Фотометрическая установка для регистрации быстропротекающих процессов Советский патент 1990 года по МПК G01J1/34 

Изобретение относится к контроль- но-измерительной технике, в частности к устройствам для измерения оптической плотности материалов, изменяющейся во времени под действием различных факторов (например, импульсной активации светом) путем сравнения оптической плотности образца с эталоном.

Целью изобретения является сокращение времени измерений.

На чертеже приведена схема установки.

Монохроматический луч света от источника 1 проходит через конденсатор 2 и устройством 3 расщепляется на два равноинтенсивных потока. Первый поток проходит через фотометрический клин 4, выполненный в виде неподвижной кассеты-наборов из N све- тофипьтров-ослабителей различной оптической плотности. Второй поток зеркалом 5 направляется на объект - образец 6 исследуемого материала. Затем оба потока попадают на электрооптический коммутатор 7, после которого оказываются прсмодулированными в про- тивофазе с частотой f, полученной от генератора 8. Далее оба потока зеркалами 9 и 10 совмещаются на фотоприемной матрице 11 . На каждый фотоприемник матрицы 11 поочередно с частотой f попадают l/N-я часть первого потока и l/N-я часть второго потока, причем на первый фотоприемник (ФП1) попадает часть первого потока, прошедшая через светофильтр с минимальной оптической плотностью (Д1), а на М-й фотоприемник (ФПМ) - часть первого потока, прошедшая через светофильтр с максимальной плотностью (ДМ). Электрические сигналы с фотоприемников

СП О № J

00

11попадают на два идентичных бнока

12и 13. Блок 12 (13) содержит М-ка- нальный переключатель 12.1 (13.1), подсоединяющий к усилитепю и синхрон- ному детектору 12.2 (13,2) эпемент фотоприемной матрицы 11, номер которого определяется дешифратором 12.3 (13,3) по коду, записанному в регистре 12.4 (13.4) сдвига.

Схема настроена таким образом, что в моменты равенства ингенсивностей первого и второго потоков ( ( ) на любом из фотоприемников матрицы 11, формирователи 12.5 (13.5) формируют уровень логической 1. В моменты, когда Ф-j- Ј Фд ,на выходах формирователей поддерживается уровень логического О. Блок 12 вырабатывает управляющие сигналы для процессора 14 в про- цессе потемнения образца (активация), блок 13 - в процессе просветления (релаксация). Процессор 14(микроэвм типа Эсектроника-60) по шине данных принимает и обрабатывает сигналы от блоков 12 и 13, управляет по шине управления работой блоков 12 и 13, а также таймера 15, блока 16 - устройства, активирующего исследуемый образец, и выводит информацию на систему 17 регистрации.

Установка работает следующим образом.

В начальный момент времени процессор 14 устанавливает в регистрах 12.4 и 13.4 такие коды, что к 13.2 фотоприемник не подключен, а к 12.2 подключен ФП1, таймер 15 и блок 16 выключены.

Процессор 14 запускает блоки 15 и 16. Под действием активирующего воздействия оптическая плотность исследуемого образца увеличивается и в момент Т.,, когда для ФП1 выполнено условие Фг , на выходе формирователя 12.5 появится уровень логичес- 1, по которому процессор 14 вырабатывает следующие сигналы:

запись в память состояния счетчиков блока 15,

к кодам, записанным в регистрах 12.4 и 13.4, прибавляется по единице в результате чего к 12.2 подключен ФП2, а к 13.2 - ФП1. В момент Т2, когда условие Ф r Ф5 выполнено уже для ФП2, формирователь 12.5 вновь вырабатывает управляющий сигнал для процессора 14 и т.д.

5 0 5 0

0

5

5

0

5

Если оптическая плотность изучаемого образца превысит мам имальную плотность светофильтра ДМ, го ФГШ отключается от блока 12 и подключается к блоку 13. На этом регистрация процесса потемнения закончена и схема готова к регистрации процесса просветления. Когда образец 6 начнет про- . светляться, в некоторый момент времени уже для Ф1Ш снова выполнено условие Фг Ф(7, на выходе 13.5 появляется уровень логической 1, процессор 14 записывает в память состояние счетчиков таймера 15, вычитывает по единице из кодов, записанных в регистрах 12.4 и 13.4, в результате ФШ подключен к блоку 12.2, а ФПМ-1 - к блоку 13.2. Так происходит до тех пор, пока схема не возвращается в исходное состояние - завершен процесс регистрации просветпения образца.

Если оптическая плотность образца не превышает максимальную плотность светофильтра из набора ДМ, то первый же сигнал, пришедший от 13.5, приводит в действие алгоритм регистрации процесса просветления.

Приведенная на чертеже схема реализована и опробована для фотоприемной матрицы из 16 фотодиодов ФД-21КП и набора из 16 светофильтров-ослабителей в диапазоне оптических плотностей 0.1 - 0.85. Источником контрольного излучения служит лампа КИМ9-75, источником активации - ИФК-2000. Коммутатор световых потоков состоит из расположенных по ходу лучей поляризатора, электрооптического элемента и анализатора. Электрооптический элемент выполнен в виде прямоугольной пластины кристалла КДР, вырезанной перпендикулярно кристаллографической оси Z, составленной из двух идентичных квадратных пластин с ортогональной ориентацией X и Y осей, причем направление приложенного к нему электрического поля совпадает с направлением лучей и оси Z. Частота задающего генератора составляет 10 , амплитуда напряжения, приложенного к электрооптическому элементу ,-1 кв. В качестве процессора использована микро- ЭВМ Электроника-60 с ЭПМ GONSUL- 260 (время выполнения машинной команды мкс) . В качестве таймера использован частотомер 43-38, позволяющий регистрировать временные ин- тервалы с дискретностью 0,1 мкс,

s156

16-канальный перекпюча(ель выполнен на диодных оптронах ЗОД109Б. Элемент ную базу составляют интегральные микросхемы серий , К580 и К589. Минимальное время переключения установки определяют экспериментально с помощью введенного вместо исследуемого объекта затвора на продольном электрооптическом эффекте. Экспозиция задается временем разряда конденсатора через омическое сопротивление, шунтирующее затвор. Установка уверенно фиксирует процессы, протекающие за время 10 с.

Формула изобретения Фотометрическая установка для регистрации быстропротекающих процессов, включающая двухлучевую оптическую систему в одном из лучей которой установлен фотометрический ослабитель с изменяющейся в направлении, перден- дикулярном лучу, степенью ослабления, в другом - кювета для исследуемого образца, коммутатор световых потоков, оптическую систему сведения лучей, фотоприемный блок, соединенный с регистрирующей системой, отличающаяся тем, что, с целью сокращения времени измерений, фотометрический ослабитель выполнен в виде не

5

0

5

0

36

подвижной кассеты-набора ич N номинальных светофильтров, коммуьнор выполнен в виде двух включенных в противофазе электрооптических модуляторов с генератором, фогоприемный блок выполнен в виде линейной матрицы фотоприемников, в нее дополнительно введены два идентичных бпока, каждый из которых содержит М-канальный переключатель, входы которого соединены с выходами линейной матрицы фотоприемников, дешифратор, выходы которого соединены с управляющими переключателя, синхронный детектор, информационный вход которого соединен с выходом переключателя, регистр сдвига, выходы которого соединены с входами дешифратора и формирователь логического уровня, вход которого соединен с выходом синхронного детектора, при этом один из выходов генератора соединен с входами опорного сигнала синхронных детекторов, таймер и микроЭВМ типа Электроника-60, шина данных которой соединена с выходами формирователей логических уровней, а шина управления - с входами сдвиговых регистров, блок параллельного обмена микроЭВМ соединен с таймером, выход контроллера микроЭВМ соединен с входом системы регистрации.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - увеличение скорости измерений. Оптический клин выполняется в виде неподвижной кассеты из N светофильтров-ослабителей, коммутатор световых потоков - в виде двух включенных в противофазе электрооптических модуляторов. Изменение оптической плотности регистрируется смонтированными в линейную матрицу фотоприемниками, обработка информации и управление устройством осуществляются микропроцессором, соединенным с таймерами и двумя идентичными блоками, каждый из которых содержит N-канальный переключатель для подключения элементов матрицы фотоприемников к микропроцессору. 1 ил.

Редактор Г.Гербер

Составитель С.Шестак

Техред М.Ходанич Корректор М.Мароши

Заказ 1055

Тираж 425

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное