 по отношению к плоскости

зеркала осветителя 1, расположенных на одной и той же оси вращающегося двигателя. В отличие от указанного выще порядка следования длин волн спектра от осветителя I по щели 3 спектр от осветителя 2 по щели 4 перемещается в обратном порядке, т. е. начиная с коротковолновой (фиолетовой) и заканчивая длинноволновой (красный) частями спектра. Это достигается специальным зеркально- симметричным расположением диспергирующих элементов (призм) осветителей 1 и 2, т. е. направления дисперсии противоположны.

Поэтому после освещения объекта исследования спектром, формируемым осветителем 1 через щель 3 в порядке убывания длин волн от красного к фиолетовому, происходит освещение объекта исследования спектром, формируемым осветителем 2 через щель 4 в порядке возрастания длин волн от фиолетового к красному. При этом интенсивность отраженного (пропущенного) объектом излучения имеет два максимума, первый из которых образуется при сканировании спектра через щель 3 от красного к фиолетовому цвету, а второй - при сканировании спектра

через щель 4 от фиолетового к красному цвету. Эти два максимума, фиксирующие совпадение спектральной составляющей Л. светового потока, попадающего на объект исследования, с цветом объекта, однозначно определяют цвет (дополнительный цвет)

исследуемого образца.

Отраженное (пропущенное) объектом исследования излучение поступает в фотоэлектронный преобразователь 7, на выходе которого формируется электрический сигнал,

имеющий следующие друг за другом максимумы тока, моменты появления которых соответствуют моментам совпадения спектральной составляющей ДЯ, светового потока, попадающего на объект исследования, с цветом объекта. Этот электрический сигнал

поступает на вход электронного детектора 8 максимума, который для каждого из максимумов тока, поступающих на его вход, формирует короткий острый импульс, передний фронт которого соответствует во времени моменту появления одного из максимумов входного электрического сигнала. При одном сканировании составного спектра выходной сигнал электронного детектора 8 максимума имеет вид двух коротких острых импульсов, которые поступают на счетный вход триггера 9. Первый из

этих импульсов перебрасывает триггер 9 в единичное состояние, а второй возвращает триггер 9 в нулевое (исходное) состояние. При единичном состоянии триггера 9 сигнал

с его выхода поступает на второй вход логического элемента 10 и разрешает поступление импульсов от генератора 11 образцовой частоты на счетный вход счетчика 12. Процесс накапливания импульсов от генератора 11 через элемент И 10 в счетчике 12 продолжается до момента поступления от электронного детектора 8 максимума второго короткого острого импульса на счетный вход триггера 9. Триггер 9 возвращается в нулевое состояние и закрывает элемент И 10, который перестает пропускать импульсы от генератора 11. При этом в счетчике 12 фиксируется число, соответствующее удвоенной длине волны спектра, для которой формировались максимумы электрического сигнала на выходе фото.электронного преобразователя 7.

Это число индуцируется с помощью блока 13 индикации.

В устройстве за счет использования двух монохроматических осветителей и из мерения с помощью электронного детектора максимума промежутка времени между двумя моментами максимальной интенсивности отраженного (пропущенного) объектом исследования излучения примерно в два раза повышается разрешающая способность по сравнению с прототипом, поскольку изменение цвета образца приводит к зеркально-симметричному смещению во времени обоих импульсов на выходе детектора 8, ограничивающих измеряемый интервал времени.

Кроме того, в устройстве оба момента, ограничивающие интервал времени, который определяет цвет (дополнительный цвет) объекта исследования за счет использования зеркально-симметричного составного спектра, формируются определяемым параметром исследуемого оптического сигнала - длиной волны максимального отраженного (пропущенного) излучения. Это исключает погрещности измерений, связанные с ограниченной чувствительностью фотопреобразователя, так как различные изменения чувствительности последнего не могут привести к смещению максимума тока относительно щумового тока, поскольку измеряются мо0

5

0

5

0

5

0

менты поступления двух максимумов тока. Применение электронного детектора максимума позволяет устранить погрешность, связанную с неточностью определения максимума тока на выходе фотопреобразователя, так как в предлагаемом устройстве фиксируется передний фронт короткого острого импульса.

Благодаря введению электронного детектора максимума, преобразующего электрический сигнал, появляется возможность использования устройства (при необходимости) в автоматизированных измерительных системах.

Формула изобретения

Скоростной спектрофотометр, содержащий оптически связанные первый монохроматический осветитель, снабженный узлом сканирования по спектру, фокусирующий объектив, держатель образца и фотоэлектрический преобразователь, а также систему регистрации, соединенную с фотоэлектрическим преобразователем, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерений, спектрофотометр дополнительно содержит второй монохроматический осветитель, снабженный узлом сканирования по спектру, направление дисперсии второго монохроматического осветителя противоположно направлению дисперсии первого монохроматического осветителя, узлы сканирования по спектру первого и второго монохроматических осветителей кинематически сопряжены, система регистрации содержит электронный детектор максимума, триггер, логический элемент И, генератор образцовой частоты, счетчик импульсов и блок индикации, причем фотоэлектрический преобразователь соединен с входом электронного детектора максимума, выход которого соединен с входом триггера, выход триггера соединен с первым входом логического элемента И, второй вход логического элемента И соединен с выходом генератора образцовой частоты, выход логического элемента И соединен с входом счетчика, выход которого соединен с блоком индикации.

-Цпит Фиг. 2

Изобретение относится к оптическому нриборостроению и может быть ис- иользовано для определения цвета об ьск- та. Цель изобретения - гювьннение гоч- ности измерений. Излучение определенного спектрального состава, формируемого мояо- х)()матическим осветителем 1, iipoeiuil veTся на объект. По окончании сканирования осветителя 1 начинается сканирование спектра излучения осветителя 2. При раз- личны.х направлениях дисперсии осветителей 1 и 2 на фотоэлектрическом преобразователе образуется сигнал, характеризующий отражение или пропускание исследуемого . Этот сигнал представляет собой два максимума, поступающих на электронный ;1етектор максимума 8. Преобразованный до двух коротких острых импульсов сигнал поступает на триггер 9, а затем на элемент И 10. На другой вход элемента И поступают импульсы от генератора II. Число импульсов подсчитывается счетчиком 12 и индицируется блоком 13. Применение э.1ектронного детектора макси мума позволяет устранить погрешность, связанную с неточностью онределения максимума тока на выходе фотопреобразователя. 2 ил. С (Л