Абсорбциометр Советский патент 1982 года по МПК G01J1/44 

1

Изобретение относится к фотометрии, а именно к фотометрическим приборам для количественного анализа веществ по оптической плотности жидкой среды, и может быть использовано в текстильной, химической, пищевой промыщленности.

Известен абсорбциометр, содержащий источник излучения, кювету с механизмом изменения толщины слоя анализируемой жидкости, соединенным с блоком синхронизации и фотопреобразоватёль 1.

Существенным недостатком данного уст-, ройства является ограниченный динамический диапазон измерения, так как концентрация вещества определяется по значению кратности ослабления светового потока в среде. Это вынуждает использовать фотопреобразователи и усилители с больщим динамическим диапазоном, например логарифмические, которые имеют ограниченную точность.

Наиболее близким к изобретению является абсорбциометр, содержащий источник модулированного излучения, кювету с механизмом циклического изменения толщины слоя анализируемой жидкости, соединенным через блок синхронизации с устройством управления, фотопреобразователь, выход которого через первый компаратор соединен с запускающим входом счетчика, а через второй компаратор - с останавливающим входом счетчика, счетный вход которого подключен к задающему генератору, а выход - к вычислительному устройству,, соединенному с устройством управления, которое соединено также со счетчиком 2.

Недостатком известного устройства является ограниченное быстродействие.

Цель изобретения - повыщение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в абсорбциометр, содержащий источник модулированного излучения, кювету с механизмом цикличесого изменения толщины слоя анализируемой жидкости, соединенным через блок синхронизации с устройством управления,, фотопреобразователь, выход которого через первый компаратор соединен Сзапускающим входом счетчика, а через второй компаратор - с останавливающим входом счетчика, счетный вход которого подключен к задающему генератору, а выход - к выт числительному устройству,, соединенному с устройством управления, которое соединено также со счетчиком, введены блок формирования тактовых импульсов и блок задержки, а компараторы выполнены синхронными, причем их синхронизирующие входы через последовательно соединенные блок формирования тактовых импульсов и блок задержки соединены с источником модулированного излучения, а выход второго компаратора дополнительно подключен к устройству управления. На чертеже показана блок-схема устройства. Устройство содержит последовательно соединенные источник 1. питания и источник 2 модулированного излучения, кювету 3, механизм 4 циклического изменения толщины слоя анализируемой жидкости, соединенный с блоком 5 синхронизации, последовательно соединенные фотоприемник 6 и усилитель 7, образующие фотопреобразователь, блок 8 формирования тактовых импульсов, .соединенный с синхронизирующими входами синхронных компараторов 9 и 10, счетчик 11, к которому подключен задающий генератор 12, вычислительное устройство 13, устройство 14 управления и блок 15 задержки. Одно из смотровых окон 16 кюветы 3 выт полнено с возможностью перемещения и связано с механизмом 4 циклического изменения толщины слоя среды, который содержит ходовой винт с ползуном, приводимый в ДВИ-. жение реверсивным синхронным электродвигателем (не показаны), что позволяет осуществить линейное изменение толщины слои среды во время цикла измерения. Вычислительное устройство.может быть выполнено в виде встроенного в прибор микропроцессора либо автономным (ЭЦВМ). Блок 8 формирования тактовых импульсов через блок 15 задержки соединен с источником 2 модулированного излучения. Выход первого компаратора 9 соединен с запускающим входом счетчика И, б останавливающим входом которого соединен вьь ход второго компаратора 10, который также соединен с устройством 14 управления, соединенным с блоком 5 синхронизации. Выходы устройства 14 управления соединены со счетчиком 11 и с вычислительным устройством 13, с которым также соединен выход счетчика 11. Устройство работает следующим образом. Параллельный пучок модулированного монохроматического излучения проходит от источника 2 через кювету 3 на фотоприемник 6, откуда после усиления усилителем 7 поступает на вход синхронных компараторов 9 и 10, имеющих порог срабатывания, соответственно, и и UV Для срабатывания компараторов при значениях сигнала с усилителя 7 U(t) и U(t) , необходимо наличие в этот момент wa Их синхронизирую щих входах тактового импульса (строба) U(t-Т), который подается от блока 8 форирования, сдвинутым по фазе на время тносительно переднего фронта импульса сигала U(t). При этом искажения формы импульса сигнала LJ(t) не влияют насрабатывание компараторов, так как длительность тробирующего тактового импульса может быть достаточно малой по отношению к длительности импульса сигнала, и операция сравнения осуществляется всегда для одной и той же фазы сигнала (в случае прямоугольного импульса - для одной и той же точки «крыщи импульса). Автономно работающий механизм 4 перемещает смотровое окно 16 кюветы 3 от одного крайнего положения до другого. При этом толщина просвечиваемого слоя среды циклически меняется (по линейному закону), вследствие чего происходит амплитудная модуляция потока излучения, попадающего на фотоприемник 6, глубина которой зависит от концентрации вещества. Излучение от источника 2 до фотоприемника .бпроходит в анализируемой среде разный путь в зависимости от толщиньг просве-. чиваемого слоя среды. При этом изменяется освещенность фотоприемника , и, соответственно, амплитуда электрических импульсов, поступающих на входы компараторов 9. и Ю. В моменты времени .t 1 и t2 срабатывания компараторов кратность ослабления потока излучения, прошедщего кювету при одной и той же концентрация С вещества (с учетом закона Ламберта-Бера), определяется следующим образом Uo/uf-exp eA Ce,-fA(t,)iCD Uo/U -exp -C-e2 A(t2,(2) где U -напряжение наВыходе фотопреобразователй в отсутствие поглощения (концентрация вещества.равна -нулю); х коэффициент экстинкции красителя;t| ,j-соответствующие толщины просвечиваемого слоя; А(t)показатель загрязненности окон кюветы. Считая, что за время полуцикла измерения (толщнна слоя изменяется в одном из направлений - либо увеличивается, либо уменьщается) величины U и A(t) изменяются крайне незначительно, получим выражение для концентрации вещества, средней за время измерения tt,(),„. «А-Сг -е.) или, учитывая, что за время полуцйкла измерения разность толщин слоя Пропорциональна времени между моментами срабатывания пороговых элементов 9.и 10 , At,2 t2-t, NM/Tn ,(4) где NH - число и-мпульсов, сосчитанных счетчиком И за время At 12;

tj, - частота заполн ющи-х импульсов от задающего генератора 12, и, объединив постоянные общей константой В, получим расчетное выражение для концентрации вещества, реализуемое с помощью вычислительного устройства 13

C B/Nn(5)

Показатель загрязненности смотровых окон кюветы A(t) не вошел в расчетное выт ражение, следовательно, на результаты измерения не-влияет загрязнение и отпотева-. ние оптических поверхностей кюветы.

В момент срабатывания второго компаратора 10 сигнал с его выхода поступает в устройство управления, осуществляющее блокировку счетчика импульсов по входу на все последующее время цикла (холостой ход). Далее, с задержкой на время переходных процессов в счетчике производится реверс привода механизма 4, чем достигается уменьшение длительности холостого хода. Одновременно по команде устройства 14 управления осуществляется считывание информации со счетчика .11 и ее ввод в вычислительное устройство 13 - с последующей индика-, цией. Затем, в моментокончания холостого хода (полуцикла) происходит реверс приво-. да механизма 4 и через блок 5 синхронизации подается сигнал в устройство 14 управления на сброс показаний счетчика 11 на нуль и снятие блокировки его входов. После этого цикл измерения повторяется.

Изобретение в результате отказа от операции, детектирования (для подавления выт сокочастотной несущей сигнала и выделения его низкочастотной огибающей при изменении толщины слоя жидкости) и замене ее синхронным стробированием модулированного высокочастотного сигнала в момент сравнения с пороговыми уставками компараторов позволяет существенно повысить быстродействие устройства,, которое практически ограничено только частотой следования импульсов излучения. Изменение скважности импульсов, например, для повышения пиковой мощности излучения в случае применения полупроводниковых источников излучения не влияет наработу предлагаемого

устройства.. Наряду с этим существенно улучшается помехозащищенность устройства,, так как длительность стробирующего тактового импульса может быть значительно меньше длительности импульса излучения. Дополнительное повышение быстродействия может быть получено за счет уменьшения длительности холостого полуилкла измерения путем реверсирования привода механизма циклического изменения толщины слоя жидкости сразу по окончании цикла измерения (при срабатывании второго компаратора).

. Формула изобретения

Абсорбциометр, содержащий источник модулированного излучения, кювету с механизмом циклического изменения толщины слоя анализируемой жидкости, соединенным через блок синхронизации с устройством управления, фотопреобразователь, выход которого через первый компаратор соединен с запускающим входом счетчика, а через - второй компаратор - с останавливающи-м входом счетчика, счетный вход которого подключен к задающему генератору, а выход - к вычислительному устройству, соединенному с устройством управления, которое соединено также со счетчиком, отличающийся тем, что, с целью повышения его быстродействия, в него введены блок формирования тактовых импульсов и. блок задержки, компараторы выполнены синхронными, причем их синхронизирующее входы через последова-. тельно Соединенные блок формирования тактовых импульсов и. блок задержки соединены с источником модулированного излучения, а выход второго компаратора дополнительно подключен к устройству .управления. Источники информации,

принятые во .внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

№ 138390, кл. G 01 J 1/00, опублик. 1961.

2.Авторское свидетельство .СССР

№ 669823, кл. G 01 J 1/44, опублик. 1979 (прототип).