Фотоэлектроколориметр-рефрактометр Советский патент 1976 года по МПК G01J3/50 G01N21/46 

1

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано при оитико-физических измерениях - в колориметрии и рефрактометрии.

Извес1ны фотоэлектрические колориметры, используемые для определениях оптической плотности окрашенных растворов, содержащие источник света, кювету с исследуемым веществом, фотоприемник и индикатор, подключенный к выходу фотоприемника Ij.

Известны также фотоэлектроколориметры, содержащие те же элементы, в которых фотоприемник выполнен в виде полупроводникового сканистора, соединенного с индикатором оптической плотности через электрическую схему регистрации 2J.

Известный фотоэлектроколориметр не позволяет производить одновременное измерение коэффициента преломления и оптической плотности исследуемого вещества, что бывает необходимо при исследовании его оптических свойств.

Целью изобретения является обеспечение одновременного измерения коэффициента преломления и оптической плотности исследуемого вещества.

Цель достигается тем, что в фотоэлектроколориметре, содержащем источник света, кювету с исследуемым веществом, фотоприемник в виде полупроводникового сканистора.

индикатор оптической плотности и электрическую схему регистрации, эта схема содержит два дифференциальных операционных усилителя, источник напряжения смещения, резисторы к индикатор коэффициента преломления, причем вывод пизкоомного слоя полупроводникового сканистора подключен к выходу первого операционного усилителя, к инвертирующему входу которого подключены один из выводов высокоомного слоя делителя сканистора и через резистор - источник наиряжения смещения, второй вывод высокоомного слоя делителя сканистора подключен к индикатору коэффициента преломления и через делитель - к неинвертирующему входу второго операционного дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого подключен через резистор к выходу первого усилителя, а индикатор оптической плотности подключен к выходу второго усилителя и через резистор к его инвертирующему входу.

Иа фиг. 1 изображена функциональная схема фотоэлектроколориметра-рефрактометра; на фиг. 2 - эвивалентная схема полупроводникового сканистора, включенного в цепь отрицательной обратной связи дифференциального операционного усилителя.

Фотоэлектроколориметр-рефрактометр содержит источник света 1, кювету 2, форма которой может быть выбрана такой, чтобы при разных углах преломления вещества длнна оптического пути в кювете 2 была неизменной, полупроводниковый сканнстор 3, дифференциальные операционные усилители 4 и 5, источник напряжения смещения 6, резисторы 7, 8, 9, Ш, 11, 12 и 13, индикатор коэффициента преломления 14 и индикатор оптической плотности 15. Вывод низкоомного слоя полупроводникового сканистора 3 подключен к выходу первого дифференциального операционного усилителя 4, к инвертирующему входу которого подключены один из выводов высокоомного слоя делителя сканистора 3, источник напряжения смещения 6 через резистор 7 и согласующий резистор 8. Второй вывод высокоомного слоя делителя сканистора 3 подключен к индикатору коэффициента преломления 14 и к неинвертирующему входу второго дифференциального операционрюго усилителя 5 через делитель, образованный резисторами 9 и 10. К инвертирующему входу операционного усилителя 5 через резистор 11 подключен выход операционного усилителя 4, через резистор обратной связи 13 - индикатор оптической плотности 15 и согласующий резистор 12, Эквивалентная схема полупроводникового сканистора 3 включает резистивный делитель, образованный сопротивлениями Rn, , , ... ,„ , и соответствующим образом включенные понарно фотодиоды Dф, Оф ,..., Оф и диоды Di, DZ..., DmУстройство работает следующим образом. Пусть в исходном положении освещен фотодиод О. В этом случае цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя 4 замыкается через фотодиод ,„,, диод DZ, сопротивление участка делительного слоя сканистора ,, резистор 7 и внутреннее сопротивление источника напряжения смещения Ь. Тогда для напряжения . поступающего на индикатор коэффициента преломления 14, имеем: При смещении светового потока относительно сканистора 3 на некоторую величину Ах, начинает освещаться другой, i-ый фотодиод )ф, . Тогда R + () f/аых. -UBX- / Таким образом можно записать, что где Д д-сопротивление участка делительного слоя сканистора на участке . Следовательно, &и,,,к,х, 5J 55 GO G5 где /Ci - постоянный коэффициент, определяемый конкретной величиной L/BX, R и погонного сопротивления делительного слоя. Учитывая, что величина смещения Ал; пропорциональна изменению коэффициента преломле1 ия Ая, окончательно имеем: , ЛгДл, где /(2 -- некоторый коэффициент. Выражение (5) справедливо для случая, когда в качестве источника напряжения смещения 6 выбран источник постоянного напряжения, причем его полярность должна быть такой, чтобы диоды сканистора были смещены в прямом направлении, а фотодиоды в обратном. Нсли источник смещения - генератор постоянного по амплитуде синусоидального напряжения, то информация о изменении коэффициента преломления содержится в положительиой полуволне сигнала, измеряемого с помощью индикатора коэффициента преломления 14. При измерении оптической плотности вещества и постоянном коэффициенте преломления на сканисторе 3 по-прежнему освещен фотодиод Оф. Папряжение Наш, на выходе операционного усилителя 4 в этом случае будет равно: // - // { обр.ф I д, (. - вх Т где .ф - обратное сопротивление фотодиода D,. Это напряжение через резистор 11 поступает на инвертирующий вход операционного усилителя 5. На неинвертирующий вход операционного усилителя 5 подается и напряжение ,- С помощью резисторов 9, 10, И, 12 и 13 выравнивают коэффициенты передачи для напряжений t/вых, и t/вых.. так чтобы выходное напряжение /вых, операционного усилителя 5 было пропорционально их разности. Тогда с выражений (1) и (6) найдем напряжение на входе индикатора оптической плотности 15; BbiXj где - Кз коэффициент, учитывающий интенсивность источника света 1, параметры кюветы 2 и расстояние ее до скаиистора 3, а также выбранные параметры схемы и самого сканистора 3. Обратное сонротивление фотодиода Койр.ф однозначно определяется интенсивностью светового потока, проиледшего через кювету 2, а следовательно, и оптической плотностью исследуемого вещества. При использовании в качестве источника напряжения смещения 6 генератора синусоидального напряжения информация об оптической плотности содержится в положительной полуволне напряжения бвых.,Предлагаемый фотоэлектроколориметр-рефрактометр, в отличие от известных приборов аналогичного назначения, позволяет производить одновременное измерение оптической