Измеритель светового рассеяния дисперсных сред Советский патент 1982 года по МПК G01N21/17 

1

Изобретение относится к технической физике, а именно к устройствам для исследования оптических характеристик материалов, и более конкретно к измерителям светового рассеяния дисперсных сред, преимущественно жидкостей, и может использоваться в системах автоматического контроля процессов химической технологии, в физической океанографии - при изучении гидрооптических характеристик водных масс, в санитарной гидробиологии для определения концентрации светорассеивающей примеси.

Известно устройство, содержащее тест-объект, кювету, оптическую систему, сканирую ций фотоприемник и регистратор 11 3.

В данном устройстве информация о характеристике рассеивания света в дисперсной среде заложена в виде аналогового сигнала в амплитуде гармоник высоких частот переменной cdc-.

тавляющей фототока диссектора. Однако сигнал, полученный в аналоговой форме, неудобен для дальнейшей обработки и ввода в .хЭВМ.

Наиболее близким к предлагаемому является измеритель светового рассеяния дисперсных сред, содержащий последовательно расположенные по оптической оси формирователь тест,Q объекта, кювету, светофильтр, фокусирующую оптическую систему и сканирующий фотоприемник с блоком развертки, подключенный ко входу блока обработки видеосигнала, выход которого соединен с цифровым регистратором, управляющий вход которого соединен с блоком развертки 2J .

Известное устройство позволяет 20 непрерывно получать данные о световом рассеянии дисперсных сред в цифровой форме, однако необходимым условием для этого является применение аналого-цифрового преобразователя для обработки выходного сигнала о На л:1чие аналогового сигнала ограничивает точность его обработки и повышает требования предъявляемые к приемно-усилительному тракту устройства, что в свою очередь, снижает автономность и дистанционность системы измерения. Цель изобретения - повышение точ ности измерений, Указанная цель достигается тем, что в измерителе светового рассеяния дисперсных сред, содержащем последовательно расположенные по опти ческой оси формирователь тест-объек та, кювету, светофильтр, фокусирующую оптическую систему и сканирующий фотоприемник с блоком развертки, подключенный ко входу блока обработки видеосигнала, выход которого соединен с цифровым регистрато ром, управляющий вход которого соединен сблоком развертки,блок обработк видеосигнала выполнен в виде дифференц рующего усилителя, схемы вычитания, элемента задержки и дискриминатора, выход которого соединен с входом циф рового регистратора, а вход - с выхо дом схемы вычитания, один вход котор через дифференцирующий усилитель сое динен с выходом сканирующего фотопри е.мника, а другой - с выходом дифференцирующего усилителя через элемен задержки, причем тест-объекта выполнен в виде неподвижной штриховой миры с переменной пространственной частотой о С целью обеспечения постоянства -абсолютной ошибки измерения штриховая мира выполнена с квадратичным законом изменения пространственной частоты Кроме того, штриховая мира выполнена с экспоненциальным законом изме нения пространственной частоты. На чертеже изображена функциональ ная схема предлагаемого устройства. Измеритель состоит из последовательно расположенных по оптической оси формирователя 1 тест-объекта, модулирующего распределение яркости в испытуемой дисперсной среде помещенной в кювету 2, светофильтра 3, фокусирующей оптической системы Ц, сканирующего фотоприемника 5 выполненного в виде линейного сканистора, управляемого блоком 6 развертки, блока 7 обработки видеосигнала и циф рового регистратора 8, соединенного управляющим входом 9 с блоком 6 развертки Блок 7 обработки видеосигнала выполнен в виде дифференцирующего усилителя 10, схемы 11 вычитания, элемента 12 задержки и дискриминатора 13, выход которого соединен с входом цифрового регистратора 8, а вход с выходом схемы 13 вычитания, один вход которой через дифференцирующий усилитель 10 соединен с выходом сканирующего фотоприемника 5, а другой вход соединен с выходом дифференцирующего усилителя 10 через элемент 12 задержки. Формирователь тест-объекта 1 содержит источник I света, коллимационную систему 15 и тест-объект 16 в виде неподвижной штриховой миры с параллельными штрихами и переменной пространственной частотой, изменяющейся по квадратичному или экспоненциальному закону. Выбор закона изменения пространственной частоты для тест-объекта диктуется контролируемой ошибкой измерения. При этом для обеспечения постоянства абсолютной ошибки во всем диапазоне измерения распределение прозрачных и непроз.рачных участков штриховой миры должно соответствовать квадратичной шкале, а при требовании постоянства относительной ошибки расстояние между соседними участками штриховой миры определяется экспоненциальным законом. Устройство работает следующим образомФокусирующая оптическая система А проецирует изображение тест-объекта 16 на светочувствительную поверхность сканистора 5. Коллимированный световой поток источника 1 света, претерпевая рассеивание в испытуемой дисперсной среде кюветы 2, засвечивает смежные участки изображения тест-объекта, ослабляет четкость и контраст наиболее мелких деталей, и информативность параметров переданного изображения понижается. Рабочий участок при спектральных исследованиях рассеяния испытуемой среды устанавливается подбором светофильтра 3.. Информация о распределении света в исследуемом объекте преобразуется сканистором 5, работающим в режиме , однострочного разложения, в видеосигнал, жестко связанный с координатами элементов изображения и через дифференцирующий усилитель 10 пере дается на вход элемента 12 задержки и на один из входов схемы 11 вычитания. Элемент 12 задержки осуществляет сдвиг сигнала во времени и подачу его на второй вход схемы 11 вычитания о Получаемый разностный сигнал формируется дискриминатором 13 и поступает на счетный вход цифрового регистратора 8. Цифровой регистратор управляется обратным ходом развертки блока 6 развертки и фиксирует количество импульсов за каждый период развертки. Снижение информативности параметров изображения в присутствии светорассеивающей среды приводит к частичной потере информации в видеосигнале и на выходе блока 7 обработки видеосигнала число счетных импульсов мень ше количества штрихов оптической миры на величину, кратную коэффициенту рассеивания испытуемой дисперсной среды„ Изменение величины времени задерж ки элемента 12 задержки характеризует угловое распределение рассеянного излучения При этом величина за держки не должна превышать расстояни гмежду соседними импульсами в наибо:Пее высокочастотной части спектра видеосигнала, В противном случае будет иметь место потеря информации от импульсов, расположенных друг от дру га ближе, чем величина временной задержки.. Предлагаемое изобретение позволяе повысить точность и существенно облегчить обработку получаемой информа ции и введение ее в управляющие меха низмы. Измеритель может обеспечивать непрерывную работу в режиме непосред ственной связи с ЭВМ, формула изобретения 1. Измеритель светового рассеяния дисперсных сред, содержащий последовательно расположенные по оптической оси формирователь тест-объекта, кювету, светофильтр, фокусирующую оптическую систему и сканирующий фотоприемник с блоком развертки, подключенный к входу блока обработки видеоси - нала, выход которого соединен с цифровым регистратором, управляющий вход которого соединен с блоком развертки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, блок обработки видеосигнала выполнен в виде дифференцирующего усилителя, схемы вычитания, элемента задержки и дискриминатора, выход которого соединен с входом цифрового регистратора, а вход - с выходом схемы вычитания, один вход которой через дифференцирующий усилитель соединен с выходом сканирующего фотоприемника, а другой - с выходом дифференцирующего усилителя через элемент задержки, причем формирователь тестобъекта выполнен в виде неподвижной штриховой миры с переменной пространственной частотой, 2.Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения постоянства абсолютной ошибки измерения, штриховая мира выполнена с квадратичным законом изменения пространственной частоты, 3.Измеритель по п, 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения постоянства относительной ошибки измерения, штриховая мира выполнена с экспоненциальным законом измерения пространственной частоты. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе. 1.Авторскоесвидетельство СССР 31599+, кл. G01 N 21/17, 1969. 2.Авторскоесвидетельство СССР f 757898, кл, G01 N 21/17, 1978 (прототип).

i

H