Фотоэлектроколориметр-рефрактометр

Фотоэлектроколориметр-рефрактометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П ИЧ-::- А Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ (») 515951

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 09.07.73 (21) 1940110/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.05.76. Бюллетень № 20

Дата опубликования описания 06.10.76 (5l) М. Кл. - G 011 3, 50

G 01М 21j46

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 535.65(088.8) (72) Авторы изобретения

1О. К. Шелковников и П. И. Госьков (71) Заявитель

Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (54) ФОТОЭЛЕКТРОКОЛОРИМЕТР-РЕФРАКТОМЕТР

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано при оптико-физических измерениях — в колоримстрии и pLфрактомстрии.

Извест ны фото лектрические колориметры, используемые для определениях оптической плотности окрашенных растворов, содержащие источник света, кювету с исследуемым веществом, фотоприемник и индикатор, подключенныи к выходу фотоприемника (1).

Известны также фотоэлектроколориметры, содержащие те же элементы, в которых фотоприемник выполнен в виде полупроводникового сканистора, соединенного с индикатором оптическои плотности через электрическую схему регистрации (2J.

Известныи фотоэлектроколориметр не позволяет производигь одновременное измерение коэффициента преломления и оптическои плотности исследуемого вещества, что бывает необходимо при исследовании его оптических своиств.

Целью изобретения является обеспечение одновременного измерения коэффициента преломления и оптической плотности исследуемого вещества.

Цель достигается тем, что в фотоэлектроколориметре, содержащем источник света, кювету с исследуемым веществом, фотоприемник в виде полупроводникового сканистора, индикатор оптической плотности и электрическую схему регистрации, эта схема содержит два дифференциальных операционных усили геля, источник напряжения смещения, резисторы и пндикarop коэфг1)ициента прелом5 ления, причем вывод низкоомного слоя полупроводникового сканистора подключен к Bblходу первого операционного усилителя, к иньертирующему входу которого подключены

10 один из выводов высокоомного слоя делителя сканистора и через резистор — источник напряжения смещения, второи вывод высокоомного слоя делителя сканистора подключен к индикатору коэффициента преломления и через делитель — к неинвертирующему входу второго операционного ди(рференциального усилителя, инвертирующий вход которого подключен через резисгор к выходу первого усилителя, а индикатор опгическои плотности подключен к выходу второго усилителя и через резистор к его инвертирующему входу.

1-1а фиг. l изображена функциональная схема фотоэлектроколориметра-рефрактометра; на фиг. 2 — эвивалентная схема полупроводникового сканистора, включенного в цепь отрицательной обратной связи дифференциального операционного усилителя.

Фотоэлектроколориметр-рефрактометр содержит источник света 1, кювету 2, форма код0 торой может быть выбрана такой, чтобы при

515951 разных углах преломления вещества длина оптического пути в кювете 2 была неизменной, полупроводниковый сканистор 3, дифференциальные операционные усилители 4 и 5, источник напряжения смещения 6, резисторы 7, 8, 9, 10, 1!, 12 и 13, индикатор коэффициента преломления 14 и индикатор оптической плотности 15.

Вывод низкоомного слоя полупроводникового сканистора 3 подключен к выходу первого io дифференциального операционного усилителя

4, к инвертирующему входу которого подключены один из выводов высокоомного слоя делителя сканистора 3, источник напряжения смещения б через резистор 7 и согласующий 15 резистор 8. Второй вывод высокоомного слоя делителя сканистора 3 подключен к индикатору коэффициента преломления 14 и к неинвертирующему входу второго дифференциальпого операционного усилителя 5 через дели- . 26 тель, образованный резисторами 9 и 10. К инвертирующему входу операционного усилителя 5 через резистор l i подключен выход операционного усилителя 4, через резистор обратной связи 13 — индикатор оптической плот- 25 ности 15 и согласующий резистор 12.

Устройство работает следующим образом. 35

Пусть в исходном положении освещен фотодиод Dy. В этом случае цепь отрицательной ооратнои связи операционного усилителя 4 замыкается через фотодиод D,„, диод D2, сопротивление участка делительного слоя скани- 40 стора R резистор 7 и внутреннее сопротивление источника напряжения смещения О. Тогда для напряжения V,ы... поступающего на индикатор коэффициента преломления 14, имеем: 45

R вых, — вх 7

При смещении светового потока относительно сканистора 3 на некоторую величину Ьх, 5J начинает освещa";ü я другои, i-ый фотодиод

Вф, Тогда

К -1- Я +...+ Rд(i — !)

Таким образом можно записать, что

ЛЬ „,,, -= — U,„— R, (3)

Ro

60 где AR сопротивление участка делительного слоя сканистора на участке Лх.

Следовательно, ЬЬ,„„, = К,ЬХ, (4) 65

Зквивалентная схема полупроводникового сканистора 3 включает резистивный делитель, образованный сопротивлениями R,, fc, ." ЗО и соответствующим образом включенные попарно фотодиоды Вф„йф,,..., Вф„

И ДиОДы .Оь Р2..., Dmгде К вЂ” постоянныи коэффициент, определяемый конкретной величиной U», R7 и погонного сопротивления делительного слоя. Учитывая, что величина смещения Лх пропорциональна изменению коэффициента прсломлспия Лп, окончательно имеем: вых, — Кх > (5) (обр.ф R», вых, — вх д + ) (6) х 7 где R вбр.ф — обРатное сопРотивление фотодиода йф,. Это напряжение через резистор

ll поступает на инвертирующий вход операционного усилителя 5. На неинвертирующий вход операционного усилителя 5 подается и напряжение Увых,. С помощью резисторов 9, l0, ll, l2 и 13 выравнивают коэффициенты передачи для напряжений U,,, и U,,, так чтобы выходное напряжение U,„,, операционного усилителя 5 было пропорционально их разности. Тогда с выражений (1) и (б) найдем напряжение на входе индикатора оптической плотности 15: обр.ф !

7выхх — Кв - вх у 7 (7) где — К коэффициент, учитывающий интенсивность источника света 1, параметры кюветы 2 и расстояние ее до сканистора 3, а также выбранные параметры схемы и самого сканистора 3. Обратное сопротивление фотодиода Й,бр.ф однозначно определяется интенсивностью светового потока, прошедшего через кювету 2, а следовательно, и оптической плотностью исследуемого вещества.

При использовании в качестве источника напряжения смещения 6 генератора синусоидального напряжения информация об оптической плотности содержится в положительной полуволне напряжения U,,„..

Предлагаемый фотоэлектроколориметр-рефрактометр, в отличие от известных приборов аналогичного назначения, позволяет производить одновременное измерение оптической где 7(— некоторый коэффициент.

Выражение (5) справедливо для случая, когда в качестве источника напряжения смещения 6 выбран источник постоянного напряжения, причем его полярность должна быть такой, чтобы диоды сканистора были смещены в прямом направлении, а фотодиоды в обратном. Если источник смещения — генератор постоянного по амплитуде синусоидального напряжения, то информация о изменении коэффициента преломления содержится в положительной полуволне сигнала, измеряемого с помощью индикатора коэффициента преломления 14.

При измерении оптической плотности вещества и постоянном коэффициенте преломления на сканисторе 3 по-прежнему освещен фотодиод йф. Напряжение U,ы„на выходе операционного усилителя 4 в этом случае будет равно:

515951

Формула изобретения

Уаых1

I Upsx.

js г/:пг. 1

ых г

Фиг. 7

Составитель Л. Гойхман

1 едактор 11. Коляда

Корректор Л. Орлова

Текред Е. Подурушина

Заказ 2498/11 Изд. Хо 1624 Тира>к 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий!

13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4, 5

Типография, пр, Сапунова, 2 плотности и коэффициента преломления веществ, причем обеспечивает достаточно высокую чувствительность и точность измерений.

Фотоэлектроколориметр-рефрактометр, содержащий источник света, кювету с исследуемым веществом, фотоприемник в виде полупроводникового сканистора, индикатор оптической плотности и электрическую схему регистрации, отл ич а ющийся тем, что, с целью обеспечения одновременного измерения коэффициента преломления и оптической плотности исследуемого вещества, электрическая схема регистрации содержит два дифференциальных операционных усилителя, источник напряжения смещения, резисторы и индикатор коэффициента преломления, причем вывод низкоомного слоя полупроводникового сканистора подключен к выходу первого операционного усилителя,к инвертирующему входу которого подкл1о lenLI один из выводов высокоомного слоя делителя сканистора и через резистор — источник напряжения смещения, второй вызод высокоомпого слоя делителя сканистора подключен к индикатору коэффициента преломления вещества и через делитель — к неинвертирующему входу второго операционного дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого подключен через резистор к выходу первого усилителя, а индикатор оптической плотности вещества подключен к выходу второго усилителя и через резистор к его инвертирующему входу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. A. А. Шищловский. «Прикладная физическая оптика», М., 1961 г. стр. 648.

20 2. Авт. св. М 410263, G Olj 1/18 от 28.02.72 (прототип).