Фотометр

Фотометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к опшкоэлектронному приборостроению и можег быть использовано при фотометрическнх измерениях п медицине, химической, пиыевой и ,т;ругих отраслях промишленносги. Целью изобретения является повышение точности и информативное ги - измерений. Для -ггого в состав онти2 ческого блока введены ус тропе гьа образования рабочего и копгродгкого световых потоков, формиронаiе п кола углового положения диска модулигора, устройство автоматического перемет ния светофиль гроп, нчитненпо ,: гиде , диска с ра ме цеш i тм по o-pv.4 и набором свето j:iiiii. 11 чв , гпабженн(1го ПРИВОДОМ СО СХСМОЙ УПр ПиНЧШН И Jiripмирователем кода уг.дчного Очо-чен я диска, а схемч nnr...-i nnoria допо -чена двумя входами п одним выхо; М блоке управления. И обре ент; i i- Ui i- ляет комиенсмроиать чтчени-: n.ipv- мс троп общих элсменго or; г н1 1ст, Ч-о гракта рабочего и коп гпс т-чот п учен за .я между каднброп ии и if- черением, в том чжмю мсточипкл СР ОГ, и светофильтров, а так кг H,,I- рует процесс устанош и ч сг:оны РГТОФПЛЬТРОВ . 1 Т.П. J)- M, 1 1П. С/) С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (51)5 С 01, 1/4-!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

©Ъ ъ,,(1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) ч 36ч835/25 (22) 11, 11,87 (46) 15. 02, 91, I:I I. (72) A. Г.Дракон, 1(!. II. Петин, В. В.1 ыбяк, Г. II. Сульдин it В. Г. Воро!!Олин (53) 621. 381 (088. 8) (56) !(н горское свидетельство СССР

К 817488, кл. 0 01,1 1/4 1, 1979, Авторское свицетельство СССI

N 1200137, кл. 0 01 J 1/- 4, 198- . (5i ) 10Tn;II?T (57) 11зобретение относится к (in till(оэлектронному Ilj! IIGopoc Tjl .Снию и .!Ожет быть tie f1oль зов лно при фот ометричес ких измерения х в медицине, хи?!ич ес кой, пище(!ой 11 других отраслях ttp(itltiiвленit Ос ти, 11ел ью 11 3 nбp eò ålíli! !! н. Iя е гс я нОвьияеt»f е точности и информл п!в нос !» измерений. Для aòoãо в состав оптиИ?обретсние 0fíoñèòcH к оптикo электронному приборостроению и может быть использовлно при фотометрических измерсниях в медицине, химической, пищевой и других Отрас;!ях промышненности, Целью изобретения является повышение точности и информл!ивност измерений.

IIа чертеже предстяглс.ня структурная схе11з (фотОк!Стра .

Фотометр содерж1гг с птический блок

1 устанnвленныи перец блоком 2 фо7 топр!!емникя, выход которого через кзлибровочный усилитель 3 соединен ческого блокл нве toilû устройст! л Об — разования рлбочего 11 к1нгро;»:(((го световых потоков, фор?!и! О!1,1те 1ь кofi,i углового положегн!я;и!скл м .!у. It! г 11 л, " c т р О и с т е! О л н т О м л и 1 c c 1 О г (? н е j > о M (t l i ния светофил!.трон, вы О !неit(I нпДС. ДИС KB С РЛ ЗМСI(trit . (М ii O нлбором светоф!ьнь l Он, слабже !ногo

П1?ивОцoM сО cх(?м(!! унр iâ!!(ния ff 1 ор— мировлтелеM кодл уг.;О «г(.!с 10::. ОЕн!я

ДИСКЛ, Я СХЕЛ!(! НН(. Л-l ЫНОЦЯ ЛОПО...!С—

1111 Д В QМЯ В ХОjl (IM1f l (Хl I l!1 . В1! Х O:l ". блоке Qïjýët!JI(Ilt(я . II Обj? o r (!(! !. ляст компенсз!ровать !.1мс!!(. (н1:. !t;ij>ям(.тров общих элсменто ОЕ; lи:. ск»го трлкт(! рабочего lf I ofcãð(.ë -,; го у !Сй за время между !.л:н!брс в(,ой 11 и.:",с-1 ре(н!ем, в том чи лс ис fоч!и кл с в. t,!

И СНЕтОфИЛЬтРОВ,,! тя1, 1,С;! Irò;;:: ..(t;,iрует процесс устанков!.11 lt с;;Он!,! (г (тофипьтров. 1 з. и. ф-. ы, 1 и.!. с первым вхоцо1! агалогo и(!фрОе(ого преобразователя 4, вт,р-.;i ьхс.е; к т 1рого соединен с первым пыхoo ., л выход — с первым вхо;1О !iëoê,l 5 упрлвлепия, схе!!у 6 !нгфр(пог(упрлflлепия коэфф1 циентс усиления, !!!!ходом соединенную с вхо iом у!(рлнчC— пия калибровочного ус!гл!ггеля 3, л входом — с вторым выходом! б !Окл 5 уtlравления, выполненногс из процесcojl(t

7, запомина!ощего устрой(тня 8, таймера 9, генератора 10, таблс; 11 индикации, клавиатуры 12, схемы 13 связи с индикацией и клав!1лтуро!1, с х(мl)l

14 ввода-вывода и шины 5 ннтс!,: йсл, 1627859

25 через котбрую соединены друг с другом процессор 7, запоминающее устройство 8, таймер 9, схема 13 связи с индикацией и клавиатурой и схема 14 ввода-вывода, причем табло 11 индикации соединено с выходом, а клавиатура — с входом схемы 13 связи с индикацией и клавиатурой, первый выход генератора 10 соединен с тактирующим входом процессора 7, а второй выход с входом таймера 9, выход которого является четвертым выходом блока 5 управления и соединен с входом управления АЦП 4, первый, второй, третий вхоцы и первый, второй и третий выходы схемы 14 ввода-вывода являются одноименными входами и выхоцами блока

5 управления, Оптический блок 1 выполнеH из последовательно установленных источника 16 света, устройства 17 образования рабочего и контрольного лучей, моцулят4ра 18, устройства 19 совмещения лучей и устройства 20 автоматического перемещения свегофильтров, выполненного в виде диска 21 с размещенными по окружности набором светофильтров 22 (на чертеже показан набор из 8 светофильтров), снабженного приводом 23 со схемой 24 управления, вход которой одновременно является входом устройства 20 и дополнительным входом оптического блока 1 и соединен с третьим выходом блока 5 управления, и формирователя 25 кода углового положения диска 21, выход которого является одновременно выходом устройства

20 и вторым дополнительным выходом оптического блока 1 и соединен с третьим входом блока 5 управления, формирователя 26 кода углового положения модулятора 18, выход которого является первым дополнительным выходом оптического блока 1 и соединен с вторым входом блока 5 управления. В состав оптического блока 1 входит и кювета 27 для исследуемого образца.

Формирователи 25 и 26 выполнены идентичными, состоящими из последовательно размещенных источника 28,излучения, кодовых отверстий 29 по окружности модулятора 18 и диска,21 соответственно, приемника 30 излучения и усилителя 31, выход которого является выходом формирователя.

Блок 2 фотоприемника выполнен из последовательно установленных фото30

55 преобразователя 32 и прелварительного усилителя 33.

Устройство 17 образования рабочего и контрольного лучей может быть выполнено в виде полупрозрачной плас— тины, разделяющей световой поток источника 16 на два луча, и отражающего зеркала, изменяющего награвление контрольного луча. Устройство 19 совмещения лучей может содержать отражающее зеркало, направляющее контрольный луч на полупрозрачную пластину, совмещающую два луча, Привод

23 может быть выполнен в виде двигателя постоянного тока с редуктором. Схема 24 управления приводом может бьггь выполнена в виде последовательно соединенных трит гера и коммутатора напряжения питания двигателя.

Схема 6 цифрового управления коэффициентом усиления может быть выполнена в виде цифрового управляемого сопротивления, включенного на вход» или н цепи обратной связи калибровочного усилителя 3.

Фотометр работает следующим образом.

В исходном состоянии в запоминающем устройстве 8 записаны программы, соответствующие выполняемым функциям прибора. "Калибровка", "Измерение пропускания", "Измерение оптической плотности". С помощью клавиатуры 12 через схему 13 связи с индикацией и клавиатурой и шину 15 интсрфейса в запоминающее устройство 8 занесены коды значений длин волн !1; излучения: фона, gq, и исследуемых компонентов, Д,!, Я,...gg> выработанных при нажатии соответствующих клавиш клавиатуры 12.

Работа процессора 7 синхронизируется сигналами с -первого выхоца генератора 1О. На вход управления

АЦП 4 с выхода таймера 9 поступают импульсы с второго выхода re оператора

10 с частотой, определяемой к, эффициентом деления частоты, записанным в таймер 9 процессором 7 через шину

15 интерфейса. Коэффициент усиления

Кц калибровочного усилителя уста— новлен минимальный, равный 1.

Диск ?1 установлен в произвольное положение ° Световой поток источника

16 устройством 17 разделяется на рабочий и контрольный лучи, Далее устройством 19 лучи совмещаются. На

1627859 светофильтре 22, установленном на диске 21, производится выделение спектрального интервала светового потока источника 16, соответствующего длине волны пропускания светофильтра, 5 который затем поступает на блок 12 фотопреобразователя. Световые потоки каждого луча модулируются модулятором

18 так, что они попадают на блок 2 фотопреобразователя в разное время и, кроме того, между ними имеются промежутки, в которые свет от источника 16 не попадает на блок 2, состоящий из преобразователя 32 и предварительного усилителя 33.

На фотопреобразователе 32 световой поток преобразуется в электрическнй сигнал и усиливается предварительным усилителем 33, а затем посту- 20 пает на калибровочный усилитель 3. В оптический канал помещают бразец, пропускание которого принимается за

1007, и нажимают клавишу "Калибровка" клавиатуры 12, При этом вырабатыва- 25 ется соответствующий код, по которому про»»ссор 7 переходит к выполнению пр раммы "Калибровка".

Сначала процессор 7 через шину 15 30 извлекает из запоминающего устройства 8 код и выполняет установку све гофильтра 22 с длиной волны пропускания следующим образом. Через шиу 15 схему 14 ввода-вь Ода подает 35 команду запуска на схему 24 управления приводом 23. Диск 21, связанный с приводом 23, начинает вращаться. При пересечении кодовыми отверстиями 29 диска ?1 излучения источника 28 на 4О выходе приемника 30 образуются импульсы тока, которые усилителем-ограничителем 31 усиливаются, приводятся к уровню логических сигналов и с выхода формирователя 25 в виде 45 последовательного кода углового положения диска 21 поступают на третий вход блока 5 управления на одноименный вход схемы 14 ввода-вывода, далее через шину 15 в процессор 7, В про- 50 цессорс 7 поступающий код сравнивается с кодом углового положения диска 21, соответствующего установке светофильтра 22 с длиной волны пропускания gp, и при их совладении на схему 24 управления приводом 23 через схему 14 и шину 15 подается команда останова, что вызывает остановку вращения диска 21.

-аЛ- (2 ЦЛЦП Поп Э где Цап — опорное напряжение АЦП.

На этом масштабирование завершается, и процессор перехсдит к измерению напряжения следующим образом, Запускает АЦП 4 повторно и по окончании преобразования принимает код N(, причем

Ку»

К а»» где S(gе.) коэффициент преобразования блока фотоприемника; световой поток рабочего луча, падающий на блок фотоприемника в момент калибровки, напряжение смещения, не зависящее от светового »

9p„(4+)—

Цак потока источника, определяемое темновым током фотопреобразователя, посторонней засветкой, При непрерывном вращении модулятора 18 аналогично на выходе формирователя 26 формируется последовательный код углового положения модулятора, которь»й через схему 14 ввода-вывода и шину 15 поступает в процессор

7, При поступлении кода, соответствующегоо пропусканию рабочего луча, процессор 7 переходит к масштабированию напряжения на входе АЦП 4 следующим образом.

На второй вход АЦП 4 процессор 7 через шину 15 и схему 14, ее первый выход, подает сигнал запуска. По этому сигналу АЦП 4 под воздействием импульсов тактовой частоты, поступающих на его вход управления, выполняет преобразование напряжения П »»»1, поступающего на его вход, По окончании преобразования АЦП 4 формирует сигнал

"Конец преобразования", который с выхода АЦП через схему 14, шину 15 поступает в процессор 7, По этому сигналу процессор через шину 15 и схему 14 считывает код преобразованного сигнала И1»цП и анализирует его. Если N АцП меньше половины максимального кода

ЦП 11»14П макс ° на вход схемы 6 цифрового управления коэффициентом усиления процессор через шину 15, схему

14, ее второй выход, выдает код коэффициента усиления К»»» (КЧ» =1,2,...), при котором напряжение У »ц»1 увеличивается до величины

1627859

10 (4) 30

КЧо, "о

4 Бо

Т(9;) т, = - +, iÔо (9) 50

9вк(Я! ) н (9;) = -- —--9ggg(9;) (6) смещением нуля элементов электронного тракта, в момент калибровки.

После этого процессор 7 переходит в режим ожидания прихода кода углового положения модулятора, соответствующего перекрытию рабочего и контрольногэ потоков, с приходом которого АЦП 4 по команде процессора 7 выполняет измерение напряжения смещения, при этом коэффициент усиления остается предыдущим, и получает код N !2, кц,, 15

Нок (2)

"on

Процессор устанавливает исходное значение коэффициента усиления К =1 и переходит в режим ожидания кода

20 углового положения модулятора, соответствующего пропусканию контрольного луча ° По приходе контрольного луча процессор аналогично описанному для рабочего .пуча получает коды N и N q для контрольного луча:

N = "-! (я(Я.) Ф„,(Я.!.П,„J (!)

Uîï где Рк ()о) — световой поток контрольного луча, падающий на блок фотоприемника, в момент калибровки, К „— коэффициент усил ния, gQ установленный при масштабировании.

Процессор устанавливает исходное

40 значение коэффициента усиления К! =1 и вычисляет калибровочную вечичину

Н к (Щ для длины волны Яо

„(g ) Кв (- ) РЕВАЗ ) (,)

К gI (Ng 14) Ркк(L 45

Описанную последовательность действий процессор выполняет цля всех остальных заданных длин волн излучения Я; (i/0), и получает Н к (!1! ) цля соответствующих длин волн

На этом вы!!олнение программы Ка-!! либровка" заканчивается, и Процесrop

7 переходит к состоянию ожидания поступления с клавиатуры 12 нового кода нажатой клавиш..

Если после этого нажата клавиша

"Измерение пропускания", процессор переходит к выполнению программы

"Измерение пропускания" (при выполнении этой программы в канале рабочего луча должен быть размещен исс..едуемый образец), Сначала аналогично описанному процессу для программы "Калибровка" для всех введенных,цлин волн g (i

0,1 ° ..п) процессор получает значения калибровочных величин !1 и (;): н „(9;) = — ---,— P-(3i) (7) сРки() ra e Ч р д (9; ) — с в етовой поток рабочего луча в момент измерений

9 y,ö(9;) — световой лоток контрольного луча в момент измерений, затем вычисляет значения пропускания исслег!уемого образца, Т (, ;) без учета фона

Н и(Я! ) Я рд(Я! )

Т (Я,)

Н „(;) CP „(g;)

М

СРкк(Я ) (8) Ррк(9 i) и значение пропусканйя Т с учетом ! фона

Полученное значение пропускания Т процессором 7 через шину 15 и схему

13 выводится на табло 11 индикации °

Как следует из приведенных формул (8) и (9) в отличие от прототипа значение пропускания Т.; не зависит от напряжения смещения, определяемого гемновым током фотопреобразователя, посторонней засветкой и смещением нуля элементов электронного тракта, изменения коэффициента преобразования блока фотоприемника за время между калибров-..ой и измерением и учитывает пропускание фона. При

Фк (Ж) этом член — — -7-,— выражен !я (8) ком „, (Т) пенсирует изменение параметров общих элементов оптического тракта рабочего и контрольного лучей за время между калибровкой и измерением, в том числе источника света и светофильтров, вносящих наибольшую погрешность в результат измерений, Таким образом, введение в состав оптического блока устройства образои

1627859 !

О вания рабочего и контрольного лучей, модулятора с формирователем кода углового положения, устройства совмещения лучей и устройства автоматичес5 кого перемещения светофильтров, выполненного в виде диска с размещенным по окружности набором светофильтров, снабженного приводом со схемой управления, и формирователя кода углового положения диска, а также снабжение схемы ввода-вь3вода блока управления дополнительными двумя входами и одним выхоцом позволяет повысить точность измерений и автоматизировать процесс установки и смены светофильтров дпя пред33агаемого фотометра.

o p м у л а и з о б р е т е н и я

1. Фотометр, содержащий оптический блок, включающий источник света и кювету для исследуемого образца, блок фотоприемника, калибровочный 25 усилитель, схему цифрового управления коэффициентом усиления, аналогоцифровой преобразователь и блок управления, содержащий процессор, запоминающее устройство, таймер, генератор, схему ввода-вывода, схему связи с индикацией и клавиатурой, табло индикации, клавиатуру Il щину интерфейса, причем вход блока фотоприемника оптически связан с выходом оптического блока, а выход через калиб35 ровочный усилитель соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления, а выход — с первым входом блока управления, выход схемы цифрового управления коэффициентом усиления соединен с входом управления коэффицнРНТоМ усиления калибровоч33огo усили- 45 теля, а вход — с вторым выходом блока управления, через шину интерфейса соединены друг с другом процессор, запоминающее устройство, таймер, схема ввода-вывода и схема связи с индикацией и клавиатурой, с выходом

«0 которой соединено табло индикации, а с входом — клавиатура, первый выход генератора соединен с входом таймера, первый и второй вь3ходы и первый вход схемы ввода-вывода явлч33 тсч o7»n— именными входами и в33хода3333 блок» управления, о тли ч а ющи и с я тем, что, с целью поьч яяения то»3 ос ти и информативности измерений, 33 333тический блок дополнитель33о введены послецовательно установленные за источником света устройство формирования рабочего и контрольного лучей, модулятор с форм33рс вателсм кода углового положения, устройство совмещения лучей и набор светофильтров с устройством их автоматического перемещения, а схема ввода-вывода дополнительно снабже33а в1орым If трегьим входами и третьим выходом, явл:3333щимися одноиме33 ными rf?o7?3?flf If выхода ми блока управления, пр33чем Ilhfxo,( формирователя является первым дс 33 3лнительным выходом оптичес кс го бл 1к.l и соединен с в l орым вхо;3ом блс ка управления, выход устройства автo?lатического перемещения светоф33333,трс в является вторым допольч3тел3,3п,;м выхоцом оптического блока 33 cool»flfell с третьим вхоцом блока уflpf313lltе3333л, вход управления устройствоlf;3втоматич3 с— кого перемещения светофильтро3; является дополнительным El?:одо. l оптического блока и соединен с тре33,33м выходом блока управления, Ilторой:3hlход генератора c oem If le«с так rllp ? I 3щим вхоцом процессора, второй вЫхг I таймера является четвер 37,г3 .. ых ио;l блока управления и с ееlfffll(=. - Вхо,3 и управления аналого-III<31ipolf orn преобразователя, 2.Ф ..Фотометр по и, 1, о т,п и ч аю шийся тем, что устройст.-о автсматического перемещения светоф33пьтров выполнено в виде диска с размещенным по окружности набором сfle roifflfльтров, снабженного приводом со схемой управления и формирователем кода угло»ого положения, причем вхсд схемь3 управления является входом управле3И3я устройства, а выход формирователя ко 3а углового положения является выходом устройства.

Сосллвитель A.ßñòðåáîâ

Редлктор Jl,Весечовскля Танкред П.олийнык Корректор М.Иаксимишинец

Злклз 331 Тир лж 33П Подписное

НИИПИ Госудлрственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-и здлте ьгкий комбинат Патент 1 г Ужгор д у . Г

° ж ород ул, агарина 101