Устройство для оптического измерения объемной концентрации частиц в светорассеивающих средах Советский патент 1989 года по МПК G01N15/02 

содержит источник 12 опорного напряжения, два усилителя 13 и 14 мощности, генератор 15 тактовых импульсов и последовательно соединенные компаратор 16 и инвертор 17. Каждый из измерительных каналов 8 и 9 содержит последовательно соединенные согласующий усилитель 18 и дифференциальный усилитель 19 напряжения, к выходу KO-JQ налу 2 через кювету 3 с исследуемой торого подсоединены два ключа 20 средой и воспринимается фотоприемниканала 9. При этом напряжение с источника 12 опорного напряжения пода- ется на второй вход усилителя 19, усиливается и через усилитель 14 мощности, выполненный однополярным, подается на источник 5 излучения. Свет, излучаемый источником 5 излучения, проходит по второму оптическому ка20

30

и 21. Выход первого ключа 20 соединен с первым конденсатором 22 и с входом коррекции смещения нуля сог- ласунлцего усилителя 18. Выход второ- 15 го ключа 21 соединен со вторым конденсатором 23 и является выходом измерительного канала 8 (9). Второй вход усилителя 19 напряжения каждого канала через третий ключ 24 соединен с источником 12 опорного напряжения. Согласующий усилитель 18 каждого канала снабжен блоком 25 регулирования коэффициента усиления. В качестве регулирующего элемента быть использован полевой транзистор. Управляющий вход блока 25 регулирования коэффициента усиления первого канала 8 соединен с выходом компаратора 16, а управляющий вход блока 25 регулирования коэффициента усиления второго канала 9 соединен с выходом инвертора 17. Выход усилителя 19 напряжения каждого канала 8 (9) через соответствующий усилитель 13 (14) мощности соединен с соответствующим источником 4 (5) излучения. Генератор 15 тактовых импульсов состоит из последовательно соединенных генератора 26 импульсов, счетчика 27 и дешифратора 28. Первый выход дешифратора 28 соединен с управляющими входами первых ключей 20 каждого канала, второй выход с управляющими входами второго ключа 21 первого канала .с 8 и третьего ключа 24 второго канала 9.

Устройство работает следующим образом.

При первом такте с генератора 15 замыкаются ключи 20 измерительных каналов 8 и 9. При этом возникает полная отрицательная обратная связь, которая уменьшает смещение нуля каждого измерительного- канала 8 и 9. Напряжение, корректирующее смещение нуля, запоминается на конденсаторе 22 Во втором такте замыкается ключ 21 первого канала 8 и ключ 24 второго

ком 7. Напряжение с эыхода согласующего усилителя 18 поступает на первый вход усилителя 19 напряжения и сравнивается с напряжением источника 12 опорного напряжения. Усилитель 19 напряжения при этом выполняет функцию усиления рассогласования ошибки и за счет возникающей отрицательной обратной связи через оптический канал 2 поддерживает напряжение на выходе согласующего усилителя 18 постоянным и независимым от поглощения света исследуемой средой, от коэффи- 25 циента преобразования источника 5 излучения, чувствительности фотоприемника 7 и коэффициента усиления согласующего усилителя 18. Свет, про- ход ящий по оптическому каналу 2 через исследуемую среду, рассеивается на частицах и попадает на фотоприемник 6 первого канала 1, сигнал которого поступает на вход измерительного канала 8, где усиливается усили- I тёлями Г8 и 19 и через замкнутый

ключ 21 запоминается на конденсаторе 23. В третьем такте ключ 21 измерительного, канала 8 размыкается и на конденсаторе 23 сохраняется напряжение, пропорциональное величине сигнала, полученного с выхода согласующего усилителя 18. Кроме того, в

этом такте замыкается ключ 24 изме- I,

рительного канала 8, который тем самым переводится в режим работы, аналогичный режиму работы измерительного канала 9 во втором такте. В измерительном канале 9 размыкается ключ 24 и замыкается ключ 21, что переводит его в режим усиления сигнала с фотоприемника 7, принимающего в этом также рассеянный свет. Работа измерительного канала 9 в третьем такте аналогична работе измерительного канала 8 во втором такте. Далее сигналы с выходов измерительных каналов 8 и 9 сравниваются между собой компаратором 16, сигнал с выхода которого

35

40

50

55

налу 2 через кювету 3 с исследуемой средой и воспринимается фотоприемниканала 9. При этом напряжение с источника 12 опорного напряжения пода- ется на второй вход усилителя 19, усиливается и через усилитель 14 мощности, выполненный однополярным, подается на источник 5 излучения. Свет, излучаемый источником 5 излучения, проходит по второму оптическому ка0

0

с

ком 7. Напряжение с эыхода согласующего усилителя 18 поступает на первый вход усилителя 19 напряжения и сравнивается с напряжением источника 12 опорного напряжения. Усилитель 19 напряжения при этом выполняет функцию усиления рассогласования ошибки и за счет возникающей отрицательной обратной связи через оптический канал 2 поддерживает напряжение на выходе согласующего усилителя 18 постоянным и независимым от поглощения света исследуемой средой, от коэффи- 5 циента преобразования источника 5 излучения, чувствительности фотоприемника 7 и коэффициента усиления согласующего усилителя 18. Свет, про- ход ящий по оптическому каналу 2 через исследуемую среду, рассеивается на частицах и попадает на фотоприемник 6 первого канала 1, сигнал которого поступает на вход измерительного канала 8, где усиливается усили- I тёлями Г8 и 19 и через замкнутый

ключ 21 запоминается на конденсаторе 23. В третьем такте ключ 21 измерительного, канала 8 размыкается и на конденсаторе 23 сохраняется напряжение, пропорциональное величине сигнала, полученного с выхода согласующего усилителя 18. Кроме того, в

этом такте замыкается ключ 24 изме- I,

рительного канала 8, который тем самым переводится в режим работы, аналогичный режиму работы измерительного канала 9 во втором такте. В измерительном канале 9 размыкается ключ 24 и замыкается ключ 21, что переводит его в режим усиления сигнала с фотоприемника 7, принимающего в этом также рассеянный свет. Работа измерительного канала 9 в третьем такте аналогична работе измерительного канала 8 во втором такте. Далее сигналы с выходов измерительных каналов 8 и 9 сравниваются между собой компаратором 16, сигнал с выхода которого

5

0

0

5

поступает в измерительньй канал 8 на блок 25 регулирования коэффициента усиления согласующего усилителя 18 и уменьшает (или увеличивает) его усиление, если сигнал на выходе измерительного канала 8 больше (меньше) сигнала на выходе измерительного канала 9. При регулировке усиления в измерительном канапе 9 на последний поступает сигнал с компаратора 16 через инвертор 17, Таким образом, сигналы с выходов измерительных каналов всегда уравниваются. Кроме того, сигналы с выходов измерительных каналов 8 и 9 суммируются сумматором 10 и поступают на индикатор 11, который предварительно проградуирован в единицах концентрации исследуекых частиц. Снимая показания с индикатора 1 1 , можно получить информацию об объемной концентрации частиц в исследуемой среде.

Формула изобр

30

35

Устройство для оптического измерения объемной концентрации частиц, в светорассеивающих средах, содержащее измерительную камеру с двумя оптическими каналами, оси которых пересекаются между собой в измерительной кювете с исследуемой средой, помещенной в камеру, два источника излучения, установленные на входах оптических каналов, два фото приешика, помещенных на выходах оптических кд- налов, первый и второй измерительные каналы, входы которых соединены с соответствующими фотоприемниками, ге- 40 нератор тактовых импульсов, суммирующий усилитель, два входа которого соединены с выходами измерител ьных каналов, а выход подключен к индикатору, при этом каждый измерительный канал содержит последовательно соединенные согласующий усилитель и усилитель напряжения, выход которого подключен к входам первого и второго ключей, выход первого ключа соединен 50 с первым конденсатором и с входом

коррекции смещения нуля согласукхцего. усилителя, выход второго ключа соединен с вторым конденсатором и явля- ется выходом измерительного канала, управляющий вход первого ключа каждого измерительного канала соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, управляющий вход второго

0 ключа первого измерительного канала соединен с вторым выходом генератора тактовых импульсов, третий выход которого подключен к управляющему входу второго ключа второго измеритель15 нога канала, отличающееся тем, что, с целью повышения точности

измерения за счет адаптивного изменения интенсивности источников света и устранения процедур нелинейного 20 преобразования, устройство дополнительно содержит компаратор, инвертор, источник опорного напряжения, два усилителя мощности, в каждый измерительный канал дополнительно вве- е т е и и я 25 дены третий ключ, блок регулировки коэффициента усиления согласующего

усилителя, при этом входы усилителей мощности подключены к соответствую- . щим выходам усилителей напряжения, выходы усилителей мощности соединены с источниками излучения, выходы измерительных каналов подключены к входам компаратора, выход которого соединен с блоком регулирования коэффициента усиления согласующего усилителя первого измерительного канала и с входом инвертора, выход инвертора подключен к блоку регулирования коэффициента усиления согласующего усилителя второго измерительного канала, вход третьего ключа соединен с источником опорного напряжения, а его выход подключен к дополнительному входу усилителя напря- jj жения, управляющий вход третьего ключа первого измерительного канала соединен с третьим выходом генератора тактовых импульсов, второй выход которого подключен к управляющему входу третьего ключа второго измерительного канала.

30

40 50

jj

35

40 50

jj

ю

«

ет

«о

ы

паш1

/V

//

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для оптического измерения объемной концентрации частиц в жидкостях и может быть использовано в биологии, химии и других отраслях науки и техники. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет адаптивного изменения интенсивности источников света и устранения процедур нелинейного преобразования. Устройство включает измерительную камеру, содержащую два оптических канала, оси которых пересечены между собой в измерительной кювете с исследуемой средой. Два источника излучения установлены на входах оптических каналов и два фотоприемника - на выходах оптических каналов. Имеется два измерительных канала, входы которых соединены с соответствующими фотоприемниками. Кроме того, в устройство введены компаратор, источник опорного напряжения, инвертор и два усилителя мощности, а согласующие усилители каналов измерения снабжены блоками регулирования коэффициентов усиления, что позволяет сократить измерительную цепь, исключить из устройства нелинейные преобразователи и адаптивно регулировать интенсивность источников излучения, в результате чего обеспечивается повышение точности измерения объемной концентрации частиц. 1 ил.