Устройство для измерения концентрации неравномерно распределенного вещества

Устройство для измерения концентрации неравномерно распределенного вещества

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ НЕРАВНОМЕРНО РАСПРЕДЕЛЕННОГО ВЕЩЕСТВА, содержащее .оптически связанные сканирующий микроскоп и фотопреобразователь, один выход которого соединен с электрической цепью определения интегральной оптической плотности испытуемого объекта, состоящей из последовательно соединенных логарифмического преобразователя аналог-код,элемента И и сумматора оптической плотности, а другой выход фотопреобразователя соединен с пороговьм устройством, входящим в электрическую цепь определения площади испытуемого объекта, включаювото задатчик уровня, соединенный с пороговьм устройством, и сумматор цпощади , при этом выход сумматора оптической плотности соединен с первым входом делительного устройства,о тличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерений и определения количества вещества, в устройство дополнительно введены второй фотопреобразователь, второе пороговое устройство, второй и третий элементы И, сумматор числа измерений оптической плотности и множительное устройство, при этом третий выход первого фотопреобраэователя соединен с первым входом второго порогового устройства, а выход второго фотопреобразователя, оптически связанного со сканирующим микроскопом , соединен с вторым входом второго порогового устройства, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, второй вход ко (Л торого соединен с выходом первого Порогового устройства и первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с входом сумматора площади, выход сумматора площади соединен с первым входом множительного устройства, второй вход котороСП го соединен с выходом делительного 4: устройства, второй вход делительноСП го устройства соединен с выходом 4; . сумматора числа измерений оптичесf кой плотности, первый вход которого 00 соединен с выходом второго элемента И и вторьи входом первого элемента И, при этом вторые входы логарифмического преобразователя аналог-код,третьего элемента И, сумматора числа измерений оптической плотности соединены с синхроииз .ирующим выходом сканирующего микроскопа.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU „„1154548

4(5t) С 01 J 1/44

/ .gpj vq,„ß

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ :.;;,, 1

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО делАм изоБРетений и ОтнРьГГий (2i) 3642485/24-25 (22) 19.09.83 (46) 07.05.85. Бюл. У 1? (72) Н.К.Шмакова, В. В. Шугайло и М. К. Русанов (71) Специальное конструкторское бюро биологического приборостроения

АН СССР (53) 535.242 (088.8)

{56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 911247, кл. С 01 М 21/01, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

Я 425087, кл. G 01 И 21/22, 1971. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

КОНЦЕНТРАЦИИ НЕРАВНОМЕРНО РАСПРЕДЕЛЕННОГО ВЕЩЕСТВА, содержащее оптически связанные сканирующий микроскоп и фотопреобразователь, один выход которого соединен с электрической цепью определения интегральной оптической плотности испытуемого объекта, состоящей из последовательно соединенных логарифмического преобразователя аналог-код,элемента И и сумматора оптической плотности, а другой выход фотопреобразователя соединен с пороговым устройством, входящим в электрическую цепь определении площади испытуемого объекта, включающую задатчик уровня, соединенный с пороговым устройством, и сумматор площади, при этом выход сумматора оптической плотности соединен с первым входом делительного устройства,о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений и определения количества вещества, в устройство дополнительно введены второй фотопреобразователь, второе пороговое устройство, второй и третий элементы И, сумматор числа измерений оптической плотности и множительное устройство, прн этом третий выход первого фотопреобразователя соединен с первым входом второго порогового устройства, а выход второго фотопреобразователя, оптически связанного со сканирующим микроскопом, соединен с вторым входом второго порогового устройства, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого порогового устройства н первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с входом сумматора площади, выход сумматора площади соединен с первым входом множительного устройства, второй вход которого соединен с выходом делительного устройства, второй вход делительного устройства соединен с выходом . сумматора числа измерений оптичес кой плотности, первый вход которого соединен с выходом второго элемента И и вторым входом первого элемента И, при этом вторые входы логарифмического преобразователя .аналог-код,третьего элемента И, сумматора числа измерений оптичес" кой плотности соединены с синхронизируняцим выходом сканирующего микроскопа.

3 1 154

Изобретение относится к области фотометрических измерений, более конкретна к устройствам и приборам для оптических исследований веществ, имеющих. гетерогенную структуру и содержащих контрастные включения."

Оно может быть использовано при исследовании объектов в биологии, медицине.

Известно устройство для иэмере- 16 ния концентрации вещества путем определения отношения между суммарной оптической плотностью и площадью исследуемого объекта, содержащее сканирующий микроскоп, фотоприем- М ник, логарифмический преобразователь аналог-код, элементы равнозначности, эадатчик пороговых значений, счетчик, сумматор площади и сумматор плотности. Задатчиком порога- 26 вых значений устанавливается постоянный код, прн равенстве которому кода, поступающего с логарифмического аналого-цифрового нреобразователя и подсчитанного счетчи- 23 ком, происходит добавление единицы в сумматор площади и кода, пропорционального плотности, в суьачатор плотности t1).

Однако данное устройство не 36 дает возможности обрабатывать препарат, имеющий гетерогенную структуру с контрастными включениями, так как в устройстве нет возможности автоматически изменять уровень дискриминации с целью исключения из измерений части объекта, имеющего контрастные включения.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является уст- > ройство для измерения концентрации неравномерна распределенного вещества, содержащее оптически связанные сканирующий микроскоп и фатапреобразователь, один выход ко торого соединен с электрической цепью определения интегральной онтическай плотности испытуемого объекта, состоящей из последовательно соединенных логарифмического преобразователя аналог-код, элемента И и сумматора оптической плотности, а второй выход фотапреобразавателя соединеи с пороговым устройством, вхадацим в электричес- у кую цепь определения площади испытуемого объекта, включающую задатчик уровня, соединенный с первым порого548 2 вым устройством, и сумматор площади, при этом выход сумматора оптической плотности соединен с первым входом делительного устройства (2 3.

Известное устройство обеспечивает измерение концентрации для исследуемых объектов, имеющих гетерогенную, т.е. неравномерно окрашенную структуру с контрастными включениями, например при Обработке автОГрафов, когда необходимо определить концентрацию поглощающего вещества объекта в местах,не занятых зернами серебра, с большой погрешностью измерений, Устройство за счет того, что уровень дискриминации не имеет автоматического управления, проводит измерения оптической плотности по площади исследуемого объекта в соответствии с уровнем дискриминации, установленным исследователем, при этом измеряется н плотность зерен серебра и суммируется с плотностью исследуемого объекта, а так как плотность зерен существенно больше плотности исследуемого объекта, то даже небольшое количество зерен в объекте исследования приводит K значительной погрешности нз мерения суммарной оптической плотности и, следовательно, концентрации вещества.

Поэтому проводят многократные иэ мерения исследуемого объекта на различных уровнях дискриминации,например установив уровень дискриминации над уровнем шуман исследуемого объекта, измеряют общую площадь и суммарную плотность исследуемого объекта, затем устанавливают уровень ,цискриминации на уровне максимальной плотности исследуемого объекта, на котором расположены зерна, при этак измеряется площадь зерна и суммарная оптическая плотность зерна.

Подсчитав визуально количество зерен и объекте, вычислив площадь, занимаемую зернами и суммарную оптическую плотность от всех зерен, можноиэ первоначальна измеренной площади объекта вычесть площадь, занимаемую зернами, а из суммарной оптической плотности — суммарную плотность от зерен серебра, разделив оставшееся значение суммарной оптической

I плотности на вычисленное значение з 1154 площади, при этом получают концентрацию вещества в объекте.

Недостатками известного устрой- ства являются ограниченная точность измерения и невозможность измерения количества вещества в объекте.

Цель изобретения — повышение точности измерений и определения количества вещества.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения концентрации неравномерно распределенного вещества, содержащее оптически связанные сканирующий микроскоп и фотопреобразователь,один выход которого соединен с электрической цепью определения интегральной оптической плотности испытуемого объекта, состоящей иэ последовательно соединенных логарифмическо- 29 го преобразовагеля аналог-код,элемента-И и суииатора оптической плотности, а другой выход фотопреобразователя соединен с пороговым устройством, входящим в электрическую цепь определения площади испытуемого объекта,. включающую задат-. чик уровня, соединенный с первым пороговым устройством, и сумматор площади, при этом выход сумматора @ оптической плотности соединен с первым входом делительного устройства, дополнительно введены второй фотопреобразователь, второе пороговое

Ъ устройство, второй и третий эле- 33 менты И, сумматор числа измерений оптической плотности и множительное устройство, при этом третий выход первого фотопреобразователя соединен с первач входом второго 4О порогового устройства, а выход второго фотопреобразователя, оптически связанного со сканирующим микроскопом, соединен с вторым входом второго порогового устройства,вы- 43 ход которого соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого порогового устройства и первым входом третьего элемента И, выход Ю которого соединен с входом сумматора площади, выход сумматора площади соединен с первым входом множительного устройства, второй вход которого соединен с выходом делительного Мэ устройства, второй вход делительного устройства соединен с выходом сумматора числа измерений оптичес548 4 кой плотности, первый вход которого соединен с.выходом второго элемента И и вторым входом первого элемента И, при этом вторые входы логарифмического преобразователя аналог-код, третьего элемента И, сумматора числа измерений оптиI ческой плотности соединены с синхронизирующим выходом сканирующего микроскопа.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства для измерения концентрации неравномерно распределенного вещества, на фиг.2-6 — сканограммы измерительного и интегрального электрических сигналов.

Устройство содержит сканирующий микроскоп 1, построенный по принципу двухэондового сканирования препарата концентрическими зондами разного размера, логарифмический преобразователь 2 аналог-код, первый фотонреобразователь 3, задатчик 4 уровня, второй фотопреобразователь 5, первое пороговое устройство 7,второе пороговое устройство 6, первый элемент И 8, второй элемент И 9, третий элемент И !О, сумматор !1 числа измерений оптической плотности, сумматор 12 площади исследуемого объекта, сумматор 13 оптической плотности исследуемого объекта,делительное устройство 14, множительное устройство !5.. При этом логарифмический преобразователь 2 аналог-код первый эле1 мент И 8 и суьачатор !3 оптической плотности исследуемого объекта представляют собой электрическую цепь последовательно соединенных элементов, определяющих интегральную оптическую плотность исследуемого объекта. Второе пороговое устройство 6, второй элемент И 9, сумматор 11 числа измерений оптической плотности представляют собой электрическую цепь последовательно соединенных элементов, определяющих число измерений оптической плотности в местах, свободных от контрастных включений. Задатчик 4 уровня, первое пороговое устройство 7, третий элемент И 1О и сумматор 12 площади исследуемого объекта представляют собой электрическую цепь последовательно соединенных элементов, 1154548 определяющих площадь исследуемого объекта.

Устройство работает следующим образом.

При сканировании объекта исследо- 5 вания или его изображения световые потоки от двух концентрических зондов разного размера, меньший из которых является измерительным, а второй интегральным, пропорциональ.ные светопоглощению от локального участка объекта, поступают на фотопреобразователи 3 и 5 соответственно, где образуются в электрические сигналы, сканограммы которых представлены на фиг.2. Электрический сигнал от фотопреобразователя 3, являющийся измерительным, и электрический сигнал от фотопре, образователя 5, интегральный, являющийся переменным уровнем дис" криминации для выделения контрастных включений, например зерен серебра при обработке автографов, по" ступают на второе пороговое устройство 6, формирующее импульсы, длительность которых пропорциональна времени превышения амплитуды измерительного сигнала относительно интегрального. Одновременно элек- 30 трическнй сигнал от фотопреобраэователя 3 поступает на логарифми" ческий преобразователь 2 аналог-код и первое пороговое устройство 7, на которое от задатчика 4 уровня подается уровень дискриминаций, установленный исследователем над уровнем шумов для вычисления площади исследуемого объекта.Сигналы с пороговых устройств 6 и 7 40 поступают на второй элемент И 9.

Сигнал с выхода элемента И 9 разрешает прохождение кода от логарифмического преобразователя 2 аналог-код через элемент И 8 на сумматор 13 45 оптической плотности и синхронизирующих импульсов от сканирующего микроскопа-, спределяющих моменты измерения оптической плотности и соответствующих числу элементов раз- gg ложения при сканировании, на сумматор 11 числа измерений оптической плотности в моменты наличия сигнала от порогового устройства 7,и запрещает при наличии сигнала от по- 55 рогового устройства 6, что соответствует измерению оптической плотности и подсчету числа измерений ее по площади исследуемого объекта в местах, не занятых контрастными включениями. Коды с сумматоров 11 и 13 поступают на делительное устройство 14, на выходе которого образуется код, пропорциональный концентрации исследуемого объекта.

Вычисление концентрации нроводится по формуле ср где Д вЂ” концентрация исследуемого вещества;

7 Д; — суммарное значение оптической плотности по площади исследуемого объекта за исключением мест, занятых контрастными включениями; — число измерений оптической плотности.

Одновременно синхроиизирующие импульсы поступают на третий элемент И 10, с выхода которого, при наличии сигнала с порогового устройства 7, соответствующего видеоимпульсу от объекта исследования, они поступают на сумматор 12 площади.

Коды с делительного устройства 14 и сумматора 12 площади исследуемого объекта поступают на множительное устройство 15,на выходе которого образуется код, пропорциональный количеству вещества в объекте, Количество вещества вычисляется по формуле q = л

<-1 ср of где Q — количество исследуемого вещества в объекте;

Д, — концентрация исследуемого вещества в объекте;

Я, — площадь исследуемого объекта.

Предлагаемое устройство позволяет проводить определение концентрации и количества вещества, содержащего контрастные включения, за одно сканирование препарата, в то время как в известных устройствах перечисленные характеристики требуют многократного сканирования исследуемого объекта, дополнительного ручного счета контрастных включений, что в с

Э У свою очередь, дает Погрешность измерений.

П рименение предлагаемого устройства позволяет значительно повысить точность измерений и определить количество вещества в обьекте.

1154548

Кантпрасгпные Включения еая7

Иаиен па изиереЯр ф р афти

em мдатчика урабня 4

1! 54548

СУВИОЯ ИО ЬIЛЯВ бтараиа л югМюео

m8cr E

C èííðîíèçèðóàmue иилулЬСы

rV Саю ОуОщг86 /4ИКДОСА 000

Составитель С. Непомнящая

Техред С.йовжий Корректор И ° рдейи

Редактор П. Коссей

Заказ 2703/35

Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

133035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4