Двухлучевой фотометр Советский патент 1981 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к оптикоэлектронному приборостроению и может быть использовано в измерениях, требующих высок т точность определения рассеивающих, отражающих и поглощающих свойств различных объектов, в частности в «вухлучевых фотометрах и спектрофотометрах. мвухлучевой фотометр содержащий последовательно установленные источник света, оптическую систему, модулятор, кювету, фотопреобразователь, два фильтра и регистратор 1 Недостатком данного устройства является то, что из-за двухканальной об работки сигнала данное устройство обладает невысокой точностью. Наиболее близким к предлагаемому является двухлучевой Фотометр, содер жащий последовательно установленные источник света, оптическую систему, модулятор, кюветуj фотопреобразовптель, синхронный детектор, два Фильтра, регистратор и два формирователя опорных сигналов 12 . Недостатком данного устройства является ограниченная точность, обусловленная нейдентичностью двух канэ лов обработки сигнала. Цель изобретения - повышение точности. Для достижения указанной цели в известный двухлучевой Лотометр, содержащий последовательно-установленные источник света, оптическую систему, модулятор, кювету, фотопреовразователь, синхронный детектор, два фильтра, регистратор и два формирователя опорных сигналов, дополнительно введены две пары управляемых регистратором ключей, причем одна пара ключей связана с фильтрами, а через другую пару ключей с синхронным детектором связаны два формирователя опорных сигналов. На чертеже представлена структурная схема устройст1за. Устройство содержит источник 1 излучения, оптическую систему,. соде жащую устройство 2 для образования рабочего и контрольного лучей, зеркало 3, модулятор 4, исследуемый объект 5, зеркало 6, устройство 7 совмещения лучей, объектив 8, фотопреобразователь, содержащий последовательно соединенные приемник 9 и усилитель 10, синхронный детектор 11 с коммутатором опорного напряжения на втором входе, -СОСТОЯЩИМ из двух йараплельных по выхолУ управляемых ключей 12 и 13 и двумя цепями опорных сигналов, состоящими из последовательно соединенных дополнительных фотоприемников 14 и 15, облучаемьк дополнительными источниками 16 и 1-V света и формирователей 18 и 19 опорных напряжений, коммутируемый фильтр, состоящий из резистора 20, включенного между его входом и выходом, конденсаторов 21 и 22 и управляемых ключей 23 и 24, образующих между его выходом и землей две последовательно-параллельные цепи, АЦП 25, цифровой делитель 26 и выходной блок 27, а также блок 28 управления, представляющие собой регистратор.

Устройство работает следующим образом.

Излучение от источника 1 попадает на устройство 2 для образования контрольного и рабочего лучей. Часть общей мощности проходит через него и об разует рабочий луч, вторая часть отражается и образует контрольный луч, который попадает на зеркало 3 и на- : правляется на модулятор 4, туда же направляется и рабочий луч. Оба луча модулируют Одним модулятором 4 на разных частотах. Промодулированный рабочий луч направляется на исследуемый объект 5 и взаимодействует с ним, теряя часть своей мощности. Оставшаяся часть мощности попадает на зеркало 6, а с него на устройство 7 совмещения рабочего и контрольного лучей, на которое направляется и контрольный луч. Совмещенные лучи Фокусируются объективом 8 на приемник 9. Электрический сигнал, пропорциональный сумме мощно стей Обоих лучей усиливается усилителем 10 и поступает на вход синхронного детектора 11, на второй вход которого поступает -опорное напряжение с выходов управляемых ключей 12 и 13, причем с выхода управляемого ключа 12 поступает синусоидальное напряжение с частотой рабочего сигнала, а с выхода управляемого ключа 13 - синусоидальнос напряжение с частотой контрольного сигнала. Эти напряжения снимаются с дополнительных приемников 14 и 15, облучаемых дополнительными источниками 16 и 17 света, излучение которых модулируется также модулятором 4, формируется с помощью формирователей 18 и 19, с выхода которых поступают на входы управляемых ключей 12 и 13 соответственно. В зависимости от сигналов на управляющих входах ключей 12 и 13 на второй вход синхронного детектора 11 поступает опорное напряжение либо с частотой рабочего сигнала - ключ 12 замкнут, а клю 13 разомкнут, либо с частотой контрольного сигнала - ключ 12 разомкнут, а ключ 13 замкнут. С выхода синхронного детектора 11 сигнал поступает на вход коммутируемого фильтра, состоящего из резисто{ а 20, конденсаторов

21 и 22 и управляемых ключей 23 и- 24, который служит для ограничения полосы пропускания со стороны высоких частот. Значение полосы пропускания опре/.еляется величинами сопротивления резистора 20 и емкостей конденсаторов 21 и 22. Последовательно включенные синхронный детектор и (Ъильтр осу)«ествляют селекцию сигналов на частотах, равных частоте модуляции и их детектирование. На конденсаторах 21 и 22 происходит выделение выходного напряжения синхронного детектора 11. Когда замкнуты ключи 23 и 12, на конденсаторе 21 происходит выделение рабочего сигнала. Согда же замкнуты ключи 24 и 13, на конденсаторе 22 происходит вь1деление контрольного сигнала. Таким образом, в течение того времени, когда ключи 12 и 23 замкнуты, а ключи 13 и 24 разомкнуты, на вход АЦП 25 с конденсатора 21 поступает рабочий сигнал, а на конденсаторе 22 хранится значение контрольного сигнала предыдущего цикла. Когда же ключи 13 и 24 замкнуты, а ключи 12 и 23 разомкнуты на вход АЦП 25 с конденсатора 22 поступает контрольный сигнал, а на конденсаторе 21 хранится значение рабочего сигнала. Попеременно поступающие на вход АЦП 25 рабочий и контрольный сигналы, преобразуются в цифровую форму и в цифровом виде подаются на вход цифрового делителя 26, осуществляющего операцию деления кода рабочего сигнала на код контрольного сигнала. С выхода цифрового делителя 26 результаты деления поступают в цифровом коде на вход выходного блока, в качестве которого используют либо цифровой индикатор, либо цифровой регистратор, либо ЭВМ, производявцих оперативную обработку данных измерений. Блок 28 управления имеет два выхода, с которых подаются два противофазных импульсных напряжения со скважностью два на управляющие входы ключей 12 и 13,23 и 24, АЦП 25 и цифрового делителя 26, осуществляя тем самым синхронизацию.

Таким образом, в устройстве для обработки рабочего и контрольного сигналов используется один и тот же канал, состоящий из последовательно включенных приемника 9, усилителя 10, синхронного детектора 11, резистора 20 и АЦП 25, работающий в режиме временного разделения. Раздельными являются только конденсаторы 21 и 22 в паре с ключами 23 и 24, идентичность параметров которых несложно обеспечить с необходимой точностью.

Использование одного общего кана-ла вместо двух раздельных значительно повышает точность обработки сигналов по сравнению с данным, так как в этом случае устраняется влияние разбаланса каналов на результаты