Поляриметр для измерения концентрации сахара в моче Советский патент 1993 года по МПК G01J4/04 

Изобретение относится к оптико-механическим приборам, предназначенным для измерения угла поворота плоскости поляризации света оптически активными веществами, например, сахаром. Поляриметр предназначен для измерения концентрации сахара в моче при диагностике и лечения сахарного диабета.

Целью изобретения является упрощение конструкции.

На фиг.1 показана структурная схема одного из возможных вариантов поляриметра для измерения концентраций сахара в моче; на фиг.2 - составной поляризационный фильтр вместе с якорем вибрационного модулятора и с электромагнитами для возбуждения колебаний якоря; на фиг.З кривая зависимости интенсивности света от угла поворота плоскости поляризации света, иллюстрирующая работу поляриметра.

Поляриметр для измерения концентрации сахара в моче содержит оптически свя- занные источник излучения 1 (фиг.1), диафрагму в виде щели 2 шириной В и длиной С, установленную вблизи источника излучения 1, коллиматорную линзу 3 и дополнительную линзу 4, которая совместно с линзой 3 составляет проекционную систему с передним отрезком ft и задним отрезком fa. Между линзами 3, 4 в параллельных лучах установлен светофильтр 5 с максимумом пропускания, например, на длине волны Я 589 нм (линия D спектра). В заднем отрезке проекционной системы 3, 4, т.е. за линзой 4, установлены последовательно простой поляризационный фильтр 6 с азимутом плоскости поляризации, например, 0. т.е. совпадающим с горизонтом, кювета 7 длиной L с защитными изотропными стеклами 8, наполненная исследуемой

00

о

СА) Х| N О

редой 9, и составной поляризационный ильтр 10. Задний отрезок h проекционной истемы 3, 4 удовлетворяет условию Составной поляризационный фильтр 10 усановлен в плоскости изображения щели 2 выполнен в виде двух примыкающих по инии встык друг к другу частей размерами

f2fo

С-А и , Плоскости пропускания чатей 11 и 12 поляризационного фильтра 10 оставляют соответственно углы +45° и -45° по отношению к плоскости пропускания закрепленного неподвижно простого поляриационного фильтра 6. Составной поляризационный фильтр 10с взаимно перпендикулярными плоскостями пропускания составляющих частей 11, 12 закреплен на якоре 13 (фиг.2) электромеханического вибратора так, что линия раздела частей 11, 12 параллельна длинной стороне изображения 14 щели 2 и Параллельна плоскостям пло- ских упругих элементов 15, 16 вибратора, поддерживающих якорь. 13, и расположенных параллельно друг Другу на расстояний h S:X+Y. На якоре 13 закреплены одна или две пластинки 17 из магнйтомягкого мате риала. На корпусе пблярйметра закреплены cootвётстбенно одна или две катушки 18 с магнитолроводами Т9 с зазором. Катушки 18 через диод 20 подключены к сети переменного тока. Масса якоря 13, длина I упругих элементов 15,16, их упругие свойства и величина тока через катушки 18 подобраны так, что амплитудяА перемещения якоря 13

f2

удовлетворяет условию В . За составным поляризационным фильтром 10 (фиг.1) установлена собирающая линза 21 и фото- приемник 22. .Фотоприемник 22 через емкость 23 связан с усилителем 24, у которого коэффициент усилений регулируется при настройке. Усилитель 24 связан с индикатором 25. Одновременно фотоприемник 22 соединен с устройством сравнения 26, на второй вход которого подключен эталонный сигнал постоянной амплитуды. Выход уст- ройства сравнения 26 соединен с регулиру- ющим элементом 27, который регулирует величину тока источника излучения 1 от источника тока 28.

Поляриметр для измерения концентрации сахара в моче работает следующим 66- разом. ;.-,-. .;. . . /.. : ;. .. , Часть лучей от источника излучения 1 проходит щель 2, коллиматорную линзу 3 и в виде коллимированного пучка проходит светофильтр 5. Далее квазимонохроматический свет с максимумом эффективной спектральной плотности, совпадающей с длиной

й

10

15

20

25

30

35

. 40

45

50

55

волны Я 589 нм, проходит линзу 4, поляризационный фильтр 6, защитное стекло 8, исследуемую среду 9, составной поляризационный фильтр 10,линзу 21 и воспринимается фотоприемником 22. При этом, проекционная система из линз 3, 4 переносит изображение щели 2 в виде светящейся полоски света 14 в плоскость составного поляризационного фильтра 10 с увеличениfoем М т- , а линза 21 собирает все лучи на

фоточувствительном слое фотоприемника 22. Оптическая схема отъюстирована так, что если диод 20 (фиг,2) обесточен и якорь 13 находится в покое, то средняя линия изображения щели 2 в виде полоски света 14 совпадает с линией соприкосновения частей 11, 12 составного поляризационного фильтра 10. С момента включения поляриметра в сеть переменный ток в виде импульсов одной полярности частоты сети со проходит через катушки 18 и в зазоре маг- нитопроводов 19 периодически также с частотой со возникает магнитное поле, которое увлекает пластинки 17 и якорь 13 совершает колебательное движение с частотой возбуждения ft) строго в направлении перпендикулярном линии контакта частей. 11, 12 составного поляризационного фильтра 10с амплитудой А, которая удовлетворяет услоЪ

вию В -г- . При этом, линейно поляризованный свет после кюветы 7 со средой 9 периодически также с частотой а) проходит то через верхнюю часть 11 (фиг.2), то через нижнюю часть 12 составного поляризационного фильтра 10,

Если исследуемая среда 9 (фиг.1) не обладает оптической активностью, т.е. не содержит сахара, то квазимонохроматический линейно поляризованный свет с азимутом 0й проходит исследуемую среду 9 без изменений. Следовательно, вследствие периодического прохождения этого света то через верхнюю часть 11, то через нижнюю часть 12 составного поляризационного фильтра интенсивность света I, воспринимаемая фотоприемником 22, остается постоянной и равной примерно половине интенсивности. lo падающего на составной поляризационный фильтр 10 света, что на кривой Мал юса, отображающей зависимость интенсивности света I от угла вращения плоскости поляризации а (фиг.З) можно отобразить точками 1, 2. Если исследуемая среда 9 содержит сахар и обладает оптической активностью, то в зависимости от концентрации сахара С на выходе кюветы с исследуемой средой азимут линейной поляризации а изN

менится на величину ,, где ,б° - удельное вращение плоскости поляризации сахара для рабочей длины волны нм. В этом случае после периодического прохождения линейного поляризованного света с азимутом 0°+ До° через части 11 и 12 составного поляризационного фильтра 10 интенсивности света будут различные (на фиг.З отображено точками 3, 4), поскольку один из них умень- шается на А И0 sin2 Да (точка 3, фиг.З), а другой на такую же величину увеличивается (точка 4, фиг.З).

В результате в спектре сигнала фотоприемника 22 (фиг. 1) кроме постоянной составля- ющей, пропорциональной интенсивности света I 0,5lo (точка 5 на фиг.З), будет присутствовать переменная составлякщая частоты со, которая пропорциональна интенсивности АI (кривая б, фиг.З). Переменная составляю- щая сигнала фотоприемника 22 отфильтровывается с помощью емкости 23 (фиг. 1), усиливается усилителем 24 и ее амплитуда измеряется, например, индикатором 25. Шкала концентрации индикатора 25 соглас-

ЮОДа но зависимости С- ,- , . изготавливается

с учетом длины кюветы 7. Например, при мм Д# . Индикатор 25. может быть стрелочным или в виде цифрового вольтметра с выходом для подключения цифропечатающих устройств, Для устранения влияния поглощения г на результаты измерения угла поворота плоскости поляризации Да исследуемой средой и, следовательно, концентрации С сахара, постоянная составляющая сигнала фотоприемника 22 подается на один вход сравнивающего устройства 26, а эталонный (опорный) потеици- ал подается на второй вход устройства 26. Разница этих потенциалов подается на регулирующий элемент 27, который регулирует величину тока источника излучения 1 от источника 28 и тем самым регулирует интенсивность излучения источника 1 так, что постоянная составляющая сигнала фотоприемника 22 в независимости от поглощения т среды 9 всегда равна установленной заранее в процессе калибровке величине, которую принимает за единицу. Такая автоматическая регулировка единичного значения постоянной составляющей обеспечивает пропорциональность Д , достаточную точность и просто- ту измерений концентрации сахара в моче.

Описанный поляриметр проще существующих известных фотоэлектрических по-

0

5 0 5

0 0

.

0

ляриметров не только тем. что не содержит сложных углоизмерительных устройств, не содержит компенсаторов, но и тем, что не содержит двухлучевой призмы и не содержит конденсора при сохранении высокой точности. Таким образом, достигается эффект упрощения конструкции, снижения трудоемкости, что делает его доступным для широких масс населения. Обслуживание поляриметра предельно простое, для работы с ним не требуется особых навыков, результаты измерения объективные, что не утомляет оператора; Поляриметр найдет широкое применение как в клиниках, санаториях, так и в быту для самоконтроля больных диабетом.

Формула изобретения Поляриметр для измерения концентрации сахара в моче, содержащий оптически связанные источник излучения, диафрагму, коллиматорную линзу и дополнительную линзу, составляющие проекционную систему с передним отрезком f t и задним f2, светофильтр, два поляризационных фильтра, между которыми расположена кювета длиной L с исследуемой средой, модулятор, фокусирующую линзу, фотоприемник с усилителем, последовательно соединенные устройство сравнения, соединенный с источником излучения регулирующий элемент и источник питания, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения конструкции, диафрагма выполнена в виде щели шириной В и длиной С, поляризационные фильтры и кювета расположена в заднем походуизлу-- чения отрезка проекционной системы, удовлетворяющем условию , второй по ходу излучения .поляризационный фильтр установлен в плоскости изображения щели и .... выполнен в виде двух примыкающих по линии друг к другу частей размерами X Cfa/fi и Y Bf2/fi, плоскости пропускания которых составляют утлы +45° и -45° по отношению к плоскости пропускания первого поляризационного фильтра, и закреплен на модуляторе, выполненном в виде электромеханического вибратора с якорем так, что линия раздела частей второго поляризационного фильтра параллельна стороне изображения щели и плоскостям упругих элементов вибратора, установленных з контакте с якорем и расположенных одна параллельно другой на расстоянии h X+Y, причем якорь выполнен так, что амплитуда перемещения А удовлетворяет условию Bf2/fi A Y,:....., ..

1- 2 3. 5$. б 8 73 8 ЮА . 13 11 Я21 21

Использование: оптическое приборостроение. Сущность: поляризационные фильтры и кювета установлены в заднем отрезке проекционной системы, составной поляризационный фильтр установлен в плоскости изображения щели, выполнен в виде двух примыкающих по линии встык друг к другу частей, плоскости пропускания которых составляют соответственно углы+45° и-45° по отношению к плоскости пропускания простого поляризационного фильтра и закреплен на якоре электромеханического вибратора так, что линия раздела частей составного поляризационного фильтра параллельна длинной стороне изображения щели, параллельна плоскостям плоских упругих элементов вибратора, поддерживающих якорь и расположенных параллельно друг другу, а амплитуда перемещения якоря больше ширины изображения щели. 3 ил.

Фиг.1