Двухканальный фотометр Советский патент 1982 года по МПК G01J1/44 

(54) ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ФОТОМЕТР

1

Изобретение относится к фотометрии, а именно к области фотоэлектрических устройств отфедепения свойств веществ, и может быть использовано для построения устройств спектрального анализа вё «цеств.

Известен двухканальный фотометр, содержащий источники излучения, два фотоэлектрических канала, делительное устройство и индикатор 1 .

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому изобретению является двухканальный фотометр, содержав щий два источника излучения, соедттённые с блоком утфавления, оптическую систему, два фотоэлектрических канала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных фотоприемнике; усилителя и блока преобразования, выходы которых соединены с соответствуюпшми входами делительного )йства, к выходу которого ;подключен индикатор, причем блок преобразования выполнен в виде рспистивного делителя, тчход которого

соединен с выходом усилителя, а выход с первым входом нуль-отгана, выход кото.рого соединен с первьп входом ключа устройства управления одним из резисторов резистивного делителя, выполненного в виде последовательногвключенных и пересчетного устройства, причем ко второму входу ключа подключен общий для всех устройств управления резистором генератор, а к третьему входу ключа подключен соответст юший выход блока управления 2 .

Недостатком данного устройства является ограниченная точность, обусловленная фпуктуациями коэф ящиентов передачи каналов.

Цель изобретения - повышение точности.

Указанная цель достигается тем, что в двухканальный фотометр, содержащий два источника излучения, соединенные с блоком управления, оптическую систему, два фотоэлектрических канала, каждый из которых состоит из последовательно севдттенных фотоприемника, усилителя и блока преобразования, выходы которых соединены с соотвеп-ствуюшими входами делительного устройства, к выходу которого подключен индикатор, причем блок преобразования выполнен в виде реэистивного делителя, вход которого соединен с выходом усилителя, а выход - с первым входом нуль-органа, выход которого соединен с первым входом ключа устройства управления одним из резисторов резистивно1-о делителя, вьшолненного в виде последовательно включенных ключа и пересчетного устройства, причём ко второму входу ключа подключен обишй для всех устройств управления резисторо генератор, а к третьему входу ключа подключен соответствующий выход блока управления, в каждый блок преобразовани введены по одному дополнительному устройству управления резистором и по одному преобразователю икшульсов в напря жение, первый выход которого соед1шен с выходом нуль-органа, второй вход - с генератором и третий вход - с соответ-. ствующим выходом блока управления, все входы дополнительного устройства управления резистором включены аналогично входам основного устройства управления резистоом , а его вькод соединен с уг(равляющим входом второго резистора в резистивном делителе. На чертеже изображена схема фотоэлектрического анализатора. Устройство содержит два источника Iи 2 излучения, соединенные .с блоком 3 управления, оптическую систему 4, два фтотоэлектрических канала 5 и 6, каждый из которых состоит из последовательно соединенных фотоприемника 7 и 8, усилителя 9 и 1О и блока 11 и 12 преобраЬования, кыходь которых соедине ны с соответствующими входами делител ного устройства 13, к выходу которого подключен индикатор 14, причем блок II(12) преобразования вьшолнен в виде резистивного делителя 15 (16), вход которого соединен с выходом усилителя 9 (1О), а выход - с первым входом нуль-органа 17 (18), выход которого соединен с первым входом клкзча 19 (2О устройства 21 (22) управления резистором одного из ерзисторов 23 (24) резистивного делителя 15 (16), выполненного в виде последовательно включенных ключа. 19 ( 2О) и пересчетного устройства 25 (26), причем ко второму входу ключа 19 (20) пойкпючея общий ппя всех устройств управления резистором генератор 27, а к третьему входу ключа подключен соответствующий выход блока 3 управления. Каждый блок преобразования содержит по одному догголнительному устройству 28 (29) управления резистором н по одному преобразователю 30 (31) импульсов в напряжение, выход которого соединен с вторым входом нуль-органа 17 (18), первый вход соединен с выходом нуль-органа 17 (18), второй вход с генератором 27 и третий вход - с соответствующим выходом блока 3 управления, все входы дополнительного устройства управления резистором включены аналогично входам основного устройства 28 (29. уппавпения резистором, а его выход соединен с управляющим входом второго резистора 32 (33) в резистивном делителе 15 (16). Преобразователь 30 (31) импульсов в напряжение может быть выполнен, например, в виде последовательно включенных ключа 34 (35), пересчетного устройства 36 (37) и дешифратора 38 (39), Дополнительные устройства 28 и 29 управления резистором включают в себя последовательно включенные ключ 4О (41) и пересчетное устройство 42 (43). Устройство работает следующим образом. Ключи 34, 40 и 19; обеспечивают прохождение сигналов с генератора 27 в пересчетные устройства, соответственно 36, 42 и 25, только при одновременном наличии двух разрещающих сигналов, один из которых может поступать с выхода нуль-органа 17, а второй - с блока 3 управления, Ключи 20, 41 и 35 обеспечивают прохождение сигналов с генератора 27 в пересчетные устройства, соответственно,26, 43 и 37, только при одновременном наличии двух разрещающих, сигналов, один на которых может поступать с выхода нуль-орагана 18, второй - с блока 3 управления. Разрещающие сигналы с блока 3 управления поступают на ключи 34 и 35 в момент отсутствия свеотЕЫх потоков на фотохфиемниках 7 и 8, йа ключи 40 и 41 в момент освещения фотоприемииков 7 и 8 излучеHH J источника 2 излучения и на импульсные клкяи 19 и 2О в момент освещения фотоприемников 7 и 8 излучением источника 2 излучения. Из излучения анализируемого образца оптической системой 4 выделяется аналитическая линия, световой поток которой воспринимается фотоприелтиком 7, и линия сравнения, световой погок которой

н&лравл Н на фотсшриемник 8. На те же фстопрясмиики поочеротю с импульсами нсточипка 2 излучения подаются световые нктульсы от нсто«пп1ка излучения 1, работой которого управляет блок 3 управ ления. Между световыми икстгульсами имекугся промежутки времени, в течение .KCiTopbDT. фoтoпpиe o ики не освещены. Сигналы с фотоприекл1иков ус1тиваются усилителями и поступают на резистивта.1е д лителя напряжений. Сигналы на входах д лителей напряженттй, полученные в мо-. М1энты освещения фотоприемттов, кроме составляющих, вызванных световыми потоками, имеют постоя1 гую составляющую, обусловленную темноным током фотопри- емника и смещением нуля усилителя, а в момент отсутствия световых по- токов имеют только указанную постоянную составляющую. Поэтому, в момент, когда dxyronDHeN-nniKH не освещены, на делитель напряжения, выполненный на резисторах 32 и 23 поступает сигнал. U- , обусловленный темновым током фотоприемника 7 и смещением нуля уснлителя 9, на делитель напряжения, выполненный на резисторах 24 и 33, поступает сигнал ( обусловленнь1Й темновым током фотоприемника 8 и смещенйем нуля усилителя 10, В момент, когда фотоприемники осв -шены излучением источника излучения 1 на вход делителя напряжения, выполненного на резисторах 32 и 23, поступает сигнал I Ц v + Ln-f на делитель, выполне1шый на резисторах 24 и 33, поступает сигнал ULa Ufjf2 в момент, когда фотоприемники осве:щены излучением источинка излучения вход делителя напряжения, выполненного на резисторах 32 и 23, поступает сигнал + Uj , на делитель, выполнегшый на резисторах 24 и 33, поступает сигнал и. S и К. IJ+Цщ, где U-1 - напряжение, пропорциональное световому потоку источника излучения 1 с фотоприемника 7; Ул ншфяжение, пропорциональное световому потоку источника излучения 1 с фотоприемннка 8; Uj - напряжение, пропорпиональное световому потоку аналитической, линии источника излучения 2 с фотоприемника 7; и 4 - напряжение, пропорционап ное световому потоку источника излучения 2 с фотоприемйика 8; К - коэффициент усиления усилителя 9; Кп - коэф фициент усиления усилителя Ю. Кроме.того, каждый нуль-орган обычно имеет смещение нуля, которое можнр считать, как величину, приложенную к: одному из входов нуль-органа, например,

ко входу, соединенному с делителем напряжения. Поэтому в каждый момент измерений к nepnoKiy входу нуль-органа 17, кроме сигналов, поступающих с делителя

и на выходе преобразователя 31, которое поступает- на вторий вход нуль-органа 18. Увеличение напряжений на выходах пр« напряжения на резисторах 32 и 23, еще приложено и напряжение U IA-II в к первому входу нуль-органа 18, кроме сигналов, поступающих с делителя напряжения на резисторах 24 и 33, еще приложено и напряжение (п, при этом напряжения смещения суммируются с сигналами, поступающими на соответствующис нуль-органы. В моменты времени, когда фотоприемНИКИ на освещены, блоком 3 управления сопротивления R резистора 32 и (}л резистора 33 устанавливаются равными нулю, сопротивлеш1е ftQ резистора 23 и ft д резисюра 24 устанавливаются равными максимальному значению, поэтому в этот момент на первый вход нуль-органа 17 поступает электрический сигнал, равный сумме постоянной составляющей и , величина которой определяется темновым током фотоприем1шка 7 и смещением нуля усилителя 9, - смещения нуля ттуль-органа 17, а на первый вход нуль-органа 18 поступает электрический сигнал, равный сумме постоянной составляющей Upi , величина которой определяется темновым током фотоприемника 8 и смещением нуля усилителя 10, и LI t,fA(2 -смещения нуля нуль-органа 18. На вторые входы нуль-органов 17 и 18 в этот момент поступают соответственно .сигналы UQ и UJJ , равные нулю, поэтому с выхода нуль-органа 17 поступает разрешающий сигнал на ключи 34, 4О и 19, а с выхода нуль-органа 18 поступает разрешающий сигнал на ключи 2О, 41 и 35. Однако импульсы с генератора 27 проходят только через ключ 34 в пересчетное устройство 36 и через ключ 35 в пересчетное устройство 37, так как в этот момент времени на вторые управляющие входы этих ключей поступают разрешак щие сигналы с блока 3 управления, на вторые входы остальных ключей поступают запрещающие сигналы, поэтому импульсы с генератора 27 через них не проходят. При увеличении числа импульсов, прошедших в пересчетные устройства 36 и 37, соответственно у/величиваются напряжения на выходе преобразователя импульсов в напряжение 30, которое п6ступает на второй вход нуль-органа 17, образователей ЗО и 3.1 продолжается до тех пор, пока UQ станет близким по величине к (( -tVAl. близким к 4 LI ri При наступлении равенства напряжений на входах нуль-органов 17 и 18 с их выходов на первые управляющие входы ключей, соответственно 34 и 35, поступают сигналы, запрещающие прохождение импульсов с генератора 27 . в пересчетные устройства, соответствен- но 36 и 37, поэтому на втором входе нуль-органа 17 устанавливается напряжение, величина которого равна и,,дЧ U; а на втором входе нуль- органа 18 напряжение, величина которого равна rtl. следующие момент времени фотоприемники облучаются излучением источника излучения 1, а с блока 3 управления поступают разрешающие сигналы только на ключи 28 и 41. Так как сопротивпения резисторов 32 и 33 установлены равными нулю, то в первый момент времени на первые входы нуль-органов поступают сигналы, больщие по ве личине, чем сигналыUf и щ + C-fAfi . поступающие на их вторые входы, поэтому с выхода нуль-органа на ключ 40 поступает сигнал, разрешающий прохождение импульсов с генератора 27 в пересчетное устройство 42, а с выход нуль-органа 18 - на ключ 41 поступает сигнал, разрешающий прохождение импуль сов с генератора 27 в пересЧетное устройство 43. Импульсы, поступающие в пересчетное устройство 42, изменяют сопрот1шление R резистора 3 2,. а импул сы, поступающие в пересчетное устройство 43, изменяют сопротивление ftj резистора 33. Изменения сопротивлений резисторов 32 и 33 продолжается до тех пор, пока напряжение, снимаемое с делителя напряжения на резисторах 32 и 23 не станет близким к Uf,. т.е. .,« Un. : а напряжение, снимаемое с делителя напряжения на резисторах 33 и 24, не станет близким к ,(ni т.е. где г и - новые значения сопротивлений, которые принимают соответственно резисторы 32 и 33. При наступлении равенства напряжений на входах нуль- органа 17с его выхода на первый вход ключа поступает сиг-нал, запрещающий прохождение импульсов с генератора 27, в пересчетное устройство 42, а при наступлении равенства напряжений на входах нуль-органа 18с его выхода на первый вход ключа 41 поступает сигнал, запрещающий прохождение импульсов с генратора 27 и псресчетное устройство 43. В следующий момент времени фотоприемники воспринимают излучение источника 2, а с блока 3 управления разрешающие сигналы поступают только на ключи. 19 и 20, при этом на нуль-органе 17 сравниваются сигнал 1),,, и сигнал, равный V./ п. а на нуль- органе 18 сравниваются сигнал .и сигнал, равный 40 4 с«аПри наличии разности сравниваемых сигналов на входах нуль-органа 17 с его выхода на ключ 19 поступает сигнал, разрешающий прохождение ит тульсов в пересчетное устройство 25, а при наличии разности сигналов на входах нуль-органа 18 с его выхода поступает сигнал, разрешающий прохождение импульсов в пересчетное устройство 26. Увеличение числа импульсов-в накопителе пересчетного устройства 25 приводит к изменению сопротивления резистора 23 и к пропорциональному изменению сигнала, посту- . пающего на первый вход делительного устройства -13, а увел1ячение числа импульсов в накопителе пересчетного устройства 26 приводит к изменению сопротивления резистора 24 к к пропорциональному изменению сигнала, поступающего на второй вход делительного устройства 13. Изменение сопротивления резистора 23 продолжается до тех пор, пока не наступит выполнение условия . ,K,,45) откуда N77 a изменение сопротивления резистора 24 продолжается до тех пор, пока не нлстуmiT выполнение условия ) где г(j и г - новые значения сопротивпе кий, которые принимают соответственно резистора 23 и 24. При наступлении равенства напряжений на входах нуль-органа 17 с его выхода на ключ 19 поступает сигнал, запрещающий прохождение импульсов в пересчетно устройство 25, а при наступлении равенства напряжений на входах нуль-органа 18 с выхода этого нуль-органа посту пает сигнал, запрещающий прохождение импульсов в пересчетное устройство 26. Решая совместно (1) и (3) получим U.iC . .« - V/л fk , Решая совместно (2) и (4) получим .(fe) ihr Делительное устройство 13 определяет отношение сигналов, пропорциональных величинам г и Гп , поступающих на еги входы. Поэтому учитывая (5) и (б) и то, что начальные сопротивления RQ и (д резисторов 23 и S4 могут быть выбраны одшгаковьп 1и, равными R , получим величину С , которая поступает на индикатор 14. Uft / Ux г) U. видно из (7) величина С , характеризующая результат измерений, которы фиксируется регистрирующим устройство1м 14, определяется только величиной светового потока, характеризующего конпентрацию анализируемого элемента в пробе и не зависит от коэффициентов передачи отдельных элементов устройства, темнового тока фотоприемников, смещения нуля усилителей, колебаний интенсивности излучения обеих источников света, колебаний чувствительности фотоприемников, колебаний коэффициантов усиления усилителей. Делительное устройство 14 может ,быть выполнено без интегратора или с интегратором, предназначенным для сут мирования рез 7п татов измерений, полученных за определенное заданное число периодов. Управление предельными значениями сопротивлений управляемых дифровых резисторов, периодичностью работы элементов устройства осуществляет блок 3 управления. Предлагаемое изобретение позвотшет исключить влияния колебаний параметров всех основных аналоговых элементе®, применяемых в устройстве, что позволяет повысить точнсрть измерений, а, следовательно, обеспечивается возможность улучшения качества выпускаемой продук- ПИИ, для контроля которой используется анализатор. Формула изобретения Двухканальный фотометр, содержащий два источника излучения, соединенные с блоком управления, оптическую систему два фотоэлектрических канала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных фотоприемника, усилителя н блкоа преобразования, выходы которых соединены с соответствующими входами делительного устройства, к выходу которого подключен индикатор, причем блок преобразования вьшолнен в виде резистивного делителя, вход которогхэ соединен с выходом усилителя, а выход - с первым входом нуль-рргапа, выход которого соединен с первым входом ключа устройства управления одним из резисторов резистивного делителя, вьшолнетюго в виде последовательно включенных ключа и пересчетного устройства, причем ко второму входу ключа подключен общий для всех устройств управления резистором генератор, а к третьему аходу ключа подсоединен соответствующий выход блока управления, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности, в каждый блок преобразования введены по одному дополнительному устройству управления резистором и по однол у преобразователю импульсов в напряжение, выход которого соединен с вторым входом нуль-органа, первый вход преобразователя соединен с выходом нуль-органа, второй нход - с генератором и третий .. вход - с соответствующим ваыходом блока управления, все входы дополнительного устройства управления резистором ; включены аналогично входам основного устройства управления резистором, а его выход соединен с управл5пощим входом второго резистора в резнсгивиом делителе. Источни&и информации, прин1ттые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N9 541О93, кл. G 01 J З/ОО, 1975. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2780989/18-25, кп. С OIJ 3/42, 1979 (прототип).