Фотометр Советский патент 1989 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к фотометрам, и может быть использовано в химической, текстильной промышленности, а также в медицинском и оптическом приборостроении, т.е. там, где необходимо измерять коэффициенты пропускания оптических .сред, проводить измерение концентрации примесей в растворах и измерения активности биологических сред.

Цель изобретения - увеличение скорости проведения анализа неоднородных сред.

На чертеже представлена функциональная схема фотометра.

Устройство содержит оптический блок 1, блок 2 фотоприемника, калибровочный усилитель 3, блок Ц цифрового управления коэффициентом усиления, аналого-цифровой преобразователь S, образованный компаратором 6, цифро- аналоговым преобразователем 7 и источником tt опорного напряжения, регистры 9 - 1, блок 15 цифровой индикации, блок 1б клавиатуры, процессор 17, блоки 18 и 19 памяти, таймер 20, генератор 21 тактовых импульсов, шину 22 интерфейса, коммутаторы 23 - 25, ограничитель 26 длительности импульсов, элемент 27 задержки и блок 28 разрешения сдвига.

Оптический блок 1 и блок 2 фотоприемника установлены таким образом, что каждому источнику света матрицы блока

10

1 соответствует фотоприемник матрицы блока 2.

Выход блока 2 фотоприемника через калибровочный усилитель 3 соединен с первым входом компаратора 6, второй вход которого соединен с выходом циф- роаналогового преобразователя (ЦАП) 1, а выход - с входом регистра 11. Первый и второй входы ЦАП 7 соединены с выходами соответственно источника 8 опорного напряжения и регистра 10. Блок цифрового управления коэффициентом усиления входом соединен с выходом регистра 9i а выходом - с управляющим входом калибровочного усилителя 3. Регистры 9-13, процессор 17. первый блок 18 памяти и таймер 20 подключены к шине 22 интерфейса.

Первый и второй .выходы блока 1б клавиатуры соединены с входами соответственно регистра 13 и второго блока 19 памяти, а его вход - с выходом коммутатора 23. Вход ограничителя 2б длительности импульсов соединен с од- 25 ним из выходов регистра , первый выход - С первым входом второго блока 19 памяти, а второй выход - с первым входом коммутатора 23. Второй вход коммутатора 23 соединен с вторым выходом блока 19 памяти. Первый вход и выход элемента 27 задержки соединены соответственно с вторым выходом таймера 20 и входом регистра . Второй вход элемента 27 задержки через блок 28 разрешения сдвига соединен с вторым выходом регистра 10. Другие выходы регистра через соответствующие коммутаторы 2k и 25 подключены соответственно к оптическому блоку 1 и блоку 2 фотоприемника. Блок 15 цифровой индикации подключен через регистр 12 к шине 22 интерфейса.

Фотометр работает следующим образом.

Исходное состояние фотометра таково что регистры 9-1 + обнулены. Состояние блока 4 цифрового управления коэффициентом усиления произвольное.

Коммутаторы и 25 находятся в состоянии, при котором включены первый элемент матрицы оптического блока 1 и соответствующий ему первый элемент матрицы блока 2 фотоприемника.

В блоке 18 памяти записаны программы, соответствующие выполняемым функциям прибора: Калибровка, Измерение пропускаемости, Измерение оптической плотности. Измерение

1516802

концентрации, Измерение активности. В оптическом канале исследуемый образец отсутствует.

При нажатии одной из клавиш Калибровка, Измерение пропускаемости , Измерение оптической плотности, Измерение концентрации, Измерение активности блока 1б клавиатуры соответствующий код с него через регистр 13 и шину 22 интерфейса поступает в процессор 17 и второй блок 19 памяти. Процессор 17 по приходу кода с блока 16 клавиатуры переходит к выполнению 5 программы, записанной в блоке 18 памяти .

Если например, нажата клавиша Калибровка, в блоке 19 памяти запоминается состояние блока 1б клавиатуры, 2Q процессор 17 переходит к выполнению программы Калибровка ;

При этом под воздействием излучения с оптического блока 1 блок 2 фотоприемника вырабатывает напряжение

30

и, соответствующее 100%-му пропусканию. Сначала процессор 17 производит масштабирование напряжения следующим образом.

Процессор 17 через шину 22 интерфейса и регистр 10 подает на цифровые

N

ЦАп

где

входы ЦАП 7 код Ыцдп: п - число разрядов.

По приходу кода ЦАП 7 подает на второй вход компаратора 6 напряжение

35

и.п- N

оп

и,

цоп

и

2

on

где и

ол

- напряжение на выходе источника 8 опорного напряжения.

40

Затем через регистр 9 и шину 22 интерфейса процессор подает на цифровые входы блока 4 цифрового управления коэффициентом усиления код N 0, по приходу которого калибро- д5 вочный усилитель 3 устанавливает коэффициент усиления . Напряжение UK, поступающее с первого элемента матрицы блока 2 фотоприемника, преобразуется калибровочным усилителем 3 в напряжение U, поступающее на первый вход компаратора 6, причем П,. Компаратор 6 сравнивает напряжение U, и U. и выдает в регистр 11 код О в случае, если U и или код 1, если . С регистра 11 через шину 22 интерфейса этот код поступает в процессор 17, где анализируется. В случае кода О последовательно через регистр 9 пос50

55

5

0

и, соответствующее 100%-му пропусканию. Сначала процессор 17 производит масштабирование напряжения следующим образом.

Процессор 17 через шину 22 интерфейса и регистр 10 подает на цифровые

N

ЦАп

где

входы ЦАП 7 код Ыцдп: п - число разрядов.

По приходу кода ЦАП 7 подает на второй вход компаратора 6 напряжение

и.п- N

оп

и,

цоп

и

2

on

где и

ол

- напряжение на выходе источника 8 опорного напряжения.

Затем через регистр 9 и шину 22 интерфейса процессор подает на цифровые входы блока 4 цифрового управления коэффициентом усиления код N 0, по приходу которого калибро- вочный усилитель 3 устанавливает коэффициент усиления . Напряжение UK, поступающее с первого элемента матрицы блока 2 фотоприемника, преобразуется калибровочным усилителем 3 в напряжение U, поступающее на первый вход компаратора 6, причем П,. Компаратор 6 сравнивает напряжение U, и U. и выдает в регистр 11 код О в случае, если U и или код 1, если . С регистра 11 через шину 22 интерфейса этот код поступает в процессор 17, где анализируется. В случае кода О последовательно через регистр 9 пос

5151

тупает в блок цифрового управления коэффициентом усиления код N« 1, 2... и т.д. до тех пор, пока не уста новится код N| N, такой, что соответствующий ему Кис обеспечит выполнение неравенства U, U,, т.е. в результате масштабирования напряжения UK процессор 17 подбирает такой код N, (и такой KUC калибровочного усилителя 3) , что

Uon

(1),

,cUo

причем и,и, 2 .

Затем процессор 17 с помощью ЦАП 7, компаратора 6 и источника 8 опорного напряжения выполняет аналого- цифровое преобразование напряжения Uj, в результате чего процессор вырабатывает код Nj, такой, что

U( 9 ОП

Одновременно с регистра 10 на блок 28 разрешения сдвига поступает код, после чего блок 28 вырабатывает импульс, поступающий на вход элемент 27 задержки.

Затем на основании соотношений (1) и (2) процессор рассчитывает , 1 ,N. 2

и запоминает его в качестве калибровочного числа в блоке 18 памяти. Формирование временных интервалов для проведения вычислительных функций процессора 17 а также тактирования всех регистров осуществляется таймером 20, который формирует необходимые интервалы от задающего генератора 21 тактовых импульсов. По окончании вычисления Xj элемент 27 задержки прибавляет к содержимому регистра 1 единицу, на единицу изменяется управляющий код, поступающий с регистра 14 на коммутаторы 2 + и 25, а те включают в работу следующую пару из матриц оптического блока 1 и блока 2 фотоприемников соответственно. Одновременно измененный на единицу управляющий код с регистра 1 i через ограничитель 2б длительности импульсов поступает на первый вход коммутатора 23, который кратковременно замыкает контакты блока 1б клавиатуры, соответствующие информации, записанной в блоке 19 памяти, управляющий сигнал

1

а

68026

блока 19 памяти поступает на второй вход коммутатора 23.

Далее цикл повторяется до тех пор, пока не будут замерены калибровочные значения для всех пар.

После выдачи регистром lA сигнала об отсутствии свободных оптопар ограничителем 2б вырабатывается короткий

10 импульс, которым стирается содержимое блока 19 памяти, одновременно с этим блок 13 памяти подает на коммутатор 23 импульс для кратковременного замыкания контактов клавиши Сброс блока

15 1б клавиатуры.

Контроль окончания программы измерений осуществляется следующим образом: при отсутствии свободной оптрон- ной пары регистр I вырабатывает сиг20 нал, по переднему фронту которого ограничитель 26 формирует короткий импульс, поступающий в блок 19 памяти, где происходит стирание ранее записанной информации.

25 Блок 19 памяти подает на коммутатор 23 импульс для кратковременного замыкания контактов клавиши Сброс блока 1б клавиатуры. Блок 1б клавиатуры вырабатывает соответствующий

30 код, который через регистр 13 и шину 22 интерфейса поступает в процессор 17- Процессор 17 по приходу кода с блока 16 клавиатуры через шину 22 интерфейса и регистр 12 убирает информацию с блока 15 цифровой индикации. По заднему фронту сигнала об отсутствии свободной оптронной пары регистр И подключает с помощью коммутаторов 2Ц и 25 первую оптронную пару.

35

После этого изменения состояния

регистра Т4 не происходит и выполнение программы калибровки заканчивается. Процессор 17 переходит в состояние ожидания поступления с блока 16 клавиатуры нового кода нажатой клавиши.

Если после этого нажать .клавишу Измерение пропускания, процессор

переходит к выполнению программы Измерение пропускания (при этом в оптическом блоке 1 должен быть установлен образец).

Процессор 17 производит масштабирование сигнала с выхода фотоприемника и способом, аналогичным масштабированию при выполнении программы Каибровка, в результате чего процессор

V,

,

on что o ., V- .o . Затем процессор выполняет

подбирает такой код Np

11,.Ь

аналогичное аналого-цифровое преобразование напряжения U, так же, как при выполнении программы Калибровка В результате вырабатывается такой код

N. что и,-| и„„.

10

Х 2

Затем процессор 17 рассчитывает величину

,1/Ме, Ng,

п М I

после чего процессор вычисляет про- 5 пускание образца в месте между первым элементом матрицы оптического блока 1 -и первым элементом матрицы блока 2 фотоприемника. Это значение процессор 17 через шину 22 интерфейса и регистр 20 12 выводит на блок 15 цифровой индикации. Затем аналогично выполнению программы Калибровка подключается вторая пара элементов матриц и процесс повторяется до тех пор, пока не будут опрошены все элементы матриц, после чего процессор 17 переходит в режим ожидания нового сигнала с блока 1б клавиатуры.

Выполнение других программ отлича- 30 ется лишь вычислением соответствующей физической величины в зависимости от измеряемого сигнала. Все рассчитанные величины выводятся с блока 1 цифровой индикации как для визуального 35 считывания, так и для использования

в качестве управляющих сигналов. I

Использование фотометра позволит повысить качество контроля как одно родных, так и неоднородных оптических сред, таких, как зеркал с изменяющимся коэффициентом пропускания, защитных очков и т.п. Наличие управляюще40

первым входом компаратора, второ вход компаратора соединен с выхо цифроаналогового преобразователя первый вход которого соединен с дом источника опорного напряжени иину интерфейса, соединенную чер первый регистр с входом блока ци вого управления коэффициентом ус ния, выход которого соединен с у ляющим входом калибровочного уси .пя, шина интерфейса через второй гистр соединена с вторым входом роаналогового преобразователя, ч третий регистр - с выходом компа тора, через четвертый регистр - блоком цифровой индикации, а чер пятый - с первым выходом ка клавиатуры, к шине интерфейса ключены Также процессор, блок па и таймер, генератор тактовых имп сов, выход оторого соединен с в таймера, первый выход таймера со нен с входом процессора, о т л и чающийся тем, что, с цел увеличения скорости проведения а за неоднородных сред, в него вве второй блок памяти, ограничитель тельности импульсов, бло1с разреш сдвига, три коммутатора, блок за ки и шестой регистр, а оптически блок и блок фотоприемника выполн соответственно в виде матриц ист ков свет-ч и фотоприемных элемент при этом первый в;;од блока задер сседмнен с вторым выходом таймер второй вход блок разрешени сдв-ira соединен с вторым выходом рого регистра, а выход - с входо шестого регистра, первый и второ ходы которого соединены с входам первого и второго коммутаторов с ветственно, в третий выход - с в ограничителя длительности импуль первый выход которого соединен с

го выхода позволит встраивать фотометр - входом второго блока памяти.

5 0

0 5

0

первым входом компаратора, второй вход компаратора соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, первый вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, иину интерфейса, соединенную через первый регистр с входом блока цифрового управления коэффициентом усиления, выход которого соединен с управляющим входом калибровочного усилите- .пя, шина интерфейса через второй регистр соединена с вторым входом цифроаналогового преобразователя, через третий регистр - с выходом компаратора, через четвертый регистр - с блоком цифровой индикации, а через пятый - с первым выходом блока клавиатуры, к шине интерфейса подключены Также процессор, блок памяти и таймер, генератор тактовых импульсов, выход оторого соединен с входом таймера, первый выход таймера соединен с входом процессора, о т л и - чающийся тем, что, с целью увеличения скорости проведения анализа неоднородных сред, в него введены второй блок памяти, ограничитель длительности импульсов, бло1с разрешения сдвига, три коммутатора, блок задержки и шестой регистр, а оптический блок и блок фотоприемника выполнены соответственно в виде матриц источников свет-ч и фотоприемных элементов, при этом первый в;;од блока задержки сседмнен с вторым выходом таймера, второй вход блок разрешения сдв-ira соединен с вторым выходом второго регистра, а выход - с входом шестого регистра, первый и второй выходы которого соединены с входами первого и второго коммутаторов соответственно, в третий выход - с входом ограничителя длительности импульсов, первый выход которого соединен с пер- входом второго блока памяти.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к фотометрам, и может быть использовано в химической, текстильной промышленности, а также в медицинском и оптическом приборостроении, т.е. там, где необходимо измерять коэффициенты пропускания оптических сред, проводить измерение концентрации примесей в растворах и измерения активности биологических сред. Целью изобретения является увеличение скорости анализа неоднородных сред. Для этого в известный фотометр введены второй блок памяти, ограничитель длительности импульсов, блок разрешения сдвига, три коммутатора, шестой регистр, блок задержки. Оптический блок и блок фотоприемника выполнены соответственно в виде матриц источников света и фотоприемников. Опрос элементов матриц осуществляется по соответствующему алгоритму при помощи введенных элементов. Фотометр снабжен цифровым выходом управляющей информации. 1 ил.

в автоматизированные технологические линии в качестве контрольно-1-|Змери- тельного оборудования, что сократит трудоемкость контроля и соответственно себестоимость продукции.

Формула изобретения

Фотометр, содержащий оптический блок, оптически связанный с блоком фотоприемника, выход которого через калибровочный усилитель соединен с

второй выход - с первым входом третьего коммутатора, второй вход третьего коммутатора соединен с выходом второго блока памяти, а выход - с входом блока клавиатуры, второй выход которого соединен с вторым входом второго блока памяти, выходы первого и второго коммутаторов соединены соответственно с управляющими входами оптического блока и блока фотоприемника, а блок цифровой индикации снабжен выходом управляющей информации.