Фотометр Советский патент 1982 года по МПК G01J1/44 

(5k) ФОТОМЕТР

Изобретение относится к технике фотометрии и может быть использовано в фотометрах и рефрактометрах отраже ния. Известен фотометр, содержащий источник излучения с модулятором, световые потоки которого через сравнительную и рабочую кюветы направлены на фотометрический блок, включающий в себя последовательно соединенные фотоприемник и синхронный дискриминатор. Фотометр имеет в своем со-, ставе модулятор световых потоков, пр водимый в действие электродвигателем компенсатор, управляемый реверсивным электродвигателем 1. . Наличие электродвигателей и механически перемещающихся частей усложняет конструкцию, снижает ее надежность и точность измерений. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фо тометр, содержащий источник опорного напряжения, источник излучения с модулятором, оптически связанный через сравнительную кювету с фотометрическим блоком, включающим в себя последовательно соединенные фотоприемник, синхронный детектор и инвертирующий интегратор, второй источник излучения со вторым модулятором, оптически связанный через рабочую кювету с фотометрическим блоком, генератор импульсов со схемой НЕ, выход которого соединен с цепями управления синхронного детектора и первого модулятора и через схему НЕ - с цепью управления второго модулятора, и регистратор 2. Измерения фотометра зависят от стабильности параметров применяемых источников излучения, которые изменяются под влиянием температуры окружащей среды и с течением времени, что предопределяет недостаточную точность измерений. Цель изобретения - повышение точности измерений. Для достижения указанной цели в фотометр., содержащий источник опорно го напряжения, источник излучения с модулятором, оптически связанный через сравнительную кювету с фотометрическим блоком, включающим в себя последовательно соединенные фотоприемник, синхронный детектор и инвертирующий интегратор, второй источник излучения с вторым модулятором, опти чески связанный через рабочую кювету с фотометрическим блоком, генератор импульсов с схемой НЕ, выход которог соединен с цепями управления синхрон ного детектора и первого модулятора и через схему ME - с цепью управлени пторого модулятора, и регистратор, введены два светоделителя, дополнительный фотометрический блок, цепь управления синхронным детектором которого соединена с выходом схемы НЕ, два ключа, дгзе схемы выборки-хранения и блок управления,выходы которого соединены с соответствующими цепя ми управления ключей и схем выборкихранения, причем светоделители установлены соответственно перед сравнительной и рабочей кюветами и оптически связаны с входом дополнительно го фотометрического блока, выход которого последовательно через первую схему пь борки-хранения и второй модулятор соединен с входом второго источника излучения, выход основного фотометрического блока через вторую схему выборки-хранения соединен с ре гистратором и последовательно через первый ключ и первый модулятор - с входом первого источника излучения, источник опорного напряжения через второй ключ с входом первого модулятора. На фиг. 1 изображена блок-схема фотометра; на фиг, 2 - диаграммы импульсов- напряжения соответствующих выходным цепям блока управления. Фотометр содержит источник 1 опор ного напряжения, источник 2 излучения с модулятором 3, световой поток которого через сравнительную кювету 4 направлен на вход фотометрического блока 5, включающего в себя последовательно соединенные фотоприемник 6, синхронный детектор 7 и инпвертирующии интегратор о, второй источник 9 излучения с вторым модулято ром 10, световой поток которого через рабочую кювету 11 также направлен на вход фотометрического блока 5, генератор 12 импульсов с схемой НЕ 13, выход которого соединен с цепями управления синхронного детектора 7 и первого модулятора 3, и через схему НЕ 13 - с цепью управления второго модулятора 10, и регистратор 1А, два светоделителя 15 и 16, дополнительный фотометрический блок 17, включающий в себя последовательно соединенные фотоприемник 18, синхронный детектор 19, с цепью управления которого через схему НЕ 13 соединен выход генератора импульсов 12, и инвертирующий интегратор 20, два ключа 21 и 22, две схемы 23 и 24 выборки-хранения и блок 25 управления, выходы которого соединены с соответствующими цепями управления ключей 21 и 22 и схем 23 и 2| выборки-хранения, причем светоделители 15 и 16 установлены .соответственно перед сравнительной и рабочей кюветами 4 и 11 и оптически связаны с входом дополнительного фотометрического блока 17, выход которого последовательно через первую схему 23 выборки-хранения и. второй модулятор 10 соединен с входом второго источника 9 излучения, выход основного фотометрического блока 5 через вторую схему выборки-хранения 2k соединен с регистратором 1 и последовательно через первый ключ 21 и первый модулятор 3 с входом первого источника 2 излучения, с которым также последовательно через второй ключ 22 и первый модулятор 3 соединен выход упомянутого источника 1 опорного напряжения. Диаграмма 26 (фиг. 2) соответствует выходной цепи блока 25 управления, которая соединена с цепью управления второго ключа 22, диаграмма 27 - с цепью управления первой схемы 23 выборки-хранения, диаграмма 28 - с цеПью управления первого ключа 21, диаграмма 29 - с цепью управления второй схемы выборки-хранения 2Ц, Ось абсцисс представляет собой ось времени t, на ней отмечены интервалы времени 4t задержки и опережения фронтов импульсов напряжения относительно друг друга, и интервалы времени периодических циклов Т, TIJ, Tj, Т, 15. Устройство работает следующим образом. На определенный интервал времени в период цикла Т второй ключ 22 и первая схема 23 выборки-хранения открыты, первый ключ 21 и вторая схема выборки-хранения 2k закрыты. Стабильное положительное напряжение от источника 1 опорного напряжения последовательно через второй ключ 22 и nep вый модулятор 3 поступает на вход пер вого источника 2 излучения, преобразуется при этом первым модулятором 3 в импульсный сигнал напряжения U и затем первым источником 2 излучения в импульсный сигнал светового потока который поступает на светоделитель 15 часть светового потока Ф от второго оптического выхода светоделителя 15 поступает на вход дополнительного фртометрического блока 17, преобразуется фотоприемником 18 в сигнал переменного напряжения, который затем синхронным детектором 19 преобразуется в сигнал отрицательного постоянноГО напряжения, который инвертирующим интегратором 20 преобразуется в положительный сигнал напряжения, который затем последовательно через первую схему 23 выборки-хранения и второй модулятор 10 поступает на вход второго источника 9 излучения, преобразуется при этом вторым модулятором 10 в импульсный сигнал напряжения и,, с фазностью противоположной фазности напряжения Щ, и затем вторым источником 9 излучения в импульсный сигнал светового потока, который поступает на светоделитель 16, часть светового потока Ф, с фазностью противоположной фазности светового потока Ф, от второго оптического, выхода светоделителя 1б совместно со световым потоком Ф поступает на вход дополнительного фотометрического бло -чи ка 17, который разность импульсных сигналов световых потоков Ф и Фп, поступающих в противофазе, преобразует в сигнал положительного постоянного напряжения, который через цепь, включающую первую схему выборки-хранения 23, второй модулятор 10 и второй источник 9 излучения, выравнивает сигналы световых потоков Ф и Фп, поступающих от вторых оптических выходов светоделителей 15 и 16 на вход дополнительного фотометрического блока 17. На момент равенства световых поФо можно записать токов Ф. Kg-iKa Kg К 10 КдК-, где Vg - выходной сигнал положительного напряжения первой схемы выборки-хранения 23; выходное стабильное напряжение источника 1 опорного напряжения;коэффициенты преобразования соответствующих индексу элементов блок-схемы; коэффициенты преобразования вторых оптических выходов светоделителей 15 и 16 (например, коэффициенты отражения плоско-параллельных пластин из стекла, которые можно применить в качестве светоделителей) . Через определенный интервал времени, короче по длительности цикла Т ча некоторое время л4 (диаграмма 27), блок 25 управления закрывает первую схему 23 выборки-хранения, сигнал напряжения VQ , образованный на ней, запоминается и хранится. В начале цикла Тjj (диаграмма 2б и 28 1 блок 25 управления открывает первый ключ 21 и закрывает второй ключ 22, Положительное напряжение Vjj с выхода первой схемы 29 выборки-хранения через второй модулятор 10 поступает на вход второго источника 9 излучения, преобразуется при этом вторым модулятором 1П D импульсный сигнал напряжения Упи затем вторым : источником 9 излучения - в импульс-, ный сигнал светового потока, который поступает на светоделитель 16, часть светового потока Фа, от первого оптического выхода светоделителя 16 через рабочую кювету 11 поступает на вход основного фотометрического блока 5 преобразуется фотоприемником 6 в сигнал переменного напряжения, который далее синхронным детектором 7 преобразуется в сигнал отрицательного постоянного напряжения, который инвертирующим интегратором 8 преобразуется в сигнал положительного напряжения, который затем последовательно через первый ключ 21 и первый модулятор 3 поступает на вход первого источника 2 излучения, преобразуется при этом первым модулятором 3 в импульсный сигнал напряжения 1), с фазностью противоположной фазности напряжения и, и затем первым источником 2 излучения - в импульсный си|- нал светового потока, который поступает на светоделитель 15, часть светового потока 04, с фаэностью противоположной фазности светового потока Ф, от первого оптического выхода светоделителя 15 через сравнительную кювету k совместно со световым потоком Ф поступает на вход iocHOSHoro фотометрического блока 5, который разность импульсных сигналов световых потоков Ф и Ф, поступающих в противофазе, преобразует в сигнал положительного постоянного напряжения, который через цепь, включающую первый ключ 22, первый модулятор 3 и первый источник 2 излучения, выравнивает сигналы световых потоков Ф и Фд, поступающих от первых оптичесйих выходов светоделителей 16 и 15 через рабочую и сравнительную кюветы 11 и h на вход основного фотометрического блока 5. . На момент равенства световых потоков Ф 2 4 записать w -fO Klfe Ч BblxVK K Э,К,2.(5/Подставляя в формулу (2) формулу (1) после некоторых преобразований получаем л КР где Voijiv выходной сигнал напряжения основного фотометрического блока 5f который является одновременно выходным сигна лом фотометра; 15 6 пример, коэффициенты пропус кания плоско-параллельных пластин из стекла, которые можно применять в качестве светоделителей); отношение коэффициентов пропускания рабочей и сравнительный кювет 11 и (изA--VOмеряемый параметр); (i is bкоэффициент связи выходного и 1Л 17ТГ ooKicl iA сигнала фотометра с измеря11 15 -( Бмым параметром.

Через определенное время Д-t (диаграмма 29 блок 25 управления открывает вторую схему 2k выборки-хранения, через которую выходной сигнал напряжения У ыяФотометра поступает на регистратор , затем через определен

ное время блок 25 управления закрывает вторую схему 2k выборки-хранения, при этом выходной сигнал напряжения Vg. запоминается ею. и хранится.

Через определенное время д-t начинается цикл То, аналогичный циклу Т , затем цикл 14, аналогичный циклу Т и т.д.

Из формулы (3) видно, что коэффициент А связи выходного сигнала данного фотометра с измеряемым параметром не входят коэффициенты преобразования источников излучения, т.е. измерения не зависят от параметров приуправления ключей и схем выборки-хранения, причем светоделители установлены соответственно перед сравнительной и рабочей кюветами и оптически связаны с входом дополнительного фотометрического блока, выход которого коэффициенты преобразования jjинвертирующий интегратор, второй иссоответствующих индексу эле-точник излучения с вторым модулятоментов блок-схемы;ром, оптически связанный через рабокоэффициенты преобразования чую кювету с фотометрическим блоком, первых оптических выходовгенератор импульсов со схемой НЕ, светоделителей 15 и 1б (на- 40выход которого соединен с цепями меняемых источников излучения, что, соответственно, повышает точность измерения. Кроме того, фотометр не имеет в своем составе электродвигателей и механически перемещающихся частей, что предопределяет также более высокую точность измерений и надежность конструкции . Формула изобретения Фотометр, содержащий источник опорного напряжения, источник излучения с модулятором, оптически связанный через сравнительную кювету с фотометрическим блоком, включающим в себя последовательно соединеннь1е фотоприемник, синхронный детектор и управления синхронного детектора и первого модулятора и через схему НЕ с цепью управления второго модулятора, и регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены два светоделителя, дополнительный фотометрический блок цепь управления синхронным детектором которого соединена с выходом схемы НЕ, два -M-гп,,o, MU, «,.0 ключа, две схемы выборки-хранения , н и блок управления, выходы которого и соединены с соответствующими цепями последовательно через первую схему выборки-хранения и второй модулятор соединен с входом второго источника излучения, виход основного фотометрического блока через вторую схему выборки-хранения соединен с регистратором и последовательно через первый ключ и первый модулятор - с входом первого источника излучения, источник опорного напряжения через второй ключ 93 10 7 первого модулявходомсоединен тора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Швейцарии ff 579268, кл. G 01 J l/jt, опублик. 1976. 2.Автоматические газоанализаторы, М., ЦННТИ электротехнической промышленности и приборостроения, 1961, с. 203 (прототип).