Фотометр Советский патент 1989 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к приборостроению, а именно к фотометрии, и может быть использовано для определения состава веществ, а также для фотометрирования изменяющихся во времени поглощающих растворов и свето- рассеивающих дисперсных систем различной природы.

Целью изобретения является повы- Ьение точности и увеличение быстродействия фотометра.

На чертеже представлена структурная схема фотометра. .

Фотометр содержит источник 1 света, светоделительное устройство 2, оптические тракты 3 и 4, модулятор 5, фотопреобразователь 6 с управляемым коэффициентом преобразования, трехканальный синхронный коммутатор 7 для измерительного, эталонного и темнового каналов, соединенный со схемой 3 регистрации, управляющий выход ко- ,

торой соединен с управляющим входом фотопреобразователя. Эталонный и измерительный выходы коммутатора 7 сое- длнены также со входами двухканаль- ного интегратора 9, выходы которого через двухканальный синхронньм коммутатор 10 соединен со входом первого регулируемого делителя 11 и первым входом второго дифференциального усилителя 12. Первый вход первого дифференциального усилителя 13 и вход BJToporo регулируемого делителя 14 соединены с выходом фотопреобразова- . Выходы дифференциальных уси- Лителей 13 и 12 через дешифратор 15 знака соединены с управляющим входом фотопреобразователя.

Фотометр работает следующим образом.

Световой поток источника 1 устройством 2 разделяют на два луча, Ири этом один из лучей проходит че- измерительный тракт 3,-а другойЧерез эталонньй тракт 4. Световые по токи каждого тракта модулируют модулятором 5 так, что они попадают на фотопреобразователь 6 в разное время и, кроме того, между ними имеется темновая пауза, в которую свет не попадает на фотопреобразователь. Сигналы с выхода преобразователя 6 поступают на коммутатор 7, где разделяются по трем каналам: измерительному эталонному и темновому. Эталонный и Измерительный сигналы обрабатывают в схеме 8 регистрации, а информация по темновому каналу используется для коррекции дрейфа темнового тока и нуля усилителей, через связь управт ляющего вькода схемы 8 регистрации с управляющим входом фотопреобразователя 6.

Измерительный и эталонньй сигналы интегрируют двухканальным интегратором 9, на выходах которого образуются средние за время интегрирования сигналы и Ug.cp -Усредненный сигнал и,, измерительного канала с

°.

интегратора через коммутатор 1U поступает на вход делителя 11 и первый вход дифференциального усилителя 12. Мгновенный сигнал и„ измерительного канала в это же время поступает на вход делителя 14 и на первый вход дифферен1щального усилителя 13. На вторые входы дифференциальных усилителей 13 и 12 поступают сигналы

и.с

K U и - параметр регулирования; с делителей 11 и 14 соответственно. Таким образом, на входы дифференциального усилителя 13 подаются сигналы U| и K-UU рр, а на входы дифференциального усилителя 12 - U, и К-и,

Если выполняется неравенство

K U(,, - U, то на выходах усили,1 г

телей образуются разнополярные напряжения (для определенности + на усилителе 12 и - на усилителе 13), которые не пропускаются дешифратором 15 знака.

Поэтому мгновенный сигнал V поступает на коммутатор .7 неизменным. Если вследствие случайной помехи сигнал Un будет больше, чем ---Ucp, то

усиленньШ отрицательный сигнал с выхода дифференциального усилителя 12 пройдет через дешифратор 15 знака и через управлякодий вход фотопреобразователя 6 уменьшит коэффициент преоб- разования таким образом, чтобы разность Уц - - UCP равнялась нулю. Таким образом, сигнал, поступающий на коммутатор j будет ограничен и равен

Если, напротив, мгновенный сигнал .р, то положительное усиленное напряжение с усилителя 13 через дешифратор 15 знака и управляющий вход фотопреобразователя 6 увеличит койф- фициент преобразования таким образом, чтобы разность U „-К-U p равнялась ну- лю. Таким I образом, сигнал, поступающий на коммутатор 7, будет, усилен до величины K-Ucp.

Итак, в зависимости от величины входного сигнала схема коррекции помехи подает на коммутатор, ограниченный сигнал;

1

, если К.и,.,и.. и

К ср

огр

J и,р, если Ui,i. «)

K-Ucp , если UM K Ucp Выбирая соответствующим образом коэффициент деления К для делителей

11 и 14 (например К

0,9, «1,1),

можно ограничивать величину помехи на заданном уровне (например ± 10%).

Важно отметить, что абсолютный уровень ограничения устанавливается ка основе усредненного интегратором 9 значения , а ограниченная величина помехи обеспечивает помехоустойчивость этого среднего значения . Аналогичным образом работает схема

и для эталонного сигнала.

Определим эффективность подавления помех в предложенном фотометре. Пусть усредненный сигнал на интеграторе 9 образуется усреднением по выборке п значений Uj за время интегрирования

1

-Р п 1.

(2)

Дисперсия среднего значения U дается формулой

б (и) - 1 . (3)

где дисперсия случайной величины U .

Если, например, помеха равномерно распределена в диапазоне lU ,-- U |

:CK,, где KjVcp- амплитуда помехи, С - случайное число, равномерно распределенное на интервале - 0,5; +0,5} , то расчет дает

) ,

г i

(4)

При работе схемы амплитудной коррекции амплитуда помехи становится равной (1-К) и , а дисперсия усредненного ограниченного сигнала

г - п - /« (5)

Ir- (1 - к)и,уп.

Таким образом, выигрьш измерений равен

-11 (.b)U

5. т/- - о /.

Ч-К 24

При значительных импульсных помехах () и малом уровне ограничени (K/vl, 1-К «1) формула (6) предсказывает квадратичное уменьшение дисперсии и существенный выигрьш в точности. Пример (100%-ая помеха), К 1,1 имеем .

Выбор коэффициента деления регулируемых делителей 11 и 12 связан с кинетикой изучаемых процессов. Изменение среднего сигнала на интеггэато- ре 9 за время выборки одного значения О (ступень квантования в цифровом интеграторе или время выборки в аналоговом интеграторе) определяется соотношением

UepCt Ч- ,) Uep(t) 1 +

dlnUcp dt

(7)

Отсюда следует, что оптимальный 5 коэффициент деления К регулируемых делителей должен выбираться по закону

0

5

К -dipf -с,.

Чем больше скорость изменения сигнала, тем больше должен быть диапазон ограничения входного сигнала.

Если оптическая плотность D на определенном участке времени описывается линейным законом

D + Kjt) , (8)

где К - коэффициент пропорциональ- 0 кости, то

iqu ср - (1 + Kjt) (9)

и коэффициент деления К должен быть 5 К K.J. i:,-0,434. (10)

: Таким образом, оптимальный коэффициент деления регулируемых делителей пропорционален относительной скорости изменения оптической плот0 ности.

Для переходных процессов с большими скачкообразными скоростями изменения сигналов необходимо отключение схемы регулирования для предва-

5 рительного накопления информации на интеграторе 9. В реализованном приборе включение схемы коррекции происходит после 2-4 постоянных времени интегрирования.

0

Формула изобретения

Фотометр, содержащий последовательно установленные и оптически связан- ные источник света, светоделительное устройство, два оптических тракта, модулятор и фотопреобразователь с управляемым коэффициентом преобразования, выход которого соединен с входом трехканального синхронного коммутатора с выходами измерительного, эталонного и темнового каналов, выходы коммутатора подключены к соответствующим входам схемы регистрации, выход которой соединен с управляющим входом фотопреобразователя, интегратор и два делителя напряжения, о т- личающийся тем, что, с целью повышения точности и увеличения

0

5

быстродействия, в него введены двух- канальный синхронный коммутатор, два дифференциальных усилителя и дешифратор знака, интегратор выполнен двухканальным, а оба делителя напряжения - регулируемыми, при этом выходы измерительного и эталонного каналов трехканального синхронного коммутатора соединены с входами двухка- нального интегратора, выходы которого через двухканальный синхронный комму

татор соединены с входом первого делителя и первым входом второго дифференциального усилителя, вход второго делителя и первый вход первого дифференциального усилителя подключены к выходу фотопреобразователя, выходы делителей соединены с вторыми входами соответствующих дифференциальных усилителей, выходы которых через дешифратор знака соединены с упранляющим входом фотопреобразователя.

Изобретение относится к приборостроению, а именно к фотометрии, и может быть использовано для определения состава веществ, а также для фотометрирования изменяющихся во времени поглощающих растворов и светорассеивающих дисперсных систем различной природы. Целью изобретения является повышение точности и увеличение быстродействия фотометра. Фотометр содержит последовательно установленные источник света, светоделительное устройство, оптические тракты, модулятор, фотопреобразователь с управляемым коэффициентом преобразования, трехканальный синхронный коммутатор для измерительного, эталонного и темнового каналов и схему регистрации с управляющим выходом для коррекции дрейфа темнового тока и нуля усилителей, соединенным с управляющим входом фотопреобразователя, двухканальный интегратор, двухканальный синхронный коммутатор, два регулируемых делителя напряжения, два дифференциальных усилителя и дешифратор знака. Измерительный и эталонный выходы трехканального синхронного коммутатора соединены с входами двухканального интегратора, выходы которого через двухканальный синхронный коммутатор соединены с входом первого делителя и первым входом второго дифференциального усилителя, первый вход первого дифференциального усилителя и вход второго делителя соединены с выходом фотопреобразователя, выходы делителей соединены с вторыми входами дифференциальных усилителей, выходы которых через дешифратор знака соединены с управляющим входом фотопреобразователя. 1 ил.