Двухлучевой фотометр с многоходовой кюветой Советский патент 1980 года по МПК G01J1/02 

Изобретение относится к области фотометрических измерений и может быть использовано в приборах качественного и количественного авали- 5 за при высокоточных измерениях малых концентраций веществ.

Известны фотометрические устройства, содержащие источник излучения, измерительный и сравнительный каналы,10 кювету для исследуемого вещества и приемник излучения 1 .

Недостатком известных устройств является то, что в них энергия каждого канала в отдельности использу- 5 ется лишь половину периода.

Известен также двухлучевой фотометр с многоходовой кюветой, содержащий источник излучения, измеритель-20 ный и сравнительный каналы, зеркальный модулятор, кювету для исследуемого вещества, фотоприемник и электронные блоки преобразования сигналов L2J

Данный двухлучевой фотометр явля- 25 ется наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к описываемому изобретению.

Недостатком данного фотометра является невысокая точность измерений. 30

Целью изобретения является увеличение точности измерений.

Это достигается тем, что в двухлучевом фотометре с многоходовой кюветой, содержащем источник излучения, измерительный и сравнительный каналы, зеркальный модулятор, кювету для исследуемого вещества, фотоприемник и электронные блоки преобразования сигналов, перед кюветой в месте пересечения рабочего и эта-лонного пучков установлен зеркальный модулятор, выполненный из двух равных секторов, один из которых прозрачен, а другой имеет двухстороннее зеркальное покрытие, а после модулятора установлены две симметричные оптические ветви, образующие рабочий и сравнительный каналы в месте установки кюветы, причем на выходе оптических ветвей установ;лены два фотоприемника, включенные дифференциально через блок вычитания.

На чертеже представлена функциональная схема двухлучевого фотометра с многоходовой кюветой.

Он содержит источник излучения 1, ,зеркала 2 и 3, светоотделительную

пластину 4, интерференционные светофильтры 5 и 6, рабочий оптический компенсационный клин 7, подстроечный оптический клин 8, зеркала 9 и 10 и зеркальный модулятор 11, выполненный из двух равных.секторов, один из которых прозрачен, а другой имеет двухстороннее зеркальное покрытие. После модулятора 11 установлены две симметричные оптические ветви, выполненные в виде отражающих поверхностей 12, 13, 14, 15, 16 и 17, образующие рабочий и сравнительный каналы. На выходе оптических ветвей установлены, фотоприемники 18 и 19, включенные дифференциально через блок вычитания 20. Оптический клин 7 перемещается электродвигателем 21 через редуктор 22, а оптический клин 8 - электродвигателем 23 через редуктор 24. Электродвигатель 25 nepisмещает модулятор 11. Модулятор 11 попеременно направляет потоки измерительного и сравнительного каналов через кювету 26 на фотоприемники 18 и 19, связанные через блок вычитания 20 с блоком управления 27.

Двухлучевой фотометр с многоходовой кюветой работает следующим образом.

Поток излучения от источника 1 с помощью зеркал 2 и 3 попадает на светоотделитёльную пластину 4. Образовавшиеся два пучка излучения проходят по измерительному и сравнительному каналам. Измерительный канал включает в себя интерференционны светофильтр 5, вырезающий рабочую область спектра, рабочий оптический компенсационный клин 7 и зеркало 9. Канал сравнения содержит зеркало 10, интерференционный светофильтр 6, определяющий область спектра сравнения и подстроечный оптический клин

Да,лее пучки излучения попадают на зеркальный модулятор 11,который попеременно с частотой f Гц модуляции направляет потоки измерительного и сравнительного каналов через кювету с исследуемым веществом по каждой из симметричной оптической ветви на фотоприемники 18 и 19 с помощью отражающих поверхностей 12, 13, 14 пер вой оптической ветви и 15, 16, 17 второй оптической ветви. В то время, когда поток измерительного канала попадает на фотоприемник 18, поток сравнительного канала попадает на фс гоприемник 19. В следующий полупериод на фотоприемник 18 попадает поток сравнительного канала, а на фотоприемник 19 - измерительного канала. Поскольку часть потока измерительного канала, пройдя через кювету с исследуемым веществом, поглощается, то из-за неравенства потоков излучения на выходе каждого фотоприемника появится приемная состав ляющая. Полученные сигналы фотоприемников сдвинуты относительно друг друга по фазе на 180 и после усиления поступают в блок вычитания 20 Амплитуда разности этих сигналов, используемая в дальнейшем для измере ния, примерно в 2 раза больше амплитуды каждого сигнала фотоприемника в отдельности и определяется .по формуле

AU (Up - UCP ) - (Urp - Up) ли(и + u|) - (up + u,(Up-Ucp ,если U U|; Ucp Ucp , TO ли 2(U - UCP), где u и - амплитуда разности

сигналов фотоприем, НИКОВ; Up и Up - амплитуды сигналов

первого и второго фотоприемников , пропорциональные излучению рабочего канала; UCP и (if.p - амплитуды сигналов первого и второго фотоприемников, пропорциональные излучению канала сравнения После дополнительного усиления сигнал с блока 20 подаемся на управляющую обмотку реверсивного двигателя 21, который через редуктор 22 перемещает оптический клин 7 в измерительном канале. Фаза напряжения, а, следовательно, и направление вращения электродвигателя соответствует увеличению или уменьшению оптической плотности в измерительном канале, клин которого связан с регисгрирующи прибором.

Изобретение позволяет обнаружить очень малые сигналы на фоне внешних шумов и помех, так как результирующая помех после вычитания сигналов будет в значительной степени уничтожаться в виду того, что внешние помехи действуютсинфазно на оба канала. Так им об ра 3 ом,преимущество предложенной системы состоит в том, что увеличение выходного сигнала фотометра происходит благодаря использованию всей световой энергии сравниваемых потоков, что особенно важно для увеличения чувствительности при измерении малых концентраций веществ при.больших потерях энергии излучения.

Формула изобретения

Двухлучевой фотометр с многоходовой кюветой, содержащий источник излучения, измерительный и сравнительный каналы, зеркальный модулят кювету для исследуемого вещества, фотоприемник и электронные блоки преобразования сигналов, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерений, перед кюветой в месте пересёче«ия