ФАЗОМЕТРИЧЕСКИЙ ФОТОМЕТР Советский патент 1974 года по МПК G01J1/46 

1

Известны фотометры фазометрические однолучевые для выделения из излучения источника поглощаемой и сравнительной частей спектра, содержащнй источник излучения, оптическую систему, генератор опорного сигнала, обтюратор, усилитель, измерительную кювету, инерционный приемник излучения и ограничитель опорного сигнала. Световой ноток источника излучения проходит через два фильтра, обтюратор, измерительную кювету, носле чего попадает на фотоприе.мник. На оси обтюратора, вращаемого электродвигателем, установлен ротор магнитного генератора. Генератор создает опорный сигнал, синфазный с частотой вращения обтюратора.

Один из светофильтров выделяет поглощаемую измеряемым веществом часть спектра, другой - сравнительную часть спектра, которая этим веществом не поглощается. Оба измерительных сигнала с фотоэлемента и опорного генератора поступают на электронную фазометрическую схему. Сигнал с опорного генератора поступает на фазовый детектор через два усилительных каскада, ограничитель амплитуды и выходной усилительный каскад. В канале суммарного измерительного сигнала имеются два усилительных каскада, выходной каскад и сиециальная схема АРУ, следящая за амплитудой сигнала, для исключения нелинейных искажений. Онорный и суммарный

сигналы поступают на фазочувстсптельпый детектор. На выходе схемы подключен регистрирующий прибор. Однако известное устройство имеет невысокую точность измерения при использовании инерциопных нриеминков излучения. Например, для работы в И1 -областп спектра выош 5 мк в качестве ириемников излучеиия обычно используют термоэлементы, фотосопротивления, болометры, либо оитикоакустические приемники излучеппя. Постояииая времени этих приемников имеет зиачения от нескольких миллисекунд до нескольких десятков миллисекунд.

Нрименение для Jмoдyляции светового потока в фотометрах механических модуляторов (обтюраторов) определяет частоту модуляции в интервале от нескольких герц до нескольких сот герц. Фотометрамн измеряют на

фиксированной частоте.

При применении механических обтюраторов всегда имеет место некоторое измеиение частоты модуляции светового потока из-за изменения частоты нитания синхронного двигателя обтюратора (50 гц +2%).

При таких вариациях частоты с использовапием иперционного приемника излучеиия, как иоказывает теория и практика фазометрических измереиий, возникает погрешность из-мерения, достигающая нескольких десятков

процентов относительных от диапазона измерения.

Цель изобретения - повысить точность фазометрических фотометров.

Для этого усилитель опорного сигнала соединен с ограничителем опорного сигнала через четырехполюсник, выполненный в виде двухзвенного RC-фильтра.

На чертеже изображен предлагаемый фотометр.

Световой поток, испускаемый излучателем 1 прерывает обтюратор 2. При помощи фильтров 3 и 4 выделяются два световых потока разного спектрального состава. Один световой ноток является эталонным, не изменяющимся при наличии в кювете 5 анализируемого вещества. Другой световой ноток (рабочий) изменяется при изменепии концентрации анализируемого вещества в измерительной кювете.

Эталонный и рабочий световые нотоки модулируются с одной и той же частотой, но со сдвигом но фазе цилиндрическим модулятором. Суммарный световой поток воспринимается приемником излучения 6, например болометром с фоконом, откуда сигнал поступает на усилитель 7. и фазовый детектор 8. Опорный сигнал вырабатывается магнитным генератором 9, кинематически связанным с двигателем 10 обтюратора.

Снимаемый с синхронного генератора сигнал подается на усилитель 11, двухзвенный RC-фильтр, ограничитель 12 амплитуды, а затем на фазовый детектор. С фазового детектора измеряемый сигнал ноступает па вторичный прибор 13. При постоянной времени т приемника излучения фаза напряжения, снимаемого с приемника излучения, сдвинута отпосительно фазы светового потока на угол

«1 arctgToi,

где со - круговая частота.

При изменении частоты модуляции светового потока изменяется сдвиг фазы электрического сигнала, снимаемого с приемника излучения, на величину

д лД

Да, Дш .

бео1 + (7Ш)2

Изменение фазы суммарного сигнала за счет изменения частоты модуляции приведет к возникновению абсолютной погрещности измерения, равной Дот1- Например, при работе с болометром БКМ-5 в качестве приемника излучения (постоянная времени ,0035 сек болометра) при частоте модуляции гц возникает абсолютная погрещность излшрения

при изменении частоты модуляции на 2%, равная

2

0,0035.138

100

Ла,

0,008 рад.

1 +(0,0035.2-3,14.22)2

При чувствительности прибора, равной 60 мка/град, нри всей щкале прибора в 100 мка погрешность измерения составит

--27% отн.

Эта погрешность измерения может быть устранена, если разность фаз суммарного и онорного сигналов не изменяется с изменением частоты модуляции. Последнее может

быть достигнуто при использовании инерционных приемников излучения, если в канал опорного сигнала будет введено инерционное звено. В изображенном на чертеже фотометре

опорный сигнал после прохождения через усилитель 11 поступает на двухзвенный RC-фильтр, а затем на ограничитель 12 амплитуды. Фаза сигнала, сни.маемого с фильтра на ограничитель амплитуды, отличается от фазы сигнала, подаваемого на RC-фильтр (при RI R2 R; Ci С2 С); на величину

- шс;

U.C

а, : arctg

ZR

При изменении частоты опорного сигнала на величину Ды, поскольку генератор опорного сигнала синфазно работает с двигателем обтюратора, возникает сдвиг по фазе

3R (- + CR

R

Да

Д(о.

f 1

+

9R

Выбирая значения С и , можно добиться того, чтобы в заданном интервале изменения частоты. При этом условии погрешность измерения фотометра от изменения частоты модуляции светового потока устраняется.

Предмет изобретения Фазометрический фотометр, содержащий источник излучения, оптическую систему, обтюратор, генератор опорного сигнала, усилитель и ограничитель онорного сигнала, измерительную кювету и инерционный нриемник излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, между

усилителем и ограничителем опорного сигнала включен четырехполюсник, выполненный в виде двухзвенного RC-фильтра.

Ci Я,