Устройство для фотоэлектрической регистрации спектра диспергированных сред

Устройство для фотоэлектрической регистрации спектра диспергированных сред

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Г. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ РЕГИСТРАЦИИ СПЕКТРА ДИСПЕРГИЬОВАННЫХ СРЕД, содержащее блрк поочередной генерации оптического излучения с двумя управляющими входами, шаровую кювету с тремя фотодетекторами, два измерительных канала, пер-, вый из которых состоит из последовательно соединенных широкополосного усилителя, логарифматора, усилителя низкой частоты, фазочувствительного выпрямителя и фильтра нижних частот, a второй - из последовательно соединенных суммирующего широкополосного усилителя, логарифматора, усилителя низкой частоты, фазочувствительного выпрямителя и фильтра нижних частот, причем вход первого измерительного канала соединен с выходом первого фотодетектора, входы суммирующего широкополосного усштателя соединены с выходами второго и третьего фотодетекторов, выходы фильтров нижних .частот измерительных каналов соединены с входами многоканального регистратора, о т л и a ю щ е ее я тем, что, с целью .повышения точности измерений, оно дополнительно содержит светоделительную пластинку, корректирующий канал, .содержащий последовательно соединен ные четвертый фотодетектор, опти чески связанный со светоделительной пластинкой, усилитель низкой частоты, фазочувствительный выпрямитель и фильтр нижних частот, выход которого соединен с .первым управляющим входом блока поочередной генерации оптического излучения, управляющий генератор противофазных импульсов, выходами соединенньй с управляющими (Л входами фазочувствительных выпрямителей , блок сканирования, соединенный с вторым управляющим входом блока поочередной генерации оптического излучения и развертывающим входом многоканального регистратора. 2. Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повыо шения быстродействия, блок поочередел ной генерации оптического излучения 4ii выполнен в виде двух импульсных ла зеров (фиксированной и.переменной длин волн), управляющие входы которых соединены с выходами управляющ генератора противофазных импульсов, светосоединительную пластинку и оптический; аттенюатор, расположенный между лазером фиксированной длины вол .ныи светосоединительйой пластинкой, .управляющий вход лазера переменной дли;ны волны соединен с выходом блока сканирования , a управляющий вход аттеню .йтора соединен с выходом корректирующего канала.

союз соаетсних социАлистич если х

РЕСПУБЛИК

09) (И) 315ц G 01 N 21 39 госудАРстаенный Комитет сссР пО делАм изоБРетений и ОтнРытий

ОПИСАНИК ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ р ееЗ " (21) 3312117/18-25 (22) 02.07,81 (46) 30.06.84. Бюл. Р 24 (72) Ю.А. Скрипник, Л.А. Глазков, Б.Н. Гриб, В.И. Водотовка и А.Л. Глазков (7 1) Киевский технологический институт легкой промышленности (53) 535 ° 36(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 667822, кл. G 017 3/ОО, 1979.

2. Верхотуров B.×., Калачев В.Н., Рубин А.Б. Высокочувствительный двухволновый дифференциальный спектрофотометр. ПТЭ, 1974, 9 4, с. 172175 (прототип). (54)(57) 1 . УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОТО3ЛЕКТРИЧЕСКОЙ РЕГИСТРАЦИИ СПЕКТРА ДИСПЕР.

ГИРОВАННЫХ СРЕД, содержащее блок поочередной генерации оптического излучения с двумя управляющими входами, шаровую кювету с тремя фотодетекторами, два измерительных канала, пер вый из которых состоит из последовательно соединенных широкополосного усилителя, логарифматора, усилителя низкой частоты, фазбчувствительного выпрямителя и фильтра нижнихчастот, а второй — из последовательно соединенных суммирующего широкополосного усилителя, логарифматора, усилителя низкой частоты, фазочувствительного выпрямителя и фильтра нижних частот, причем вход первого измерительного канала соединен с выходом первого фотодетектора, входы суммирующего широкополосного усилителя соединены с выходами второго и третьего фотодетекторов, выходы фильтров нижних .частот измерительных каналов соединены с входами многоканального регистратора, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью .повышения точности измерений, оно дополнительно содержит светоделительную пластинку, корректирующий канал, содержащий последовательно соединен-. ные четвертый фотодетектор, оптически связанный со светоделительной пластинкой, усилитель низкой частоты, фазочувствительный выпрямитель и фильтр нижних частот, выход которого соединен с .первым управляющим входом блока поочередной генерации оптического излучения, управляющий генератор противофазных импульсов, g выходами соединенный с управляющими входами фазочувствительных выпрямителей, блок сканирования, соединен. ный с вторым управляющим входом блока поочередной генерации оптического излучения и развертывающим входом многоканального регистратора.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, блок поочередной генерации оптического излучения выполнен в виде двух импульсных лазеров (фиксированной и переменной длин волн), управляющие входы которых соединены с выходами управляющ генератора противофазных импульсов, светосоединительную пластинку и оп-. тический аттенюатор, расположенный . между лазером фиксированной длины вол.ныи светосоединительйой пластинкой,.

-,управляющий вход лазера переменной длн;ны волны соединен с выходом блока сканирования, а управляющий вход аттеню,атора соединен с выходом корректирующегo канала.

1100540

Изобретение относится к оптической спектроскопии и физико-химическому анализу жидких и газообразных диспергированных сред и может быть использовано для определения концентрации и состава частиц мутных сред — коллоидов, аэрозолей, эмульсий, суспензий и взвесей.

Известно устройство для измерения интенсивностей линий оптического сйектра с использованием разложения зондирующего излучения в спектр монохроматором, амплитудной модуляции сигнала от сканируемой линии и фотоэлектрической регистрации световых потоков на выходе монохроматора уравнении световых потоков синхронно с изменением ширины щели монохроматора (1) .

Недостатки данного устройстванизкие точность и быстродействие, а также трудность автоматической регистрации малых спектральных отклонений в непрерывном диапазоне длин волн, что обусловлено практической невозможностью сохранения равными ширин обеих щелей монохроматора и неравномерностью спектра исходного излучения.

Цель изобретения — повышение точности»

Поставленная цель достигается тем, 40 что в устройство для фотоэлектрической регистрации спектра диспергиро3. Устройство по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно дополнительно содержит третий измерительный канал, состоящий .из последовательно соединенных дифференциального. усилителя, логариф.матора, усилителя низкой частоты, фазочувствительного выпрямителя и

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для фотоэлектрической реги» страции спектра диспергированных сред, содержащее блок поочередной генерации оптического излучения с двумя управлякщими входами, шаровую кювету с тремя фотодетекторами, два измерительных канала, первый из которых состоит иэ последовательно соединенных широкополосного усилит ля, логарифматора, усилителя низкой фильтра нижних частот, выход которого соединен с входом многоканального регистратора, первый вход дифференциального усилителя соединен с выходом первого фотодетектора непосредственно, второй вход дифференциального усилителя через потенциометр соединен с выходом третьего фотодетектора. частоты, фазочувствительного выпрямителя и фильтра нижних частот, второй измерительный канал состоит из последовательно соединенных суммирую5 щего широкополосного усилителя, логарифматора, усилителя низкой частоы, фазочувствительного выпрямителя, фильтра нижних частот, причем вход первого измерительного канала соеди1О нен с выходом первого фотодетектора, входы суммирующего широкополосного усилителя соединены с выходами второго и третьего фотодетекторов, выходы фильтров нижних частот измерительных

15 каналов соединены с входами многоканального регистратора (2) .

Недостатками устройства являются низкие точность и быстродействие, сложность автоматической регистра2О ции спектральных отклонений абсорбированных и рассеянных световых потоков двух длин волн и ограниченные функциональные "возможности. Указанные недостатки обусловлены нера23 венством све в, потоков Hà выходе двух монохроматоров при сканировании одного из них, трудностью одновременного получения дисперсионных характеристик,контролируемой среды по

Зо абсорбции и рассеянию и определения их корреляции и сложностью регистрации малых спектральных отклонений параметров диспергированной среды .на фоне спектральных изменений чувствид,тельности приемника оптического излучения.

1100540

3 ванных сред, содержащее блок поочередйой генерации оптического излуче-. ния с двумя управляющими входами, шаровую кювету с тремя фотодетекторами, два измерительных канала, первый из которых состоит из последовательно соединенных широкополосного уснз ителя, логарифматора, усилителя низкой частоты, фаэочувствительного выпрямителя и фильтра нижних час- 10 тот, второй " иэ последовательно соединенных суммирующего широкополосного усилителя, логарифматора, усилителя низкой частоты, фазочувствительного выпрямителя и фильтра нижних частот, причем вход первого измерительного канала соединен с выходом первого фотодетектора, входы суммирующего широкополосного усилителя соединены с выходами второго и третьего фотодетек 2О торов, выходы фильтров нижних час- . тот измерительных каналов соединены с входами многоканального регистратора, введены светосоединительная

,пластинка, корректирующий канал, со- 2g держащий последовательно соединенные четвертыи фотодетектор, оптически связанный со светоделительной пластинкой, усилитель низкой частоты, фазо-. чувствительный выпрямитель и фильтр,Зр нижних частот, выход которого соединен с первым управляющим входом блока поочередной генерации оптического излучения, управляющий генератор. противофазных импульсов, выходами соединенный с управляющими входами фазочувствительных выпрямителей, блок скани-. рования, соединенный с вторым входсй блока поочередной генерации оптического излучения и развертывающим вхо- „; дом многоканального регистратора, о .С целью повышения быстродействия .блок поочередной генерации оптического излучения выполнен в виде двух . импульсных лазеров (фиксированной 45 и переменной длин волн), управляющие входы которых соединены с вы-: . ходами управляющего генератора прб-. тивофазных импульсов, светосоединительной пластинки и оптического аттенюатора, расположенного между лазером фиксированной длины волны и светосоединительной пластинкой., уп- равляющий вход лазера переменной,длины волны соединен с выходом блока 5 сканирования, а управляющий вход ат- . тенюатора соединен с выходом коррек- . тирующего канала.

С целью р аешире ния функциональных возможностей, устройство дополнитель-. но содержит третий измерительный канал, состоящий из последовательно соединенных дифференциального усилителя, логарифматора, усилителя низкой частоты, фаэочувствительного выпрямителя и фильтра нижних частот, выход которого соединен с входом многоканального регистратора, первый вход дифференциального усилителя соединен с выходом первого фотодетектора непосредственно, второй вход дифференциального усилителя через потенциометр соединен с выходом третьего фотодетектора.

На чертеже приведена функциональная схема устройства.

Предлагаемое устройство .содержит управляющий генератор 1 противофазных импульсов, выход которого соединен с управляющими входами двух импульсных лазеров 2 и 3 (постоянной и переменной длин волн), оптический аттенюатор 4, а также светосоединительную 5 и светоделительную 6 .йластинки. Фотодетектор 7 выходом сое-. динен с последовательно включенными низкочастотным усилителем.8, фазочувствительным выпрямителем 9 и фильтром 10 нижних частот, выход ко торого соединен с управляющим входом оптического аттенюатора 4. Шаровая кювета 11, в которую вводится зондирующее оптическое излучение, заполнена контролируемой диспергированной средой. Фотодетектор 12 выходом соединен с последовательно включенными широкополосным .усилителем 13, логарифматором .14., усилйтелем 15 низкой частоты, фаэочувствительным выпрямителем 16:и фильтром

17 нижних частот. Фотодетекторы 18 и 19 соединены соответственно через переменные резисторы 20 и„ 21 с входами суммирующего широкополосного усилителя 22, выход которого подключен к последовательно соединенным логарифматору 23, усилителю 24 низкой частоты, фазочувствительному выпрямителю 25 и фильтру 26 нижних частот. Выходы фотодетекторов 12 и

19 через резистор 20 соединены с входами дифференциального усилителя

27, выход которого соедйнен с последовательно включенными логарифматором 28, усилителем 29 низкой частоты, фазочувствительным выпрямителем 30 и фильтром 31 нижних частот. Выходы

1 1 00540 фильтров 17, 26 и 31 нижних частот соединены с входами многоканального регистратора 32. Управляющие входы регистра 32 и импульсного лазера 3 переменной длины волны подключены к 5 блоку 33 сканирования. Управляющие входы фазочувствительных выпрямителей 9, 16, 25 и 30 соединены с выходом управляющего генератора 1 противофазных импульсов..

Устройство действует следующим образом.

Импульсами напряжений с управляющего генератора противофазных импуль- 15 сов с частотой Я, подаваемыми на управляющие входы лазеров 2 и 3, возбуждается оптическое излучение постоянной 3 (%>j и переменной Jq(3 ) длин волн. Импульс J (Ъ,) лазера 2 постоянной длины волны проходит через оптический аттенюатор 4 и направляется на светосоединительную пластинку 5, на которую поступает пучок 3 (g<) лазера 3 переменной длины волны.На све- р5 тосоединительной пластинке 5 пространственно совмещаются пучки лазеров 2 .и 3 в один составной пучок, состоящий из чередующейся последовательности оптических импульсов двух длин волн. Светоразделительной пластинкой

6 пучок пространственно разделяют на опорный и зондирующий. Зондирующий пучок через устройство ввода направляется в шаровую кювету 11 с кон35 тролируемой диспергированной средой, ослабляющей и рассеивающей оптические импульсы.

Опорный пучок непосредственно воздействует на фотодетектор 7. На выходе фотодетектора 7 образуется последовательность электрических видеоимпульсов, низкочастотная огибающая которых усиливается усилителем 8. Низкочастотное напряжение преобразуется фазочувствительным выпрямителем 9 в постоянное напряжение, которое через фильтр 10 нижних частот воздействует на управляющий вход оптического аттенюатора 4. Выбором направления регулиро50 вания ослабления оптического аттенюатора 4 добиваются того, чтобы напряжение огибающей на выходе фотодетектора 7 стремилось к нулю.

Зондирующий пучок проходит через диспергированную среду в шаровои кю55 вете 11 и в результате абсорбции ослабляется. Оптические импульсы двух длин волн принимаются фотодетектором 12. Электрические видеоимпульсы с выхода фотодетектора 12 логарифмируются логарифматором 14, из которого усилителем 15 низкой частоты выделяется и усиливается низкочастотная огибающая, преобразуемая фазочувствительным выпрямителем 16 в выпрямленное напряжение. Это напряжение сглаживается фильтром 17 нижних частот и поступает на первый вход регистратора 32.

Оптические, импульсы двух длин волн A„ H 32, рассеянные диспергированной средой, одновременно воспринимаются двумя фотодетекторами 18 и 19 и пре-. образуются в электрические видеоимпульсы, воздействующие на входы суммирующего широкополосного усилителя 22. С помощью переменного резисто.ра 21.уравнивают чувствительности фотодетекторов 18 и 19. Просуммированные электрические импульсы логарифмируются логарифматором 23, усиливаются низкочастотным усилителем 24, выпрямляются фазочувствительным выпрямителем 25 и через фильтр 26 нижних частот поступают на второй вход регистратора 32.

Электрические видеоимпульсы с выходов фотодетекторов 12 и 19 через резистор 20 поступают на входы дифференциального усилителя 27. Разностные сигналы с выхода усилителя 27 логарифмируются логарифматором 28, усиливаются усилителем 29 низкой частоты, выпрямляются фазочувствительным выпрямителем 30 и черз фильтр 31 ,нижних частот поступают на третий вход регистратора 32. Плавная перестройка длины волны лазера 3 производится с помощью блока 33 сканирования, сигналы которого воздействуют на развертывающие входы импульсного лазера 3 и многоканального регистратора 32.

Таким, образом, получают три электрических сйгнала, пропорциональные информативным параметрам диспергированной среды, которые регистрируются при сканировании длины волны одного излучения. Влияние нестабильности интенсивности первичных излучений и погрешностей фотоэлектрического преобразования оптических сигналов в электрические на значение сигналов сильно ослаблено.

Предлагаемое устройство может быть использовано для целей контроля примесног "о состава растворов со слабыми

7 1100540 8 линиями поглощения примесей. Возможно изменякяцихся во времени параметров: измерение как отдельных проб, так и поглощения, рассеяния и их относительпроведение непрерывных измерениИ, ной разности.

ВНИИПИ Заказ 4573/34 . Тираж 823 Подписное филиал ДПП."Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4