Двухлучевой фотометр Советский патент 1982 года по МПК G01J1/44 

( 5) ДВУХЛУЧЕВОЙ -ФОТОМЕТР

Изобретение относится к оптико электронному приборостроению и может быть использовано в измерениях, требующих высокую томность определения рассеивающих, отражательных и поглощающих свойств различных объектов, в частности, в двухлучевых фотометра и спектрофотометрах. Известен двухлучевой фотометр, со держащий источник излучения, оптическое устройство, модулятор, кювету фотоприемник и регистратор П. Наиболее близким к изобретению является двухлучевой фотометр, содер жащий последовательно установленные источник излучения, оптическое устро ство для образования рабочего и контрольного лучей, модулятор, кювету, оптическое устройство совмещения лучей, объектив и фотоприемник, соединенный со входом усилителя, и регистратор 23 . Недостатком известного устройства является ограниченная точность измерений, что обусловлено неидентичностью каналов обработки фотоэлектрических сигналов. Цель изобретения - повышение точности измерений. Для достижения указанной цели в двухлучевой фотометр, содержащий последовательно установленные источник излучения, оптическое устройство для образования рабочего и контрольного лучей, модулятор, кювету, оптическое устройство совмещения лучей, объектив и фотоприемник, соединенный со входом усилителя, и регистратор, введены аналоговый перемножитель, управляемый генератор, резистор, блок управления и четыре конденсатора, каждый из которых одной из обкладок соединен с общей шиной через соответствующий ключ, управляющие входы которых соединены с управляюо1ими входами регистратора, выходами блока управления и входами управляемого генератора, выход которого соединен с одним входом аналогового перемножителя, другой вход которого соединен с выходом усилителя, а выход через резистор cd единен со входом регистратора и вторыми обкладками четырех конденса торов. На чертеже изображена структурная схема устройства. Двухлучевой фотометр содержит пос ледовательно установленные источник излучения 1, оптическое устройство для образования рабочего и контрольного лучей, включающее в себя светоделитель 2 и зеркало 3,модулятор , исследуемый объект в кювете 5, зеркало 6, устройство совмещения лучей 7, объектив 8, последовательно соединенные фотоприем.ник 9, усилитель 10 и аналоговый перемножитель 11, к другому рходу котсэрого подключен управляемый генератор 12. Выход аналогового перемножителя 11 через резистор 13 соединен с обкладками конденсаторов , которые соответственно через ключи 18-21 соединены с общей шиной, и со входом регистратора, состоящего из последовательно соединенных аналогоцифрового преобразователя (АЦП 22, цифрового арифметического устройства (ЦАУ) 23 и выходного блока 24. Выходы блока управления 25 соединены с соответствующими входами АЦП 22 ЦАУ 23, ключей 18-21 и управляемого генератора 12. Резистор 13 и конден саторы 18-21 образуют контролируемый фильтр низкой частоты (ФНЧ). Устройство работает следующим образом. Излучение от источника 1 попадает на устройство для образования контрольного и рабочего лучей. Част общей мощности через него и образуе рабочий луч, вторая часть отражаетс и образует контрольный луч, который попадает на зеркало 3 и направляетс на модулятор k, туда же направляетс и рабочий луч. Оба луча модулируютс одним модулятором на разных частотах. Промодулированный рабочий луч направляется на исследуемый объект и взаимодействует с ним, теряя часть своей мощности. Оставшаяся часть мо ности попадает на зеркало 6, а с него - на устройство совмещения рабочего и контрольного лучей 7, на которое направляется и контрольный луч. Совмещенные лучи формируются объективом 8 на фотоприемник 9. 24 Электрический сигнал, пропорциональный сумме мощностей обоих лучей,усиливается усилителем 10 и поступает на вход аналогового перемножителя 11 на второй вход которого поступает синусоидальное напряжение с выхода управляемого генератора 12, причем это напряжение за один цикл измерения меняет свои параметры четырежды, в зависимости от состояния сигналов на управляющих входах. Таким образом, цикл измерения состоит из четырех тактов. В течение первого и второго тактов с выходов управляемого генератора попеременно поступают на второй вход аналогового перемножителя 11 синусоидальные напряжения с частотой рабочего сигнала, сдвинутые друг относительно друга по фазе на в течение третьего и четвертого тактов попеременно, синусоидальные напряжения с частотой контрольного сигнала, также сдвинутые друг относительно друга по фазе на 90°. В пределах одного такта аналоговый перемножитель 11 производит перемножение входного сигнала с одним из указанных синусоидальных напряжений. С выхода перемножителя 11 сигнал поступает на вход коммутируемого ФНЧ, состоящего из резистора П, конденсаторов 14 - 17 и управляемых ключей 18-21, который служит для ограничения полосы пропускания со стороны высоких частот. Значение полосы пропускания определяется величинами сопротивления резистора 13 и емкостей конденсаторов 1417. Последовательно включенные аналоговый перемножитель и коммутируемый ФНЧ осуществляют селекцию синусной и косинусной составляющих тригонометрического ряда Фурье входного сигнала на частотах, равных частотам модуляции, и их детектирование. На конденсаторах.14-17 происходит выделение напряжений, пропорциональных косинусным (действительным) и синусным (мнимым) частям коэффициентов Фурье в тригонометрическом ряду, причем во время первого такта измерительного цикла (ключ 18 замкнут) происходит перемножение сигнала с синусоидальным напряжением рабочей частоты и выделение на конденсаторе 14 напряжения, пропорционального мнимой части коэффициента Оурье (зр)гармонической составляющей с частотой рабочего сигнала; во время второго такта измерительного цикла (ключ 19 замкнут) происходит перемножение сиг нала с косинусоидальным напряжением рабочей частоты и выделение на конденсаторе 15 напряжения, пропорцио- . нального действительной части коэффициента Фурье ( вр гармонической состав с частотой рабочего сигнала,во время третьего такта (ключ 20 замкнут происходит перемножение сигнала с синусоидальным напряжением контрольной частоты и выделение на конденсаторе 16 напряжения, пропорционального мнимой части коэффициента Фурье а гармонической составляющей с частотой контрольного сигнала; во время чет- . вертого такта измерительного цикла (ключ 21 замкнут) происходит перемножение сигнала с косинусоидальным напряжением контрольной частоты и вы,деление на конденсаторе 1/ напряжения ,пропорционального действительной части коэффициента Фурье (в.) гармоничес- |кой составляющей с частотой контрольного сигнала.Таким образом,на вход АЦП 22 поочередно подаются четыре напряжения, которые преобразуются в нем в цифровую форму и подаются на вход ЦАУ 23, которое работает по жесткой программе и, производя необходимые операции над кодами чисел, в течение каждого цикла измерений определяет величину а о + в„ 1/2, кото -( рая пропорциональна отношению рабочего сигнала к контрольному, т.е. измеряемой величине. С выхода ЦАУ 23 значение измеряемой величины в цифровой форме поступает на вход выходного бло ка 2k, в качестве которого может быть использован либо цифровой регистратор либо цифровой индикатор, либо ЭВМ, производящая оперативную обработку результатов измерений. Блок управления 25 имеет четыре выхода, с которых подаются на управляющие входы управляемого генератора 12, управляемых ключей 18-21, АЦП 22 и ЦАУ 23 четыре не перекрывающихся во времени управляющих импульсов длительностью не более /k времени цикла измерений каждый, осуществляя тем саМым их синхронизацию. Предлагаемое изобретение позволяет повысить точность измерений, т.е.в устройстве для обработки рабочего и контрольного сигналов используется один и тот же канал, состоящий из последовательно включенных фотоприемника, усилителя, аналогового перемножителя с управляемым генератором на втором входе, резистора, АЦП, работающий в .режиме временного разделения. Раздельными являются только конденсаторы в парах с ключами, идентичность параметров которых несложно обеспечить с необходимой точностью. Использование одного общего канала вместо двух раздельных позволяет значительно повысить точность обработ ки сигналов, так как в этом случае устраняется влияние разбаланса каналов на результаты измерений. Формула изобретения Двухлумевой фотометр, содержащий последовательно установленные источник излучения ,оптическое устройство для образования рабочего и контрольного лучей, модулятор, кювету, оптическое устройство совмещения лучей, объектив и фотоприемник, соединенный со входом усилителя, и регистратор, отличающийся. тем, что, с целью повышения точности измерейий, в него введены аналоговый перемножитель, управляемый генератор, резистор, блок управления и четыре конденсатора, каждый из которых одной из обкладок соединен с общей шиной через соответствуюи(ий ключ, уп|эавляющие входы которых соединены с управляющими входами регистратора,выходами блока управления и входами управляемого генератора, выход которого соединен с одним входом аналогового перемножителя, другой вход которого соединен с выходом усилителя, а выход через резистор соединен со входом регистратора и вторыми обкладками четырех конденсаторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 685932, кл. G 01 J , 1979. 2.Зубов В.А. Методы измерения характеристик лазерного излучения, М., Наука, 1973, с. (прототип) .

со

«о

ю

/

IfJ

ю

ем

см см

€4i

-

l-Ё

la

4h

о