Спектрофотометр Советский патент 1989 года по МПК G01J3/42 

i

(Л

151

ослабитель 7 с двумя C.OOGHWMJI лопастными секторами 8,9. Эти сектора имеют разные радиуоэ. Больший сектор 8 пересекает оптические оси измерительного и компенсационного канала, а меньиий сектор 9 только измерительного канала. Для этого оптические оси каналов параллельны, что достигается с помощью зеркала 26. Для оценки коэффициента пропускания секторного ослабителя слулшт блок 18. Величина коэффициента пропускания

1602 1

определяется путем подсчета :уль- сов вспьпиек светодиода 19 с помощью фотодиода 21 и счетчика 22. Ось оптической связи светодиода 19 и фотодиода 21 расположена от оси вращения секторов 8,9 на расстоянии, равном расстоянию от этой оси вращения до оптической оси измерительного канала.

д Погрешность определения спектрального показателя ослабления образца длиной 25 см (разность длин образцов) - . 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области оптического приборостроения. Целью изобретения является повышение точности измерений. Излучение от осветителя 1 с помощью светоделителя 2 разделяется на измерительный 3 и компенсационный 25 каналы. В устройстве имеется секторный ослабитель 7 с двумя соосными двухлопастными секторами 8, 9. Эти сектора имеют разные радиусы. Больший сектор 8 пересекает оптические оси измерительного и компенсационного канала, а меньший сектор 9 только измерительного канала. Для этого оптические оси каналов параллельны, что достигается с помощью зеркала 26. Для оценки коэффициента пропускания секторного ослабителя служит блок 18. Величина коэффициента пропускания определяется путем подсчета импульсов вспышек светодиода 19 с помощью фотодиода 21 и счетчика 22. Ось оптической связи светодиода 19 и фотодиода 21 расположена от оси вращения секторов 8, 9 на расстоянии, равном расстоянию от этой оси вращения до оптической оси измерительного канала. Погрешность определения спектрального показателя ослабления образца длиной 25 см (разность длин образцов) - 2^.10^-6 см^-1. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению.

Цель изобретения - повьш1ение точности измерений.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого .спектрофотометра

Спектрофотометр содержит осветитель 1 с монохроматором и расположенные по ходу луча светоделительный элемент (светоделитель)2 и далее в измерительном канале 3 дерлсатель 4 образцов с образцами 5 и 6 исследуемого материала, секторный ослабитель 7 с секторами 8 и 9 и блоком 10 регулирования, которЕЛЙ содержит два одинаковых зубчатых колеса 11 и 12; шестеррпо 13, двигатель 14, сателлнт- ное колесо 15 с водилом, червячную пару 16, шаговый двигатель 17; далее в измерительном канале имеется : блок 18 измерения коэффициента про- ; пускания, СОСТОЯ1ЦИЙ из светодиода : 19, подключенного к. выходу генератора 20 иш1ульсов, и фотодиода 21, подключенного к входу счетчика 22 и myльcoв, которые расположены напротив друг друга с противоположных .сторон секторов 8 и 9 и на том же радиусе от центра вращения се.кторов, что и оптическая ось измерительного канала, к счетчику и№73 льсов подключен хронометр 23, далее расположен фотоприемник 24, встроенный, в фотометрический шар. В комченсацион- ном канале 25 по ходу луча расположены зеркало 26, регулируемая диафрагма 27, сектор 8 секторного ослабителя 7 и фотоприемник 28, встроенный в фотометрический шар, Вькоды фотоприемников 24 и 28 измерительного 3 и компенсационного 25 каналов подключены к вход,у блока 29 измерения фототоков. На оптические каналы и светоделительньй элемент установлен светозащитный кожух 30, Секторный ослабитель 7 выполнен в виде двух секторов 8 и 9, посаженных на одну ось, причем сектор 8 с длиннь ш лопдг СТЯ1-1И находится одновременно в обоих

каналах, а сектор 9 с короткими лопастями - только в измерительном канале 3. Блок 10 регулирования имеет два одинаковых зубчатых колеса 11 и 12, каждое из которых соосно и

жестко связано соответственно с одним из секторов 8 или 9. Зубчатое колесо 11 входит в зацепление с шестерней 13, сидящей на валу двигателя 14, Са- теллитное колесо 15 входит в зацепление с зубчатыми колесами 11 и 12

и одновременно связано через червячную пару 16 с шаговым двигателем 17.

Спектрофотометр работает следующим образом.

0 Подают в осветитель 1, секторный, ослабитель 7, блок 10 регулирования, блок 18 измерения коэффициента пропускания и блок 29 измерения фототоков. При этом приводятся

5 во вращение секторы 8 и; 9 (с частотой порядка 50-100 Гц), Световой пучок формируется осветитепем 1 и попадает в светоделительный элемент 2, кото- рый делит световой пучок на две при- мерно равных- по интенсивности части. Световой пучок,прошедший прямо, по падает в измерительный канал 3, Световой пучок, отраженный от полупрозрачной грани светоделительного эле2 мента 2, попадает в компенсационный канал 25. В измерительном канале 3 световой пучок проходит образец (5 или 6) исследуемого-материала, секторы 8 и 9, которые находятся в по5

стоянном вращении, и попадает в окн фотометрического шара с фотоприемии ком 24.

Блок 18 измерения коэффрщиента пропускания секторного ослабителя 7 работает следующим образом. Под действием импульсов, поступающих с выхода генератора 20 импульсов, свето диод 19 излучает и fflyльcьI света той же частоты, которые попадают в сек- торньпЧ ослабитель 7. Часть импульсо отсекается вращающимися лопастями ослабителя 7, а остальные попадают на светочувствительную площадку фотоприемника 24 и преобразуются в электрические импульсы, которые поступают на вход счетчика 22 импульсов, где производится их счет за определенный промежуток времени, измеряемый с помощью хронометра 23, В компенсационном канале 25 световой пучок, выходящий из светоделитель- ного -элемента 2, отражается от зеркала 26, проходит через регулируемую диафрагму 27 и сектор 8 и попадает на фотоприемник 28. Световые сигналы преобразуются в фототоки фотоприемников 24 и 28 и поступают на вход блока 29 измерения фототокОв.

Перед началом измерений в измерительный оптический канал вводится длинный образе ц 5, После этого сектор ньй ослабитель 7 устанавливается по команде блока 10 регулирования в исходное положение (максимальное пропускание в измерительном канале около 50%) и с помощью блока 18 измерения коэффициента пропускания производится определение коэффициента сГ, пропускания секторного ослабителя .

В случае хорошей сходимости этих измерений их можно производить один раз через несколько серий измерений образцов. Далее с помощью регулируемой диафрагмы 27 выравниваются сигналы в каналах по сигналам, поступающим из ботока 29 измерения фототоков в-блок 10 регулирования секторного ослабителя. Затем длинный образец 5 выводят из измерительного канала. 3 и вместо него вводят короткий образец 6. Блок 10 регулирования по сигналам блока 29 измерения фототоков изменяет коэффициент п.ропускания секторного ослабителя 7 до выравнивания сигнапов в измерительном и компенсационном каналах. С помощью

11602 , 6

блока 18 измерения козффициемгтл пропускания производится отсчет ,}„ , Коэффициент пр опускания слоя исследуемого материала определяют по формуле

6

Показатель ослабления исследуе- мого материала толщиной ,

где L и 1 - длины образцов 5 и 6 соответственно, определяют по формуле

(1( Ig i- / Д1. (2).

Блока 10 регулирования работает следующим образом. Двигатепь 14 находится в постоянном вращении и через шестерню 13, сидящую на валу двигателя, приводит во вращение зубчатое колесо 11 и сектор 8. Вращение через сателлитное колесо 15 передается на зубчатое колесо 12 и сектор 9. Для того, чтобы изменить взаимное положение секторов 8 и 9, необходимо подать сигнал. на шаговый дв}1- гатель 17. Этот сигнал фopмIipyeтcя в блоке 29 измерения фототоков в случае неравенства сигналов в измерительном и KONmeHcaiyiOHHoM каналах,

Под действием управляющего сигнала шаговый двигатель 17 через червячную пару 16 разворачивает сателлитное колесо 15 с водилом, которое, обкатываясь по зубчатым колесам 11 и 12, дополнительно разворачивает

сектор 9 относительно сектора 8,

Рассмотрим работу блока 18 изме- рения коэффициента пропускания секторного ослабителя. Погрешность измерения коэффициента пропускания можно рассчитать следующим образом. Пусть, например, частота вращения секторов составляет 100 Гц (f(.), тогда для удобства счета импульсов необходимо, чтобы частота следования импульсов бьша не менее .1 кГц, поскольку неопределенность положения секторов в начале и конце счета не превышает 1/4 оборота, что соответствует интервалу времени, равному 0,0025 с. Пусть, например, частота импульсов 10 кГц. В этом чае погрешность счета импульсов составит 25 импульсов (AN), С другой стороны, погрешность хронометрирования времени измерения составляет О, 1 с, для секундомера (btj,) и 100 мкс ля хронометра 23, что дает погрешность счета и myльcoв, равную 1000

формулу (3), получим-4 10 при

и 1 соответственно. Относительную погрешность измерения коэффициента пропускания можно вычислить по фор- чуле

f - f - (/;S, (3,

где Т - время измерений.

Подставляя числен1ше значения в

- г

Т 100 с для секундомеров и j ieHee 1 с для хронометра 23.

Испытания спектрофотометра показали, что при .использовании метр- дики определения наиболее вероятной ошибки определения коэффициента пропускания образца, основанной на измерении набора образцов, дают ошибку измерений, не превышающую величины ±0,01%. Это соответствует погрешности определения спектрального показателя ослабления образца длиной 25 см (разность длин о бразцов) . Формула изобретени

5

0

5

0

5

0

кало, размещенное в компенсационном канале, при этом секторный ослабитель выполнен в виде двух соосных двухлопастных секторов, установленных с возможностью вращения, радиус сектора одного из которых меньше радиуса сектора другого, блок регулирования содержит кинематически связанные с осью враш,ения секторов секторного ослабителя, основной двигатель и шаговый регулируюш тй двигатель, светоделитель оптически сопряжен с фотоприемником компенсационного канала через плоское зеркало так, что оптические.оси измерительного и компенсационного каналов параллельны, ось вращения секторов ослабителя параллельна оптическим осям каналов и размещена так, что в компенсационном канале располоке сектор большего радиуса секторного ослабителя, а в измер хгеиьном кйнале - сектор меньшего радиуса секторного ослабителя.

2. Спектрофотометр по п, 1, отличающийся тем, что блок измерения коэффициента пропускания секторного ослабителя содержит оптически связанные светодиод и фотодиод, а также генератор ш шульсов, счетчик импульсоВз .снабженный счетным и управляюащм входами, и хронометр, при этом генератор импульсов соединен со светодиодом, фотодиод - со счетным входом счетчика импульсов, хронометр - с управляющим входом счетчика импульсов, а расстояние от оси оптического сопряжения свето- диода и фотодиода до оси вращения секторов секторного ослабителя равно расстоянию от оси вращешш секторного ослабителя до оптической оси измерительного канала.