Концентратомер Советский патент 1992 года по МПК G01J1/44 

сл

С

Использование- измерения концентрации веществ в жидкой среде, в частности при экспресс-анализе плодоовощной продукции на содержание нитратов. Сущность изобретения устройство содержит генератор 1 импульсов, источник 2 света, кювету 5, синхронные детекторы 13, фотоприемники 3, 4, усилители 6, 7, блок вычитания 14, блок деления 15, блок индикации 17, блок масштабирования 11, аналого-цифровой преобразователь 16, компаратор 18. элемент индикации 19, дешифратор 8, блок постоянной памяти 9, цифроаналоговый преобразо

; vi

00

сл

сл

ю

Изобретение относится к оптоэлект- ронному приборостроению, а именно к фотометрическим устройствам для измерения концентрации веществ в жидкой среде в частности при экспресс-анализе плодоовощной продукции -на содержание нитратов.

Известен концентратомер, содержащий источник излучения, конденсорную линзу с диафрагмой, сканирующее устройство, выполненное в виде поворотного диска с прозрачным окном в виде архимедовой спирали, кювету, фокусирующую линзу, приемник излучения, фильтр-усилитель с указателем экстремума.

Недостатком известного устройства является его невысокая помехозащищенность, т.к. локальный экстремум интенсивности пучка света, возникший как следствие помехи, может завершить цикл измерения, зафиксированный при этом интервал времени не соответствует концентрации исследуемого вещества. Также недостатками устройства являются сложность процедуры измерения и его низкая производительность, что не позволяет использовать устройство для экспресс-анализа плодоовощной продукции на содержание нитратов.

Наиболее близким по технической сущности и выбранным за прототип является концентратомер, содержащий источник излучения, поворотный диск с п фильтрами, снабженный фиксатором положения, формирователем кода диапазона измерений, реверсивный двигатель, редуктор, оптический коммутатор, оптический разделитель, фотоэлектрический блок синхронизации, кюветы, оптический сумматор, фотоприемник с предварительным усилителем, источники опорного напряжения, коммутатор, блок синхронизации, логарифматор, синхронные детекторы, блоки деления, умножения, вычитания, выборки и хранения, выбора диапазона, регистратор, инверторы, элемент ИЛИ.

Основными его недостатками являются наличие контрольной кюветы с эталонным веществом, а также его низкая производительность, что в совокупности не позволяет осуществлять экспресс-анализ на соответствие исследуемого вещества предельно- допустимой концентрации (ПДК) компонента.

Целью изобретения является упрощение и повышение производительности экспресс-анализа на соответствие исследуемой продукции ПДК определенных компонентов, например, нитратов.

Поставленная цель достигается тем, что в концентратомер, содержащий последовательно расположенные источник света, кювету и фотоприемник, соединенный через усилитель с информационным входом первого синхронного детектора, выход которого соединен с блоком вычитания, а также блок деления, второй синхронный детектор, компаратор и блок индикации, введены вторые фотоприемник и усилитель, генератор импульсов, соединенный с источником све0 та и управляющим входом первого синхронного детектора блок масштабирования, аналого-цифровой преобразователь, элемент индикации превышение ПДК, последовательно соединенные шифратор, блок

5 постоянной памяти, цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с управляющим входом блока масштабирования, выход которого соединен с информаци- онным входом второго синхронного

0 детектора, выход второго фотоприемника через усилитель подключен к информационному входу блока масштабирования, который через блок вычитания соединен с блоком деления, выход первого синхрон5 ного детектора соединен также с блоком деления, выход которого через аналого- цифровой преобразователь соединен с блоком индикации, а выход блока вычитания соединен также через компаратор с элемен0 том индикации превышения ПДК.

На фиг. 1 представлена функциональная схема концентратомера; на фиг. 2 - семейства характеристик пропускаемого и рассеиваемого светового потока для плодо5 овощной продукции различного вида в зависимости от концентрации ln(c) искомого вещества, в данном случае нитратов.

Концентратомер содержит генератор 1 импульсов, источник 2 света, фотоприемни0 ки 3, 4, кювету 5 с исследуемым образцом, соответственно инвертирующий и не инвертирующий усилители 6 и 7, шифратор 8, блок 9 постоянной памяти, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 10, блок 11 масшта5 бирования, синхронные детекторы 12, 13, блок 14 вычитания, блок 15 деления, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 16, блок 17 индикации, компаратор 18, элемент

19индикации превышения ПДК.

0Генератор 1 импульсов, имеющий вход

20запуска, подключен ко входам источника 2 света и входам синхронизации синхронных детекторов 12 и 13. Фотоприемник 4 расположен по оси источника 2 света на

5 противоположной стороне кюветы 5, расположение фотоприемника 3 обеспечивает ему прием рассеянного излучения источника 2 света. Выход фотоприемника 3 через усилитель 6 и блок 11 масштабирования подключен к информационному входу синхронного детектора 12. Выход фотоприемника 4 через усилитель 7 подключен к информационному входу синхронного детектора 13. Выход синхронного детектора 12 подключен к первому входу блока 14 вычитания, выход синхронного детектора 13 - ко вторым входам блока 15 деления и блока 14 вычитания, выход которого соединен через компаратор 18 со входом элемента 19 индикации превышения ПДК и с первым входом блока 15 деления. Выход блока 15 деления через АЦП 16 соединен со входом блока 17 индикации. Вход 21 выбора типа объекта является входом шифратора 8, выход которого соединен с входом адреса блока 9 постоянной памяти, выход которого через ЦАП 10 подключен к управляющему входу блока 11 масштабирования.

Генератор 1 импульсов может быть выполнен по схеме мультивибратора, подача питания на который (+ЕП) со входа 20 обеспечивает формирование последовательности прямоугольных импульсов.

Источник 2 света выбирается из номенклатуры светодиодов, а фотоприемники 3, 4 выбираются из номенклатуры фотодиодов.

В качестве шифратора 8 используется любая интегральная микросхема дешифратора с числом информационных входов не менее количества типов продукции.

Блок 17 индикации предназначен для визуального вывода цифрового кода, в качестве блока индикации используется дисплей, газоразрядная панель и т.п.

Компаратор 18 предназначен для определения записи потенциала на выходе блока 14 вычитания.

Индикатор 19 представляет собой све- тоизлучающий элемент, например светоди- од.

В блоке 9 постоянной памяти заносятся коды, соответствующие константам М0. Ml, ,.., Мп. Константа Mi определяется следующим образом. Кювета заполняется раствором определенного типа (i-типа), концентрация искомого вещества в котором равна ПДК, и подбирается код, при котором сигналы на входах блока 14 вычитания будут равны (на выходе блока 17 индикации - код 00...0).

В случае необходимости для усиления эффекта изменения оптической плотности раствора от концентрации искомого вещества могут использоваться определенные реагенты.

Для определения концентрации нитратов используют 5% раствор KI.

Устройство работает следующим образом.

Перед проведением экспресс-анализа образца, размещенного в кювете 5, производится выбор типа i продукции на наборном поле (набор тумблеров) входа 21. 5 Шифратор 8 формирует код, поступающий на адресный вход блока 9 постоянной памяти. Код коэффициента М, записанный по выбранному адресу, поступает на вход ЦАП 10. потенциал на выходе которого определя0 ет величину коэффициента усиления блока 11 масштабирования, задавая таким образом коэффициент усиления канала измерения рассеянного света.

После этого нажимается кнопка Пуск.

5 Прямоугольные импульсы, формируемые генератором 1 импульсов, возбуждают источник 2 света, сигнал которого регистрируется фотоприемником 3 (канал прямого измерения) и фотоприемником 4 (канал рассеянно0 го света). Сигнал в канале рассеянного света усиливается в соответствии с заданным с блока 9 коэффициентом усиления. После усиления в усилителях 6, 7, 11 и детектирования в синхронных детекторах 12 и 13 сиг5 налы двух каналов вычитаются. Ввиду разницы градиентов характеристик просвета и рассеяния светового потока при концентрации искомого вещества, равной ПДК, а также смещения характеристики рассея0 ния светового потока знак разности сигналов канала прямого измерения и канала измерения рассеянного света указывает на превышение либо на отсутствие превышения концентрации искомого вещества уров5 ня ПДК.

При концентрации искомого вещества, меньшей уровня ПДК,амплитуда сигнала канала измерения рассеянного света меньше амплитуды сигнала канала прямого измере0 ния (см.фиг. 2, точки AJ), и наоборот в случае превышения концентрации искомого вещества уровня ПДК амплитуда сигнала канала измерения рассеянного света превыситуро- вень сигнала канала прямого измерения,

5 что фиксируется компаратором 18 и отображается элементом 19 превышения ПДК,

Отношение абсолютной величины разности сигналов каналов прямого измерения

0 и измерения рассеянного света к сигналу канала прямого измерения является оценкой степени близости искомой концентрации к уровню ПДК (при равенстве ПДК - это отношение равно 00.,.0), чем больше отли5 чие, тем больше формируемое блоками 15, 16 отношение.

Блок 17 индикации а совокупности с элементами 19 индикации превышения ПДК отражают результаты экспресс-анализа: наличие превышения концентрации искомого

вещества уровня ПДК и оценку отличия его от этого уровня.

Формула изобретения Концентратомер, содержащий последо- вательно расположенные источник света, кювету и фотоприемйик, соединенный через усилитель С информационным входом первого синхронного детектора, выход которого соединен с блоком вычитания, а также блок деления, второй синхронный детектор, компаратор и блок индикации, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения производительности экспресс-анализа на соответствие исследуе- мой продукции ПДК определенных компонентов, в него введены вторые фотоприемник и усилитель, блок масштабирования, аналого-цифровой преобразователь, генератор импульсов, соединенный с источ-

Ci, Сз Сг Cj

Фиг. 1

ником света и управляющим входом первого синхронного детектора, элемент индикации превышения ПДК, последовательно соединенные шифратор, блок постоянной памяти, цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с управляющим входом блока масштабирования, выход которого соединен с информационным входом второго синхронного детектора, выход которого через блок вычитания соединен с блоком деления, выход второго фотоприемника через второй усилитель подключен к информационному входу блока масштабирования, выход первого синхронного детектора соединен также с блоком деления, выход которого через аналого-цифровой преобразователь соединен с блоком индикации, а выход блока вычитания соединен также через компаратор с элементом индикации превышения ПДК.

1п(с,