Спектрофотометр Советский патент 1989 года по МПК G01J3/42 

со СП ot N ел

Изобретение относится к области оптического спектрального приборостроения.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

поступает на вход временного ослабителя 16 и далее вход дифференциального усилителя 14. С выхода преобразователя 13 напряжение, соответствующее фототоку

На фиг. 1 приведена структурная схе- компенсационного канала 8, поступает на ма спектрофотометра; на фиг. 2 - прин- -

ципиальная схема блока измерения фототоков.

Спектрофотометр содержит осветитель 1 с монохроматором и расположенные по ходу луча светоделитель 2 и далее в измерительном канале 3 держатель 4 образцов с образцами 5 и 6 исследуемого материала, фотоприемник 7, встроенный в фотометрический шар. В компенсационном канале 8

другой вход усилителя 14. Усиленный разностный сигнал с выхода усилителя 14 поступает на вход регистратора 15.

Работа временного ослабителя 16 производится следующим образом. В данной схеме применение пары ключей, один из которых соединен последовательно между источником и приемником сигнала, а другой включен между входом и землей, позволяет значительно уменьшить

по ходу луча расположена регулируемая 15 емкостную проводимость ключей на поле- диафрагма 9 и фотоприемник 10, встроен- вом транзисторе. При противофазной работе этих двух ключей, т. е. всегда открыт только один, в обоих состояниях схемы получается хорошее сочетание параметров, а именно дает очень малую утечку в выключенков каналов в напряжение и последова- 20 цом состоянии и хорошую линейность без тельно соединенных усилителя 14, регистра- существенного ослабления во включенном

состоянии. Различное ослабление сигнала производится регулировкой скважности импульсов, поступающих с выхода генератоный в фотометрический шар. Выходы фотоприемников 7 и 10 подключены к входу блока 11 измерения фототоков, состоящего из двух преобразователей 12 и 13 фотототора 15. Между преобразователем 12 фототока измерительного канала и усилителем 14 введен временной ослабитель 16. На оптические каналы и светоделитель установлен тс ра 20 импульсов на затворы ключей 18

ол ..-It-.1-

светозащитный кожух 17. Временной ослабитель состоит из двух электронных ключей 18 и 19. Ключ 18 соединен последовательно выходу преобразователя 12 фототока и входу усилителя 14, а затвор его соеи 19. Значение сопротивления нагрузки RH выбирается компромиссным. При большом увеличивается емкостное прохождение сигнала в состоянии «Выкл., малое сопротивление с другой стороны вызывает ослабдинен с выходом генератора 20 импуль- 30 ление сигнала из-за делителя напряжения.

сов. Ключ 19 включен параллельно выходу временного ослабителя, а его затвор соединен с выходом генератора импульсов через инвертор 21.

Спектрофотометр работает следуюолим образом.

Подается питание в осветитель 1, блок 11 измерения .фототоков, временной ослабитель 16. Световой пучок формируется осветителем 1 и попадает в светоделитель 2, который делит его на две примерно равных по интенсивности части. Прямо прошедший световой пучок попадает в измерительный канал 3, а отраженный от полупрозрачной грани светоделителя 2 пучок попадает в компенсационный канал 8. В

образованного сопротивлением проводящего полевого транзистора и сопротивлением нагрузки. Слишком аизкое сопротивление нагрузки проявляется и на входе ключа, нагружая входной сигнал. В предлагаемом 35 варианте происходит компенсация емкостной утечки ключей на полевом тран; исто- ре, поэтому выбрано достаточно большим.

дл Производят оценку точности работы предлагаемого временного ослабителя.

Полевой транзистор обогащенного типа не проводит ток при заземленном затворе или при отрицательном напряжении затвора. Пусть в генераторе 20 импульсов форПолевой транзистор обогащенного типа не проводит ток при заземленном затворе или при отрицательном напряжении затвора. Пусть в генераторе 20 импульсов форизмерительном канале 3 световой пучок про- 45 мируются импульсы положительной полярходит образец исследуемого материала (5 или 6) и попадает в окно фотометрического шара с фотоприемником 7. В компенсационном канале 8 световой пучок, выходящий из светоделителя элемента, прохоности длительности t и периодом повторения Т, когда в промежутках между импульсами сопротивление сток-исток ключа 18, как правило, не менее 500 МОм (.), сигнал не проходит через ключ. Подача на

дит через регулируемую диафрагму 9 и по- 50 затворе ключа 18 напряжения 10 В припадает в окно фотометрического шара с фо- водит канал сток-исток в проводящее состоприемником 10. Световые сигналы преобразуются в фототоки приемников 7 и 10 и поступают на вход блока 11 измерения фототоков. Входные фототоки к&налов 3 и 8 поступают на вход преобразователей 12 и 13 тока в напряжение. С выхода преобразователя 12 напряжение, соответствующее фототоку измерительного канала 3,

U 55

тояние с типичным сопротивлением порядка 100 Ом (.). Схема не критична к значению уровня сигнала на затворе, поскольку он существенно больще положителен, чем это необходимо для поддержания малого Явкл..

Пусть сопротивление нагрузки 100 кОм, тогда емкостным прохождением

компенсационного канала 8, поступает на -

другой вход усилителя 14. Усиленный разностный сигнал с выхода усилителя 14 поступает на вход регистратора 15.

Работа временного ослабителя 16 производится следующим образом. В данной схеме применение пары ключей, один из которых соединен последовательно между источником и приемником сигнала, а другой включен между входом и землей, позволяет значительно уменьшить

ра 20 импульсов на затворы ключей 18

..-It-.1-

и 19. Значение сопротивления нагрузки RH выбирается компромиссным. При большом увеличивается емкостное прохождение сигнала в состоянии «Выкл., малое сопротивление с другой стороны вызывает ослабление сигнала из-за делителя напряжения.

образованного сопротивлением проводящего полевого транзистора и сопротивлением нагрузки. Слишком аизкое сопротивление нагрузки проявляется и на входе ключа, нагружая входной сигнал. В предлагаемом варианте происходит компенсация емкостной утечки ключей на полевом тран; исто- ре, поэтому выбрано достаточно большим.

Производят оценку точности работы предлагаемого временного ослабителя.

Полевой транзистор обогащенного типа не проводит ток при заземленном затворе или при отрицательном напряжении затвора. Пусть в генераторе 20 импульсов формируются импульсы положительной полярности длительности t и периодом повторения Т, когда в промежутках между импульсами сопротивление сток-исток ключа 18, как правило, не менее 500 МОм (.), сигнал не проходит через ключ. Подача на

затворе ключа 18 напряжения 10 В при водит канал сток-исток в проводящее сос

55

тояние с типичным сопротивлением порядка 100 Ом (.). Схема не критична к значению уровня сигнала на затворе, поскольку он существенно больще положителен, чем это необходимо для поддержания малого Явкл..

Пусть сопротивление нагрузки 100 кОм, тогда емкостным прохождением

сигнала, которое для одиночного ключа составило около 1%, можно пренебречь, а ослабление сигнала, определяемое соотношением R« и Квыкл., составляет порядка 0,02%. Поскольку даже для промышленных оптических стекол коэффициент пропускания без учета поверхности в образцах длиной 250 мм в области спектра 0,5-1,1 мкм, как правило, не менее 0,8+0,85, то можно считать, что скважность управляющих импульсов (T/t) должна быть не более 1,25. Тогда погрешность коэффициента пропускания временного ослабителя 16 из-за погрешности работы ключей составляет не более 0,005%. Погрешность установки длительности импульсов составляет ±( + 10 не), а погрешность установки периода повторения импульсов не превышает ±ЫО Т. Тогда для частоты повторения импульсов 50 Гц получают погрешность установки скважности импульсов ±4-10. Таким образом, суммарная погрешность временного ослабителя 16 не превышает ±0,005%.

Процесс измерений производится следующим образом.

В измерительный канал 3 вводится длинный образец 5 и устанавливается на держатель 4 образцов. Временной ослабитель 16 устанавливается в положение с высоким коэффициентом пропускания, например, ,9 путем установки периода повторения импульсов Т и длительности импульсов положительной полярности t, открывающих ключ 18 при заданном периоде повторения. С помощью регулируемой диафрагмы 9 выравниваются сигналы в измерительном 3 и компенсационном 8 каналах по показанию регистратора 15 блока 11 измерения фототоков. Длинный образец 5 выводится из измерительного канала 3 и вместо него вводится короткий образец 6. При изменении длительности импульсов, посылаемых генератором 20 импульсов, изменяется коэффициент пропускания временного ослабителя 16 до тех пор, пока не исчезнет рассогласование сигналов в каналах 3 и 8, измеряемое регистратором 15.

Снимается отсчет по шкалам генератора 20 импульсов. Коэффициент пропускания слоя исследуемого материала толщиной , где L, / - длины образцов 5 и 6, рассчитывается по формуле

Показатель ослабления измеряемого материала рассчитывается по формуле

().

Испытания, проведенные на макете с использованием методики определения наиболее вероятной ошибки определения коэффициента пропускания образца, основанной на измерении набора образцов, показывают,

что она не превышает величины ±0,01%. Это соответствует погрешности определения спектрального показателя ослабления образцов с разницей длин 25 см ±2-10 ® , что на порядок точнее, чем в известном

15 спектрофотометре.

Формула изобретения

1.Спектрофотометр, содержащий оптически связанные монохроматический осветитель, светоделитель, измерительный канал, снабженный держателем образца и фотоприемником, и компенсационный канал, снабженный регулируемой диафрагмой и фотоприемником, а также блок измерения фототоков с первым и вторым входами и регистратором, первый и второй входы блока измерения фототоков соединены с фотоприемниками измерительного и компенсационного каналов соответственно, отличающийся

тем, что, с целью повышения точности измерений, блок измерения фототоков содержит первый и второй преобразователи фототока, дифференциальный усилитель и временной ослабитель, при этом первый вход блока измерения фототоков через первый

преобразователь фототока и временной ослабитель соединен с первым входом дифференциального усилителя, а второй вход блока измерения фототоков через второй преобразователь фототока соединен с вторым входом дифференциального усилителя, выход которого соединен с регистратором.

2.Спектрофотометр по п. 1, отличающийся тем, что временной ослабитель содержит генератор импульсов, инвертор, первый и второй электронные ключи, при этом

генератор импульсов соединен с управляющим входом первого электронного ключа и через инвертор - с управляющим р ходом второго электронного ключа, выход первого электронного ключа соединен с выходом временного ослабителя и входом второго

электронного ключа, выход которого соединен с общей шиной временного ослабителя.

12

r ,/

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению. Целью изобретения является повышение точности измерений. Излучение от монохроматического осветителя 1 поступает на светоделитель 2, где разделяется на измерительный канал 3 и компенсационный канал 8. В измерительном канале 3 установлен держатель 4 образцов и фотоприемник 7, в компенсационном канале 8 - регулируемая диафрагма 9 и фотоприемник 10. Выходы фотоприемников 7,10 соединены с блоком 11 измерения фототоков. В блоке 11 сигнал от фотоприемника 7 измерительного канала проходит через преобразователь 12 фототока, временной ослабитель 16 и поступает на вход дифференциального усилителя 14. Сигнал от фотоприемника 10 через преобразователь 13 поступает на другой вход усилителя 14. Усилитель 14 подключен к регистратору 15. Временной ослабитель 16 содержит генератор 20, соединенный с управляющим входом первого электронного ключа 18 и через инвертор 21 с управляющим входом второго электронного ключа 19. Ошибка измерений спектрофотометра не превышает величины ±0,01%, что на порядок точнее, чему прототипа. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

ipLfe.Z