Фотометр Советский патент 1982 года по МПК G01J1/44 

(54) ФОТОМЕТР

. ,- Изобретение относится к приборострое нию, а именно к фотометрии, и может, быть использовано в оптических спектроанализаторах, например, для определения химического состава веществ. Известен фотометр, содержащий источник света, оптические каналы, модулятор, фотопреобразователь и регистратор 11 .: Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому изобретению является фотометр, содержащий источник света, светоделительное устройство, измерительный и эталонный оптические кана лы, модулятор с блоком управления, фо-i Топреобразователь, вь1х6д которого соединен с последовательно соединенными первым и вторым управляемыми резисторами, общая точка которых соединена с первым входом компаратора, выход которого соединен с первым входом ключа, через который генератор импульсов соединен с интегратором, первый выход коTopf;ro соединен г регистратором, второй выход соединен с управпякяцим нходом первого управляемого резистора, а синхронизирующий вход соединен с блоком управления модулятора, с которым также соединен второй вход ключа, к реэистявный делитель 2 . Однако известное устройство имеет недостаточно высокую точность вследствие того, что на результат измерений оказывают влияние изменения во цремени коэффициентов передачи каналов синхронного коммутатора, а так как каждый сигнал в известном устройстве проходит по своему каналу cHKxpoiraoro коммутатора, то при изменении коэфф11циентов передачи, ка налов в результате измерений вносится погрешность. Кроме того, в известтном устройстве на точность измерений оказывают влияния смешения нуля дифференциально -о усшштеля и компаратора. Структура известного устройства не обеспечивает исключения указаш1ых вт1яний на результат измерений. Цепь изобретения - повышение точности измерений. Для достижения указанной цели в из- веерный фотометр, содержащий источник света, светодепительное устройство, измерительный и эталонный оптические каналы, модулятор с блоком управления, фотопреобразователь, вход которого соединен с последовательно соед1гаенными первым и вторым управляемыми резисторами, общая точка которых соединена с первым входом компаратора, выход которого соединен с первым вхрдом ключа, через который генератор импульсов сое- динен с интегратором, первый выход которого соединен с регистратором, второй выход соединен с управляющим входом первого управляемого резистора, а синхронизирующий вход соединен с блоком управления модулятора, с которым также соедт1ен второй вход ключа, и резистив- ный делитель, введеньт источник опорного напряжения, два дополнительных интегратора и два дополнительных , причем вторые входы дополнительных ключей соединены с блоком управления, а первы с выходом компаратора, второй вход которого соединен Ь выходом резистивного делителя, вход которого соединен с источником опорного напряжения, а один резистор резистивного делителя выполнен управляемым, и его управляющий вход соединен с выходом первого дополнитель ного интегратора, соединенного через первый дополнительный ключ с генератором импульсов, с которым также соединен через второй дополнительнъ1Й ключ второй дополнительный интегратор, выход которого соединен fc управляющим входом второго управляемого резистора, синхронизирующие входы всех дополни-) тельных интеграторов соединены с блоком управления модулятора. На чертеже показана структурная схе ма устройства. Устройство содержит источник света светоделительное устройство 2, оптическ каналы 3 и 4, фотопреобразователь 5, модулятор 6. На вых,оде фотопреобразователя 5 включен делитель напряжения, состоящий из цифровых утфавпяемых резисторов 7 () и 8 ( fj.). Выход этого делителя напряжения подключен на первый вход компаратора 9, второй вход которого подключен к иыходу преобразователя импульсов в напряжение, .в состав которого входит резистивный делитель напряжения, состоящий из постоянного резистора 10 ( Я- ) и управляемого резистора 11 ( Яд) Выход компарато а 9 подключен к первым управляющим входам трех ключей 12 - 14, входы которых соединены с генератором 15 импульсов, а выходы с интеграторами, соответственно 16 - 18, при этом интегратор 16, входяишй в преобразователь импульсов в напряжение, связан с управляющим вхог дом управляемого резисгора 11, интегратор 17 - с управляющим входо управляемого резистора 8, интегратор 18 - с управляющим входом управляемого резистора 7 и регистратором 19. Блок 10 управления соединен с модулятором 6, со вторыми входами ключей 12 - 14 и синхронизирующими входами интеграторов 16 - 18. Вход резистивного делителя соединен с источником 21 опорного напряжения. Устройство работает следующим образом. Ключи обеспечивают прохождение, сигналов с генератора 15 импульсов в пересчетные устройства интеграторов только при одновременном наличии двух управляющих сигналов, -ОДИН из которых может поступать с компаратора 9, а второй с блока 20 управления. Световой поток источника 1 светоде- лительным устройством 2 разделяется на два луча, один из которых проходит через измерительный оптический канал 3, i в котором взаимодействует с анализируемой пробой и попадает на фотопреобразователь 5, второй проходит эталонный оптический канал 4, в котором взаимодействует с эталонной пробой и также попадает на фотопреобразователь 5. Световые потоки каждого луча модулируются модулятором 6 таким образом; что они попадают на.фотопреобразователь 5 в разные промежутки времени и кроме того, между ними имеются промежутки, в которые свет от источника 1 не попадает на фотопреобразователь 5. Сигналы, полученные в моменты освещения фотопреобразователя 5, кроме составляпоишх, вызванных световыми потоками, имеют посто$пшую составляющую, обусловленную темновым током фотоприемника и смещением нуля усилителя, а в момент отсутствия световых потоков имеют только указанную постоянную составляющую. Сигналы с выхода фотопреобразоватепя 5 поступают на делитель напряжения, выполненный на резисторах 7 и 8, при этом в начальный момент времени, когда на фотопреобразоватепь 5 светог 1е потоки от источника 1 света не попадают, блоком 20 управления через пересчетные устройства соответствующих интеграторов устанавливаются: сопротивление резистора 7 равным нулю, сопротивление резистора 8 равным максимальном значешпо, сопротивление резистора 11 paiiHbiM нулю. Поэтому в этот момент на первый вход компоратора 9 поступает весь электрический сигнал U-f , равный постоянной составляющей, величина которой определяется темновым током и смещением нуля фотопреобразователя 5, а на второй вход компаратора 9 поступает сигнал равный нулю. Кроме того, компаратор обычно имеет смещение нуля, которое можно считать как величину U,, приложенную к одному из входов компаратора 9, например, ко входу на который подается сигнал с делителя напряжения на резисторах 7 и 8. Поэтому на первый вход компаратора 9 в этот момент по-, ступает сигнал,, равный UT -сцл -.Так как сигнал , бохшше нуля, то с вы хода кокторатора 9 на первый вход кгаоча 12 поступает сигнал, разрешающий прохождение импульсов с генератора iS импульсов в пересчетное устройство инте гратора 16. Одновременно с этим с блока 20 управления на второй. вход ключа 12 поступает сигнал, разрешающий прохождение и шульсов в пересчетное устройство интегратора 16, а на вторые вхо ды ключей 13 и 14 сигналы - запрещ)аю шие прохождение импульсов в пересчетны устройства интеграторов 17 и 18. В этот момент начинают проходить импульсы с генератора 15 импульсов только в пересчетное устройство интегратора 16, так как одновременно с разрешающим сигналом с компаратора 9, поступа«ощим на первый вход ключа 12, на его второй вход с блока 20 управления .также посту пает разрешающий сигнал. В накопителе пересчетного устройства интегратора 16 начинает увеличиваться число импульсов, а, следовательно, уве личивается сопротивление резистора 11. Сопротивление резистора 11 устанавливается таким, чтобы напряжение на выхо де делителя напряжения, образованного резисторами 10 и 11, поступающее на второй вход компаратора 9, было близко .к напряжению U поступающему на его первый вход, т.е. чля V OtA Rv+r, где новое значение сопротивления резистора 11. В момент наступления указанного равенства с компаратора 9 на первый восод ключа 12 поступает сигнал запрета, и прохождение импульсов с генератора 15 импульсов в пересчетное устройство интегратора 16 прекращается. С этого момента на второй вкод компаратора 9 в течение периода измерений поступает сигнал, равный U -tUj- j. В следующий момент на фотопреобразователь 5 поступает световой сигнал, прошедший через эталонный оптический канал 4. Одновременно с этим, с блока 20 управления на пересчетное устройство интеграторов 17 и 18 поступают импульсы, устанавливающие такое состо$шие накопителей пересчетных устройств, при которых на резисторе 7 устанавливается величина сопротивления, равная задшшому значению R , а на резисторе 8 равная нулю, и с того же блока 2О управления поступают сигналы запрета на ключи 12 и 14, а на второй вход ключа 13 поступает сигнал, разрешающий прохождение импульсов с генератора 15 импульсов в пересчетное устройство интегратора 17. На вход депитвш напряжения на резисторах 7 и 8, в этот момент поступает сигнал, ранный сумме постошшой составляющей и,, и напряжения U , пропорционального световому потоку, прошедшему через эталонный оптический канал 4. Так как сигнал, поступающий на первый вход компоратора 9, меньше сигнала равного UT + } , поступающего на его второй вход, с выхода компаратора 9 на первый вход ключа 13 поступает сигнал, разрешающий прохождение импульсов с генератора 15 импульсов в. пересчетное устройство .шггегратора 17. В накопителе пересчетного устройства интегратора 17 начинает увеличиваться число импульсов, а, следовательно, увеличивается сопротивление 1 и4 ового резистора 8. Сопротивление резистора 8 устанавливается таким, чтобы напряжение на выходе делителя напртжения, образованного резисторами 7 и 8, поступающее в это время на первый вход компаратора 9, в сумме с Ucw было близко к напряжению, равному , поступающему на. его второй вход с делителя напряжения на резистсрах 10 и 11, т.е. т a ctл-- r Jcм

откупа

.ii) где гл - новое значение солротиппсния резистора 8. В момент наступления указагагого равенства с компаратора 9 на первый вход ключа 13 поступает сигнал запрета и прохождение импульсов с генератора 15 импульсов в пересчетное устройство:ин- тегратора 17 прекращается. В следующий момент на фотопреобра- зователь 5 поступает световой сигнал, прошедший через измерительный опт1гчес кий-канал 3.. Одновременно с этим, с блока 2О уп равления на пересчетное устройство интегратора 18 поступает и tпyлБc, устана ливающий такое состояние его накопителя, при котором на резисторе 7 устанав ливаетсй величина сопротивления равная нулю, и поступают сигналы запрета на ключи 12 и 13, а на второй вход ключа 14 поступает сигнал, разрешающий прохождение импульсов с генератора 15 им пульсов в пересчетное устройство интегратора 18, На вход делителя напряжения на резисторах 7 н 8, поступает сигнал равны сумме. посто5пшой составляющей и,- и напряжения Un , пропорционального световому потоку, прошедшему через и;змерительный оптический канал 3, Так как сигнал, поступающий на первый вход компаратора 9, больше сигнапа, равного U. поступающего на его второй нход, то с выхода компаратора 9 на первый исод ключа 14 постутюет сигнал, разрешающий прохождение импульсов с генератора 15 импульсов в пе ресчетное устройство интегратора 18. В накопителе пересчетного устройства интегратора 18 увеличивается число импульсов, а,, следоватега.но, увеличивается сопротивление цифрового резистора 7. Накопление импульсов продолжается до тех пор, пока йопротивление резистора 7 не установится TaKinvi, при котором напряжение на выходе делителя напряжет ния, образованного резисторами 7 и 8, поступающее в это время на первый вход компаратора 9 в сумме с не станет близким к напряжению равному поступающему на второй вход кокшаратора 9 с .делителя напряжения на р езисторах 10 и 11, т.е. Uft + U,T;Tr -V tM- Jr ycw.

.,(:

откуда Где т - новое значение сопротивления резистора 7.. В момент наступления указанного равенства с квмпаратора 9 на первый вход ключа 14 поступает сигнал запрета и прохождение икшульсов с гёнратора 15 импульсов в пересчетное устройство инте гратора 18 прекращается. Решая совместно (2) и (3) получим -/А-а;. откуда величина сопротивления г , характеризующая концентрацию измеряемого элемента в пробе, равна . , Из уравнения (4) видно, что величина г , характеризующая результат измерений, который фиксируется регистраторсяи 19, определяется отношением сигналов пропорционалыак световым потокам,. прошедшим через каналы 3 и 4, и не зависит от коэффициентов передачи отдельных элементов устройства, постоянной составляющей обусловленной темно- вым током фбтоприемника и смещением нуля усилителя и величины смещения нуля компаратора. Результат измерений может определяться за один период, либо за определённой заданное число периодов. В последнем случае регистратор 19 снабжается дополнительным интегратором, предназначенным для суммирования результатов измерений, полученных за определенное заданное Испо периодов. Преддагаемре изрбретение позволяет исключить влияния колебаний параметров всех основных аналоговых элементов, применяемых в устройстве, что повышает точность измерений. Формула изобретения Фотометр, содержащий источник двета, светоделительное устройство, измеритепьш 1й и эталонный оптические каналы, модулятор с блоком управления, фотопреобразоват пь, выход которого соединен с последовательно соединенными первым и вторым управляемыми резисто9 9 рами, общая точка .которых соединена с первым входом компаратора, выход которого соединен с первым входом ключа, через который генератор импульсов со&динен с интегратором, первый выход которого соединен с регистратором, второй выход соединен с управляющим входом первого управляемого резистора, а синхронизирующий вход соединен с блес ком -управления модулятора, с которым также соединен второй вход ключа, и резистивный делитель, о тл и ч а ющ ий с я тем, что, с целью поЕЬПыения точности, в него введены источник опорного напряжения, два дополнительных интеграто- pa и два дополнительных ключа, причем вторые Бходь дополнительных ключей соединены с блоком управления, а первые с выходом компаратора, второй вход оторого соединен с выходом резистивного делителя, вход которого соединен с ис00точником опорного напряжения, а один резистор резистивного делителя выполнен управляемым, и его управляющий вход соединен с выходом первого дополнительного интегратора, соединенного через первый дополнительный ключ с генератором импульсов, с которым также соединен через второй дополнительный ключ второй дополнительный интегратор, выход которого соединен с управляющим входом второго управляемого резистора, синхронизирующие входы всех дополнительных интеграторов соединены с блоком управл&шя модулятора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 630534, кл. G 011 1/44, 1977. 2,Авторское свидетельство СССР по заявке N 2780768, кл. G Oil 1/44, 1979 (прототип).