Фотометр Советский патент 1991 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к оптико- электронному приборостроению и может быть использовано при фотометрических измерениях в медицине, химической, пищевой и других отраслях промышленности .

Целью изобретения является повышение точности и информативности измерении .

Па чертеже представлена структурная схема фотометра.

Фотометр содержит оптический блок 1, установленный перед блоком 2 фотоприемника, пыход которого через калибровочный усилитель 3 соединен

с первым входом агалого-цифророго преобразователя 4, вгч.рс. которого соединен с первым , а выход - с первым входом ьлока 5 управления, cxfMv 6 нпфропог управления коэффициентом усиления, пыхо- дом соединенную с входом управпс- ния калибровочного угплитечя 3, а входом - с вторым выходом блока 5 }п- равления, выполненного из процессора 7, запоминающего устройства 8, гай- мера 9, генератора 10, табло 11 индикации, клавиатуры 12, схемы 13 связи с индикацией и клавиатурой, схемы 14 ввода-вывода и шины 15 интерЬ иса,

:т. ЈЪ

ю

00

ел

CD

через которую соединены друг с другом процессор 7, запоминающее устройство 8, таймер 9, схема 13 связи с индикацией и клавиатурой и схема 14 ввода-вывода, причем табло 11 индикации соединено с выходом, а клавиатура - с входом схемы 13 связи с индикацией и клавиатурой, первый выход генератора 10 соединен с тактирующим входом процессора 7, а второй выход - с входом таймера 9, выход которого является четвертым выходом блока 5 управления и соединен с входом управления АЦП 4, первый, второй, третий входы и первый, второй и третий выходы схемы 14 ввода-вывода являются одноименными входами и выходами блока 5 управления. Оптический блок 1 выполнен из последовательно установленных источника 16 света, устройства 17 образования рабочего и контрольного лучей, модулятора 18, устройства 19 совмещения лучей и устройства 20 автоматического перемещения светофильтров, выполненного в виде диска 21 с размещенными по окружности набором светофильтров 22 (на чертеже показан набор из 8 светофильтров) , снабженного приводом 23 со схемой 24 управления, вход которой одновременно является входом устройства 20 и дополнительным входом оптического блока 1 и соединен с третьим выходом блока 5 управления, и формирователя 25 кода углового положения диска 21, выход которого является одновременно выходом устройства 20 и вторым дополнительным выходом оптического блока 1 и соединен с третьим входом блока 5 управления, формирователя 26 кода углового положения модулятора 18, выход которого является первым дополнительным выходом оптического блока 1 и соединен с вторым входом блока 5 управления. В состав оптического блока 1 входит и кювета 27 для исследуемого образца. Формирователи 25 и 26 выполнены идентичными, состоящими из последовательно размещенных источника 28 излучения, кодовых отверстий 29 по окружности модулятора 18 и диска.21 соответственно, приемника 30 излучения и усилителя 31, выход которого является выходом формирователя. i

Блок 2 фотоприемника выполнен из последовательно установленных фото

5

0

5

0

5

0

5

0

5

преобразователя 32 и предварительного усилителя 33.

Устройство 17 образования рабочего и контрольного лучей может быть выполнено в виде полупрозрачной пластины, разделяющей световой поток источника 16 на два луча, и отражающего зеркала, изменяющего направление контрольного луча. Устройство 19 совмещения лучей может содерхить отражающее зеркало, направляющее контрольный луч на полупрозрачную пластину, совмещающую два луча. Привод 23 можег быть выполнен в виде двигателя постоянного тока с редуктором. Схема 24 управления приводом может быть выполнена в виде последовательно соединенных триггера и коммутатора напряжения питания двигателя .

Схема 6 цифрового управления коэффициентом усиления может быть вы- полнена в виде цифрового управляемо- гЪ сопротивления, включенного па входе или в цепи обратной связи калибровочного усилителя 3.

Фотометр работает следующим образом.

В исходном состоянии в запоминающем устройстве 8 записаны программы, соответствующие выполняемым функциям прибора. Калибровка, Измерение пропускания, Измерение оптической плотности. С помощью клавиатуры 12 через схему 13 связи с индикацией и клавиатурой и шину 15 интерфейса в запоминающее устройство 8 занесены коды значений длин волн (I J излучения: фона, о, и исследуемых компонентов, /|, Ј,...$п, выработанных при нажатии соответствующих клавиш клавиатуры 12.

Работа процессора 7 синхронизируется сигналами с -первого выхода генератора 10. На вход управления АЦП 4 с выхода таймера 9 поступают импульсы с второго выхода гетератора 10 с частотой, определяемой коэффициентом деления частоты, записанным в таймер 9 процессором 7 через шину

15интерфейса. Коэффициент усиления Км калибровочного усилителя установлен минимальный, равный 1.

Диск 21 установлен в произвольное положение. Световой поток источника

16устройством 17 разделяется на рабочий и контрольный лучи. Далее устройством 19 лучи совмещаются. Fla

светофильтре 22, установленном на диске 21, производится выделение спектрального интервала светового потока источника 16, соответствующего длине волны пропускания светофильтра, который затем поступает на блок 12 фотопреобразователя. Световые потоки каждого луча модулируются модулятором 18 так, что они попадают на блок 2 фотопреобразователя в разное время и, кроме того, между ними имеются промежутки, в которые свет от источника 16 не попадает на блок 2, состоящий из преобразователя 32 и предварительного усилителя 33.

На фотопреобразователе 32 свето- вой поток преобразуется в электрический сигнал и усиливается предварительным усилителем 33, а затем поступает на калибровочный усилитель 3. В оптический канал помещают бразец, пропускание которого принимается за 100%, и нажимают клавишу Калибровка клавиатуры 12. При этом вырабатывается соответствующий код, по которому процессор 7 переходит к выполнению пр раммы Калибровка.

Сначала процессор 7 через шину 15 извлекает из запоминающего устройства 8 код и выполняет установку светофильтра 22 с длиной волны пропускания 0 следующим образом. Через шину 15, схему 14 ввода-вывода подает команду запуска на схему 24 управления приводом 23. Диск 21, связанный с приводом 23, начинает вращаться. При пересечении кодовыми отверстиями 29 диска 21 излучения источника 28 на выходе приемника 30 образуются импульсы тока, которые усилителем-ограничителем 31 усиливаются, приводятся к уровню логических сигналов и с выхода формирователя 25 в виде последовательного кода углового положения диска 21 поступают на третий вход блока 5 управления на одноименный вход схемы 14 ввода-вывода, далее через шину 15 в процессор 7. В процессоре 7 поступающий код сравнивается с кодом углового положения диска 21, соответствующего установке светофильтра 22 с длиной волны пропускания $с и при их совпадении на схему 24 управления приводом 23 через схему 14 и шину 15 подается команда останова, что вызывает остановку вращения диска 21 .

27859

При тора 1

10

непрерывном вращении МОДУЛЯаналогично на выходе формирователя 26 формируется последовательный код углового положения модулятора, который через схему 14 ввода-вывода и шину 15 поступает в процессор 7. При поступлении кода, соответствующего пропусканию рабочего луча, процессор 7 переходит к масштабированию напряжения на входе АЦП 4 следующим образом.;

На второй вход АЦП 4 процессор 7 через шину 15 и схему 14, ее первый выход, подает сигнал запуска. По этому сигналу АЦП 4 под воздействием импульсов тактовой частоты, поступающих на его вход управления, выполняет преобразование напряжения , поступающего на его вход. По окончании преобразования АЦП 4 формирует сигнал Конец преобразования, который с выхода АЦП через схему 14, шину 15 поступает в процессор 7. По этому сигна- 25 лу процессор через шину 15 и схему 14 считывает код преобразованного сигнала Мдцг и анализирует его. Если N дц меньше половины максимального кода АЦП М црмакс-на вход схемы 6 цифрового управления коэффициентом усиления процессор через шину 15, схему 14, ее второй выход, выдает код коэффициента усиления К,(КЧ)1,2, ., .) , при котором напряжение увеличивается до величины

15

20

30

35

-|Л- иЛ14П41оП

3

где Uon опорное напряжение АЦП. На этом масштабирование завершается, и процессор переходит к измерению напряжения следующим образом. Запускает АЦП 4 повторно и по окончании преобразования принимает код N/, причем

5

on

0

N IMsCfl.)- , (1)

где S(tfo) ФрЛ)

rPt4

5

коэффициент преобразования блока фотоприемника; световой поток рабочего луча, падающий на блок фотоприемника в момент калибровки j

U ок - напряжение смещения, не зависящее от светового ) потока источника, определяемое темновым током фотопреобразователя, посторонней засветкой,

смещением нуля элементов электронного тракта, в момент калибровки. После этого процессор 7 переходит в режим ожидания прихода кода углового положения модулятора, соответствующего перекрытию рабочего и контрольного потоков, с приходом которого АЦП 4 по команде процессора 7 выполняет измерение напряжения смещения, при этом коэффициент усиления остается предыдущим, и получает код NЈ,

-§. и,

U

(2)

on

Процессор устанавливает искодное значение коэффициента усиления Ktj 1 и переходит в режим ожидания кода углового положения модулятора, соответствующего пропусканию контрольного луча. По приходе контрольного луча процессор аналогично описанному для рабочего луча получает коды N и М$ для контрольного луча:

И «(Ъ+иоЛ О) KK(l) и on сп .( лЛ

т (Ъ ч Т U)

М Я О

Если после этого нажата клавиша Измерение пропускания, процессор переходит к выполнению программы Измерение пропускания (при выполнении этой программы в канале рабочего луча должен быть размещен ис- с едуемый образец).

Сначала аналогично описанному процессу для программы Калибровка для всех введенных длин волн ,(1 0,1,..п) процессор получает значения калибровочных величин Ни(:):

5

и.,

м где 9С

(7)

0

5

KK(l) сп .( лЛ

pw(i) световой поток рабочего луча в момент измерений;

TRu(i) - световой поток контрольного луча в момент измерений,

затем вычисляет значения пропускания исследуемого образца, Т ($j) без учета фона

т (Ъ ч HjjCl) ФрнСЯО , Т U) -,-Л77Г7 )

(8)

Н к( 075

М Я О

Изобретение относится к опшко- электронному приборостроению и можег быть использовано при фотометрическнх измерениях п медицине, химической, пиыевой и ,т;ругих отраслях промишлен- носги. Целью изобретения является повышение точности и информативное ги - измерений. Для -ггого в состав онти2 ческого блока введены ус тропе гьа образования рабочего и копгродгкого световых потоков, формиронаiе п кола углового положения диска модулигора, устройство автоматического перемет ния светофиль гроп, нчитненпо ,: гиде, диска с ра ме цеш i тм по o-pv.4 и набором свето j:iiiii. 11 чв , гпабженн(1го ПРИВОДОМ СО СХСМОЙ УПр ПиНЧШН И Jiripмирователем кода уг.дчного Очо-чен я диска, а схемч nnr...-i nnoria допо -че- на двумя входами п одним выхо; М блоке управления. И обре ент; i i- Ui i- ляет комиенсмроиать ч- тчени-: n.ipv- мс троп общих элсменго or; г н1 1ст, Ч-о гракта рабочего и коп гпс т-чот п учен за .я между каднброп ии и if- че- рением, в том чжмю мсточипкл СР ОГ, и светофильтров, а так кг H,,I- рует процесс устанош и ч сг:оны РГТОФПЛЬТРОВ . 1 Т.П. J)- M, 1 1П. С/) С

- Р U

U

on

OK 5

(4)

К

У(2

где Фцц( flo) - световой поток контролного луча, падающий на блок фотоприемника, в момент калибровки; коэффициент усиления, установленный при масштабировании. Процессор устанавливает исходное

значение коэффициента усиления

и вычисляет калибровочную вепичину

Н к ( Vie) Для длины волны по

Ht(/l } - ) (5 Ha/lo) - Kj((N3-N4) 9KK(o) °

Описанную последовательность действий процессор выполняет для всех остальных заданных длин волн излучения ; (), и получает Н к (vl/) для соответствующих длин волн

н ,.) . Ъ(И H|(fll) Фк.СЗ;)

(6)

На этом выполнение программы Калибровка заканчивается, н процессор 7 переходит к состоянию ожидания поступления с клавиатуры 12 нового кода нажатой клавшш,.

30 и значение пропускания Т- с учетом

фона

тШ

(9)

5

0

5

0

5

Полученное значение пропускания Т, процессором 7 через шину 15 и схему 13 выводится на табло 11 индикации. Как следует из приведенных формул (8) и (9) в отличие от прототипа значение пропускания Tj не зависит от напряжения смещения, определяемого гемновым током фотопреобраэова- теля, посторонней засветкой и смещением нуля элементов электронного тракта, изменения коэффициента преобразования блока фотоприемника за время между калибровкой и измерением и учитывает пропускание фона. При

Яр

пенсирует изменение параметров общих элементов оптического тракта рабочего и контрольного лучей за время между калибровкой и измерением, в том числе источника света и светофильтров, вносящих наибольшую погрешность в результат измерений.

Таким образом, введение в состав оптического блока устройства образоэтом член

выражения (8) комвания рабочего и контрольного лучей, модулятора с формирователем кода углового положения, устройства совмещения лучей и устройства автоматического перемещения светофильтров, выполненного в виде диска с размещенным по окружности набором светофильтров, снабженного приводом со схемой управления, и формирователя кода углового положения диска, а также снабжение схемы ввода-вывода блока управления дополнительными двумя входами и одним выходом позволяет повысить точность измерений и автоматизировать процесс установки и смены светофильтров для предлагаемого фотометра .

Формула изобретения

0

5

0

5

0

5

0

5

0

генератора соединен с входом таймера, первый и второй выходы и первый вход схемы ввода-вывода являются одноименными входами и выходами бпока управления , отличающийся тем, что, с целью повышения точности и информативности измерений, и оптический блок дополнительно введены последовательно установленные за источником света устройство Формирования рабочего и контрольного лучей, модулятор с формирователем кода углового положения, устройство совмещения лучей и набор светофильтров с устройством их автоматического перемещения, а схема ввода-выпода дополнительно снабжена вторым и третьим входами и третьим выходом, являющимися одноименными входами и выходами блока управления, причем ьыход формирователя является первым дополнительным выходом оптического блока и соединен с вторым входом блока управления, выход устройства автоматического перемещения светофильтров является вторым дополнительным выходом оптического блока и соединен с третьим входом блока управления, вход управления устройством автоматического перемещения светофильтр ел; является дополнительным входом оптического блока и соединен с третьим выходом блока управления, втором чы- ход генератора соединен с тактирующим входом процессора, втором выхс 1 таймера является четвертым чыхо.ктм блока управления и соединен с входом управления аналого-цифрового преобразователя .

2.Фотометр по п. 1, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что устройство автоматического перемещения светофипьтров выполнено в виде диска с размещенным по окружности набором светофильтров, снабженного приводом со схемой управления и формирователем кода углового положения, причем вход схемы управления является входом управления устройства, а выход формирователя кода углового положения является выходом устройства.