Автоматический рефрактометр

 

АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕФРАКТОМЕТР для исследования мутных сред, содержащий последовательно установленные источник света с блоком питания, светоделитель, модулятор , два канала, в первом из которых установлена измерительная, а ро втором - сравнительная кюветы, фотоприемник, к выходу которого подключена электрическая схема, отличающийся тем, что, с целью повь шения точное™ измерения, он дополнительно содержит третий канал для прохождения части светового пучка от источника света на фотоприемник , а электрическая схема включает в себя схему разделения сигналов откаждого из трех каналов, три устройства памяти, два линейных преобразователя для преобразования сигналов от первого и второго каналов, схему вычитания, подключенную к выходам линейных преобразователей, источник опорного напряжения , интегратор, регулятор режима блока питания источника света и схему сравнения сигнала от третьего канала с опорным напряжением,. с S при этом схема сравнения соединена с источниW ком света через интегратор и регулятор режима блока питания источника света.

СОЮЗ С09ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1043529

3(511 Ь 01 Й 21/43

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) (57) АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕФРАКТОМЕТР для исследования мутных сред, содержа. щий последовательно установленные источник света с блоком питания, светоделитель, модулятор, два канала, в первом из которых установлена измерительная, а во. втором — сравни(21) 2618915/18-25 (22) 22.05.78 (46) 23.09.83. Бюл. Р 35 (72) В. Я. Бабкин, Л. П. Васильева, В. И.девдариани, А. Е, Ершов и О. Б. Комаров (71) Всесоюзный научно-исследовательский биотехнический институт (53) 535.322.4 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 593123, кл. G 01 N 21/46, 1974.

2. Заявка Японии Р 50 — 24114, кл.

111F4, 1977 (прототип) . тельная кюветы, фотоприемник, к выходу которого подключена электрическая схема, о тл и ч а ю щ и и с.я тем, что, с целью повышения точности измерения, он дополнительно содержит третий канал для прохождения части светового пучка от источника света на фотоприемник, а электрическая схема включает в себя схему разделения сигналов от каждого из трех каналов, три устройства памяти, два линейных преобразователя для преобразования сигналов от первого и второго каналов, схему вычитания, подключенную к выходам линейных преобразователей, источник опорного напряжения, интегратор, регулятор режима блока питания источника света и схему сравнения сигнала от третьего канала с опорным напряжением,. с: при этом схема сравнения соединена с источни(О ком света через интегратор и регулятор режима блока питания источника света.

С:

529

1 1043

Изобретение относится к технике оптических измерений и может быть использовано в микробиологической, медицинской, химической, пищевой и ряце других промьшшенностей для измерения показателя преломления питательных сред, культуральных жидкостей, мутных и ис. линых pRGTBopoB.

Известны автоматические рефрактометры для определения показателя преломления различных сред, Известен автоматический рефрактометр, содержащии источник света, функциональный преобразователь, устройство разделения светового пучка и фотоприемник, к выходу которого подключена электрическая схема (11. t5

Недостатком этого рефрактометра является невозможность измерения показателя преломления мутных сред.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является рефрактометр, содержа- 2п щий последовательно установленные источник света с блоком питания, светоделитель, модулятор, два канала, в первом из которых установлена измерительная, а во втором — сравнительная кюветы, фотоприемник, к выходу которого подключена электрическая схема. В каждом канале рефрактометра содержится также призма, соприкасающаяся с образцовой или анализируемой,кидкостью, и линза для фокусировки луча, поступаюгцего от модулятора в одну точку or30 ражающей поверхности первой или второй жидкостей. Фотоприемник содержит два фотоэлемента. Свет, поступающий от источника разделяется на два луча и с помощью модулятора, выполненного в виде вращающегося зеркала, поочередно направляется в два канала, проходит через фокусирующие линзы, призмы и отражается от поверхности жидкостей в кюветах.

Величина отраженного света фиксируется фотоэлементами, сигналы от которых обрабаты. ваются электрической схемой, выполненой в виде время-импульсного преобразователя (2), Недостатком известного рефрактометра яв-

-ляется недостаточная тОчность измерения, вызванная отсутствием компенсации погрешностей, обусловленных нестабильностью источника света 45 и коэффициентов передачи двух фотоэлементов

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что автоматический рефрактометр для исследования мутных сред, содержа1ций .последовательно установленные источник света с блоком питания, светоделитель, модулятор, два канала, в первом иэ которых установлена измерительная, а во втором — сравнительная кюветы, фотоприемник, к выходу которого подключена электрическая схема, дополнительно содержит третий канал для прохождения части светоно1-о пучка от источника света на фотоприемник, а электрическая схема включает в себя схемы разделения сигналов от каждого из трех каналов, три устройства памяти, два линейных преобразователя для преобразования сигналов от первого и второго каналов, схему вычитания, подключенную к .выходам линейных преобразователей, источник опорного напряжения, интегратор, регулятор режима блока питания источника света и схему сравнения сигнала от третьего канала с опорным напряжением, при этом схема сравнения соединена с источником света через интегратор и регулятор режима блока питания источника света.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник 1 света, зеркала 2, фокусирующие устройства 3, коллиматор 4, модулятор 5, светофильтры 6, проточные стержневые кюветы 7 (эталонную и измерительную), световоды 8, фотоприемник 9, блок 10 синхронизации, блок 11 разделения каналов, блоки 12 памяти, масштабные усилители 13, выполняющие роль линейных преобразователей амплитуд с регулируемым коэффициентом преобразования, схему 14 вычитания, схему 15 сравнения, интегратор 16, управляемый блок

17 питания, термодатчики 18, схему 19 сравнения, блок 20 управления температуры эталонной жидкости.

Устройство работает следующим образом.

Свет от источника 1 света, отражаясь от зеркал 2, попадает в фокусирующие устройства

3 и коллиматор 4, а при выходе модулируется модулятором 5. Далее, пройдя светофильтры 6, вырезающие заданный (рабочий) спектральный интервал, один из световых потоков проходит через проточную стержневую кювету 7 с анализируемой средой, другой — через стержневую кювету 7, заполненную эталонной жидкостью.

Свет, прошедший через стержневые кюветы, а также свет третьего светового канала с помощью световодов 8 собирается на фотоприемник 9, преобразующий световые сигналы в электрические.

В момент прохождения модулированного светового потока по каждому из трех каналов в блоке 10 синхронизации вырабатываются синхроимпульсы, В блоке 11 разделения каналов электрические импульсы, соответствующие каждому из трех световых каналов, пространственно разделяются и преобразуются в блоках 12 памяти в сигналы постоянного напряжения.

Сигналы, соответствующие первому и второму световым каналам, через масштабные усилители

13, выполняющие роль линейных преобразователей амплитуд с регулируемым коэффициентом преобразования, поступают на схему 14

1043529 "х q("сг ф)"

)u2

% (g;g } (4) пВ

ОИС СОЯ и где

I н

К, KÎ 0

fl

51т х пст з вычитания, выходной сигнал которой прямо пропорционален показателю преломления анали зируемой среды. Сигнал, соответствующий третьему световому каналу, йоступает на схему

15 сравнения, сравнивается с эталонным напряжением 0 ., выход которой через интегратор

16 подключен к управляемому блоку 17 питания.

В измерительной и эталониои кювете размещены термодатчики 18, сигналы от которых поступают на схему 19 сравнения, а выход последней подключен к блоку 20 управления температуры эталонной жидкости.

Амплитуды сигналов на выходах блоков памяти можно записать в следующем виде

"ь+ "х

cI ГС СОВ )" и

U.=K Ф0

0 ..0

К К К„!(1) коэффициенты передачи оптических,трактов трех каналов; световой поток от источника света; показатель преломления эталонной жидкости (например, воды) приращение показателя преломления анализируемой среды (измеряемая величина); показатель преломления мате-. риала стержня кюветы; углы, характеризующие геометрию светового пучка в стержне кюветы; коэффициент преобразования фотоприемника;

1<, К,K — коэффициенты передачи блоков разделения каналов;

Кп, К,К„ — коэффициенты передачи блоков памяти.

Выражение справедливо при равенстве температур в измерительной и эталонной кювете, что достигается контуром регулирования температур.

В частном случае

10 К -Kt Klf -4 и К -Kl -K I 1.

p p p A п и

Решая уравнения (1), (2) и (3) относительно параметра и„ (полагая n„ « n получим

Поскольку все функции ; в выражении (4) являются функциями некоторых постоянных величин, выражение можно переписать <2(1„- 1<3 ("к-" О

25 где K K K и К вЂ” некоторые посто. янные величины.

Напряжение 0 поддерживается постоянным и равным Uт,,за счет управления блоком питания источника света. Коэффициенты К2 и

К3 легко могут быть заданы масштабными усилителями.

Таким образом, выражение, соответствующее выходному напряжению схемы вычитания, ли35 нейно связано с измеряемой величиной и не содержит таких нестабильных величин как пВ Ви фо.

В устройстве стабилизируется величина 0> и следовательно, ф,(3) поэтому всегда можно

40 .задать максимальную яркость источника света, обеспечивающую достаточную чувствительность схемы, т. е. оптимизировать использование источника и продлить его срок службы.

1043529

ВНИИПИ Заказ 7328 46

Тираж 873 Пол,нисное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîë, ул.Проектная,4