Фотометр

Фотометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к приборостроению, а именно к фотометрии, и может быть использовано для определения состава веществ, а также для фотометрирования изменяющихся во времени поглощающих растворов и светорассеивающих дисперсных систем различной природы. Целью изобретения является повышение точности и увеличение быстродействия фотометра. Фотометр содержит последовательно установленные источник света, светоделительное устройство, оптические тракты, модулятор, фотопреобразователь с управляемым коэффициентом преобразования, трехканальный синхронный коммутатор для измерительного, эталонного и темнового каналов и схему регистрации с управляющим выходом для коррекции дрейфа темнового тока и нуля усилителей, соединенным с управляющим входом фотопреобразователя, двухканальный интегратор, двухканальный синхронный коммутатор, два регулируемых делителя напряжения, два дифференциальных усилителя и дешифратор знака. Измерительный и эталонный выходы трехканального синхронного коммутатора соединены с входами двухканального интегратора, выходы которого через двухканальный синхронный коммутатор соединены с входом первого делителя и первым входом второго дифференциального усилителя, первый вход первого дифференциального усилителя и вход второго делителя соединены с выходом фотопреобразователя, выходы делителей соединены с вторыми входами дифференциальных усилителей, выходы которых через дешифратор знака соединены с управляющим входом фотопреобразователя. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5р 4 G 01 J 1/44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛВСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4339794/31-25 (22) 08. 12. 87 (46) 30. 07. 89. Бюл. N - 28 (72 ) А. И . Сиро та, Н . Г. Хле бцов, Н. П. Радаев и В.А. Письменов (53) 621 . 381 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

N- 1093910, кл. С 01 J 1/44, 1984.

Авторское свидетельство СССР

N - 827983, кл. С 01 J 1/44, 1981. (54) ФОТОИЕТР (57) Изобретение относится к приборостроению, а именно к фотометрии, и может быть использовано для определе. . ния состава веществ, а также для фотометрирования изменяющихся во вре-. мени поглощающих растворов и светорассеивающих дисперсных систем различной природы. Целью изобретения является повышение точности и увеличение быстродействия фотометра. Фотометр содержит последовательно установленные источник света, светоделительное устройство, оптические тракты, модулятор, фотопреобразователь с управляемым коэффициентом преобразоИзобретение относится к приборостроению, а именно к фотометрии, и может быть использовано для определения состава веществ, а также для фотометрирования изменяющихся во времени поглощающих растворов и светорассеивающих дисперсных систем различной природы.

Целью изобретения является повы1пение точности и увеличение быстродействия фотометра.

„„Я0„„1497461 А 1

2 ,вания, трехканальный синхронный коммутатор для измерительного, эталонного и темнового каналов и:.схему регистрации с управляющим выходом для .коррекции дрейфа темнового тока и нуля усилителей, соединенным с управляющим входом фотопреобразователя, двухканальный интегратор, двухканальный синхронный коммутатор, два регулируемых делителя напряжения, два дифференциальных усилителя и дешифратор знака. Измерительный и эталонный выходы трехканального синхронного коммутатора соединены с входамн двухканального интегратора, выходы которого через двухканальный синхронный коммутатор соединены с входом первого делителя и первым входом второго дифференциального усилителя, первый вход первого дифференциально- С

ro усилителя и вход второго делителя соединены с выходом фотопреобразова- 2 теля, выходы делителей соединены с вторыми входами дифференциальных усилителей, выходы которых через.дешифратор знака соединены с управляющим входом фотопреобразователя. 1 ил.

На чертеже представлена структурная схема фотометра.

Фотометр содержит источник 1 света, светоделительное устройство 2, оптические тракты 3 и 4, модулятор 5, фотопреобразователь 6 с управляемым коэффициентом преобразования, трехканальный синхронный коммутатор 7 для измерительного, эталонного и темнового каналов, соеднленный со схемой

3 регистрации, управляющий выход ко-, 14974 торой соединен с управляющим входом фотопреобразователя. Эталонный и измерительный выходы коммутатора 7 соединены также со входами двухканаль5 ного интегратора 9, выходы которого через двухканальный синхронный коммутатор 10 соединен со входом первого регулируемого делителя 11 и первым входом второго дифференциального уси-10 лителя 12. Первый вход первого дифференциального усилителя 13 и вход второго регулируемого делителя 14 соединены с выходом фотопреобразователя. Выходы дифференциальных усилителей 13 и 12 через дешифратор 15

Энака соединены с управляющим входом фотопреобразователя.

Фотометр работает следующим образом. 20

Световой поток источника 1 устройством 2 разделяют на два луча, при этом один из лучей проходит через измерительный тракт 3, а другой " через эталонный тракт 4. Световые по-25 токи каждого тракта модулируют модулятором 5 так, что они попадают на фотопреобразователь 6 в разное время и, кроме того, между ними имеется темновая пауза, в которую свет не 30 попадает на фотопреобразователь. Сигналы с выхода преобразователя 6 поступают на коммутатор 7, где разделяются по трем каналам: измерительному, эталоннбму и темновому. Эталонный и измерительный сигналы обрабатывают в схеме 8 регистрации, а информация по темновому каналу используется для коррекции дрейфа темнового тока и нуля усилителей, через связь управ 40 ляющего выхода схемы 8 регистрации с управляющим входом фотопреобраэователя 6, Измерительный и эталонный сигналы. 45 интегрируют двухканальным интегратором 9, на выходах которого образуются средние за время интегрирования сигналы 0и.ср и U э р Усредненный сигнал Uä йзмерительного канала с

И. ср интегратора через коммутатор 10 поступает на вход делителя 11 и первый вход дифференциального усилителя 12.

Мгновенный сигнал U „ иэмерительного канала в это же время поступает на вход делителя 14 и на первый вход

1дифференциального усилителя 13, На вторые входы дифференциальных усилителей 13 и 12 поступают сигналы

61 4

К Бр с и К Б (где К(1 — параметр ретулироееиия1 с делителей 11 и 14 соответственно. Таким образом, на входы дифференциального усилителя 13 подаются сигналы U> и К U„,р, а на входы дифференциального усилителя 12 — U й. ср

HKUM.

Если выполняется неравенство

К U (О„- U, то на выходах усилителей образуются раэнополярные напряжения (для определенности "+" на усйлителе 12 и "-" на усилителе 13), которые не пропускаются дешифратором

15 знака.

Поэтому мгновенный сигнал U nocР тупает на коммутатор,7 неизменным.

Если вследствие случайной помехи сиг1

1 нал Uq будет больше чем — U „-то

Ф к усиленный отрицательный сигнал с выхода дифференциального усилителя 12 пройдет через дешифратор 15 знака и через управляющий вход фотопреобразо" вателя 6 уменьшит коэффициент преоб-, разования таким образом, чтобы раз1 ность U„— — U равнялась нулю. Таким образом, сигнал, поступающий на коммутатор; будет ограничен и равен U, Если, напротив, мгновенный сигнал

U„ то положительное усиленное напряжение с усилителя 13 через дешифратор 15 знака и управляющий вход фотопреобразователя 6 увеличит коэффициент преобразования таким образом, чтобы разность U „ -K U равнялась нулю, Таким,образом, сигнал, поступающий на коммутатор 7, будет. усилен до величины К-UC>.

Итак, в зависимости от величины входного сигнала схема коррекции помехи подает на коммутатор ограниченный сигнал: если К. Б,р (Пч (— U !

Ср

- U,,если Uð> —, Ц (f)

1 и К сР

К Uc;, если U„(К U

Выбирая соответствующим образом коэффициент деления К для делителей

1f и 14 (например К = 0,9, — 1,1), f можно ограничивать величину помехи на заданном уровне (например t fOX.).

dlnU cp к = — — — —.с

10

=-;Ею ср

1й 1 (2) 20

Важно отметить, что абсолютный уровень ограничения устанавливается на основе усредненного интегратором 9 значения U р, а ограниченная величиГ а помехи обеспечивает помехоустойчивость этого среднего значения U« . Аналогичным образом работает схема и для эталонного сигнала.

Определим эффективность подавления помех в предложенном фотометре. Пусть усредненный сигнал на интеграторе 9 образуется усреднением по выборке и значений U; за время интегрирования

Дисперсия среднего значения U дается формулой аг(и ) = — 1 е2 (3) где 6 - дисперсия случайной величины U,.

Если, например, помеха равномерно распределена в диапазоне ) U . — U j (< CK, V где К V р- амплитуда поср мехи, С вЂ” случайное число, равномерно распределенное на интервале (- 0,5;

+ 0,53, то расчет дает

KoU ср /24п, (4)

При работе схемы амплитудной коррекции амплитуда помехи становится равной (1-К) U а дисперсия усредненного ограниченного сигнала аг,= (1 — К) V, /и. (5)

Таким образом, выигрыш в точности измерений равен

К вЂ” -= (— )—

1-К 24 (6)

or

При значительных импульсных помехах (К -1) и малом уровне ограничения (К 1, I-К «1) формула (6) предсказывает квадратичное уменьшение дисперсии и существенный выигрыш в точности. Пример К„"-1 (100%-ая помеха), К = 1,1 имеем Б / р 4.

Выбор коэффициента деления регулируемых делителей 11 и 12 связан с кинетикой изучаемых процессов. Изменение среднего сигнала на интег аторе 9 за время выборки одного значения (ступень квантования в цифро1 вом интеграторе или время выборки в аналоговом интеграторе) определяется соотн пением

97461 е

Uop (t + " ) Ucp(t) (1 + 1 <т j (7)

dlnUce

Отсюда следует, что оптимальный коэффициент деления К регулируемых делителей должен выбираться по закону

Чем больше скорость изменения сигнала, тем больше должен быть диапазон ограничения входного сигнала.

Если оптическая плотность D на определенном участке времени описывается линейным законом

П = П о(1 + КгР), (8) где К вЂ” коэффициент пропорциональности то

lqU = — (1 + K

К = Кг Г 0 434 (10) Таким образом, оптимальный коэффициент деления регулируемых делителей пропорционален относительной скорости изменения оптической плат30 ности.

Для переходных процессов с большими скачкообразными скоростями изменения сигналов необходимо отключение схемы регулирования для предваЗ5 рительного накопления информации на интеграторе 9. В реализованном приборе включение схемы коррекции происходит после 2-4 постоянных времени интегрирования.

Формула изобретения

Фотометр, содержащий последовательно установленные и оптически связан4 ные источник света, светоделительное устройство, два оптических тракта, модулятор и фотопреобразователь с управляемым коэффициентом преобразования, выход которого соединен с входом трехканального синхронного коммутатора с выходами измерительного, эталонного и темнового каналов, выходы коммутатора подключены к соответствующим входам схемы регистрации, 55 выход которой соединен с управляющим входом фотопреобразователя, интегратор и два делителя напряжения, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и увеличения

1497461

Составитель А.Ястребов

Техред N. Ходанич Корректор Э.Лончакова

Редактор Н.Горват

Заказ 4431/41 Тираж 466 Подписное

ВНИИПИ Государственног6 комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 быстродействия, в него введены двухканальный синхронный коммутатор, два дифференциальных усилителя и дешифратор знака, интегратор выполнен двухканальным, а оба делителя напря5 жения — регулируемыми, при этом выходы измерительного и эталонного каналов трехканального синхронного коммутатора соединены с входами двухканального интегратора, выходы которого через двухканальный синхронный коммутатор соединены с входом перв ого делителя и первым входом второго дифференциального усилителя, вход второго делителя и первый вход первого дифференциального усилителя подключены к выходу фотопреобразователя, выходы делителей соединены с вторыми входами соответствукицих дифференциальных усиl лителей, выходы которых через дешифратор знака соединены с управляющим входом фотопреобразователя.