Спектрометр

 

СПЕКТРОМЕТР, включающий оптическое устройство, содержащее оптически связанные источник излучения трехтактньй оптический коммутатор для последовательного направления потока излучения в оптиг ческую систему канала сравнения, в оптическую систему канала образца Ив поглотитель излучения, двyxtaктный оптический коммутатор, монохроматор и фотоприемное устройство, измерительное устройство, содержащее аналого-цифровой преобразователь (АЦП), устройство коррекции фона, устройство отображения информации , запоминакяцее устройство сигнала сравнения и генератор опорных напряжений, устройство синхронизации , содержащее датчик тактов и датчик циклов, связанные с трехтактным оптическим коммутатором, при этом выход фотоприемного устройства подключен : к первому входзР АЦП, выход которого подключен к первьм входам устройства отображения информации , устройства коррекции фона и запоминакицего устройства, а выход устройства коррекции фона подключен к электрическому входу фотоприемного устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в измерительное устройство введены коммутатор опорного сигнала и компаратор, причем коммутируемые входы коммутатора подключены к выходу генератора опорных напряжений и к выходу запоминающего устройства сигнала сравнения, а выход коммутатора под-, ключен к опорному входу АЦП входы компаратора подключены к выходам запоминающего устройства сигнала сравнения и генератора опорных напряжений , в устройство синхронизации введены логическая ячейка И-НЕ и три ГЬтриггера, входы установки которых подклкгчены к выходу датчика циклов, а входы синхронизации подключены к выходу датчика тактов, при этом прямой выход первого триггера подключен к второму входу устройства коррекции фона и к входу данных второго триггера, прямой выО ) ход второго триггера подключен к входу управления запоминающего уст4 4 ройства сигнала сравнения и к первому входу логической ячейки И-НЕ, сл его инверсш выход подключен к входу данных первого триггера, прямой выход третьего триггера подключен к входу управления коммутатора опорного сигнала и второму входу устройства отображения информации, втррой вход логический ячейки И-НЕ подключен к выходу компаратора, ее выход подключен к входу данных третьего триггера, а выход датчика тактов подкшпен к третьему входу АЦП.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК 151)Ф G 01 J 3/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3624709/24-25 (22) 24.05.83 (46) 15.07.85. Бюл. Ф 26 (72) С,Б. Заславский и Н.Я. Ииндлин (53) 535,8(088.8) (56) Патент CIIIA В 4279510, кл. С 01 J3/42,,1981.

Патент США В 4325634, кл. G О1 J 3/42, 1982. (54)(57) СПЕКТРОИЕТР, включающий оптическое устройство, содержащее оптически связанные .источник излучения трехтактный оптический ком1 мутатор для последовательного направления потока излучения в опти-. ческую систему канала сравнения, в оптическую систему канала образца и в поглотитель излучения, двухтактный оптический коммутатор, монохроматор и фотоприемное устройство, измерительное устройство, содержащее аналого-цифровой преобразователь (АЦП)„ устройство коррекции фона, устройство отображения информации, запоминающее устройство сигнала сравнения и генератор опорных напряжений, устройство синхрониза» ции, содержащее датчик тактов и датчик циклов, связанные с трехтактным оптическим коммутатором, при этом выход фотоприемного устройства подключен:к первому входу АЦП, выход которого подключен к первым входам устройства отображения информации, устройства коррекции фона и запоминающего устройства, а выход устройства коррекции фона подключен к электрическому входу фотоприем„„SU„„1167445 ного устройства, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью ловы- 1 жения быстродействия, в измерительное устройство введены коммутатор опорного сигнала и компаратор, причем коммутируемые входы коммутатора подключены к выходу генератора опорных напряжений и к выходу запоминающего устройства сигнала сравнения, а выход коммутатора под-. ключен к опорному входу AJgl входы . компаратора подключены к выходам запоминающего устройства сигнала сравнения и генератора опорных напряжений, в устройство синхронизации введены логическая ячейка И-НЕ и три D-триггера, входы установки которых подключены к выходу датчика циклов, а входы синхронизации подключены к выходу датчика тактов, при этом прямой выход первого триггера подключен к второму входу устройства коррекции фона и к входу данных второго триггера, прямой выход второго триггера подключен к входу управления запоминающего устройства сигнала сравнения и к- первому входу логической ячейки И-НЕ, -его инверсный выход подключен к входу. данных nepsoro триггера,. пря- мой выход третьего триггера подключен к входу управления коммутатора опорного сигнала и второму входу устройства отображения информации, втррой вход логический ячейки И-НЕ подключен к выходу компаратора, ее выход подключен к входу данных третьего триггера, а выход датчика . .тактов подключен к третьему входу АЦП.

1167445

Изобретение относится к спектральному приборостроению и может быть использовано при создании спектрометров и спектрофотометров с цифровой обработкой результатов измерений и получением на выходе значения коэффициента пропускания, отражения или других оптических характеристик в зависимости от длины волны.

Целью изобретения является повы- 10 шение быстродействия.

На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого спектрометра.

Основными частями спектрометра яв-15 ляются оптическое устройство i, устройство 2 синхронизации, измерительное устройство 3.. Оптическое устройство состоит из источника 4 излучения, двухканальной оптической 20 системы иэ двух пар вогнутых зеркал

5, 6 и 7,8, причем зеркала 5 и 6 образуют канал образца, а 7 и 8— канал сравнения, трехтактного оптического коммутатора на основе пово- р5 ротного зеркала 9 с приводом 10 и сопряженного с ним двухтактного коммутатора 11, монохроматора 12 и фотоприемного устройства 13, подключенного к измерительному устройству 3. Кроме того, оптическое устройство 1 снабжено поглотителем 14 излучения.

Устройство 2 синхронизации в спектрометре содержит датчик 15 циклов

35 и датчик 16 тактов работы оптического коммутатора., три D-триггера 17, 18 и 19 и логическую ячейку И-НЕ 20.

Входы установки всех D-триггеров 17, 18 и 19 подключены к выходу датчика 15.циклов, а их входы С синхронизации — к выходу датчика 16 тактов.

Прямой выход первого триггера 17 соединен с.входом данных D второго триггера 18, инверсный выход второго триггера 18 — с входом D данных первого триггера 17. Первый вход ячейки И-НЕ 20 соединен с прямым выходом второго триггера 18, а ее выход — с входом D данных третьего триггера 19.

Измерительная система 3 спектрометра выполнена на основе АЦП 21, 1 выход которого связан с входными данными устройства 22 отображения . 55 информации, устройства 23 коррекции фона и запоминающего регистра 24, входящего в состав цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 25, который выполняет функции запоминающего устройства сигнала сравнения.ЦАП 25 подключен к одному из коммутируемых входов коммутатора 26 опорного сигнала и к входу сравнения компаратора 27, Второй коммутирующий вход коммутатора 26 опорного сигнала соединен с одним иэ выходов генератора

28 опорных напряжений. Выход коммутатора 26 подключен к опорному входу АЦП 21, а второй выход генератора

28 опорных напряжений — к второму опорному входу компаратора 17, Выход компаратора 27 соединен с вторым входом ячейки И-НЕ 20. Прямые выходы триггеров 17 и 18 соединены с входами управления устройства 23 коррекции фона и ЦАП 25, точнее его запоминающего регистра 24 соответственно,.а прямой выход триггера 19— с входами управления устройства 22 отображения информации и коммутатора 26 опорных сигналов.

Работа устройства в режиме спектрофотометра осуществляется следующим образом.

Цикл измерения состоит из трех тактов, соответствующих установке зеркала 9 оптического коммутатора в одно из трех фиксированных положений, что сопровождается выдачей сигнала синхронизации от датчика 16 тактов. Каждый цикл запускается сигналом, поступающим от датчика 15 циклов с неЪольшим опережением по .отношению к первому тактовому импульсу. При поступлении сигнала от датчика 15 циклов измерительная система устанавливается в исходное состояние, т.е, триггеры 17, 18 и 19 устанавливаются в состояние "1".

При этом на входы управления устройства 29 коррекции фона запоминающего регистра 24 и устройства отображения информации поступят сигналы

"Логическая 1", что приведет к сбросу записанных в них данных. Кроме того, под действием такого же сигнала коммутатор 26 опорного сигнала подключит к опорному входу

АЦП 21 выход генератора 28 опорных напряжений, а на вход данных триггера 17 с инверсного выхода триггера

18 поступит сигнал "Логический 0".

Вследствие сброса данных эапоминаюшего регистра 24 на вход сравнез .1167445

4 ния компаратора 27 поступит нулевой нал "Логический 0" сигнал, существенно меньший сигнала выхода открывает за на его опорном входе, что приведет гистр, который зало к появлению логического 0, на пающий от АПП цифро втором входе ячейки И-НЕ 20 и, сле- 5 менно логический "0 довательно, к поступлению логичес- поступает на первый кой "1" на вход данных триггера 19. Логическая "1" с ин

Первый такт работы соответствует триггера до окончан измерению фона. Зеркало 9 оптичестового импульса пос кого коммутатора при этом устанав- 1О данных триггера и у ливается в изображенное на чертеже состояние "Логическ положение, так что поток излучения Код введенный в от источника 1 прерывается и направ- „и в вид ляется этим зеркалом в поглотитель подается с выхода

11 излучения. При поступлении сигна 15 коммутируемых входо ла от датчика 16 тактов на входы ,опорного сигнала и синхронизации триггеров 17, 18 и 19 ния компаратора. Ес произойдет переключение в состояние нала сравнения на в

"0" только триггера 17, на входе - ра больше заданной данных которого был выставлен логи- 20 пающей на его опорн ческий "0". Логический "0" с выхода ратора опорных напр триггера 17 поступит на вход данных выходе компаратора триггера 18, а также откроет устрой- ся .логическая "1". ство 23 коррекции фона, на-вход крывается ячейка Иданных которого поступит код Фона д5 данных триггера пос с выхода АЦП 21, запущенного также кий "0".В противном тактовым импульсом датчика 16. Анаходе сохраняетсялог логовый сигнал с выхода устройства 1

При поступлении

23 коррекции фона- поступит на корвого импульса от д ректирующий вход фотоприемного уст-: личии логического ройства 13. данных триггера 19

Во втором такте производится ся в положение "Ло измерение стандартного образца. 3ерсигналу Логически" кало 9 оптического коммутатора нада открывается уст правляет излучение от источника 1

35 жения информации, в канал сравнения 7, 8, в котором опорного сигнала п установлен стандартный образец . Излуный вход АЦП 21 с чение, прошедшее через этот образец, опорных напряжений направляется оптическим коммутатона котором от предь ром 11 в монохроматор 12 и далее в

40 раняется сигнал, с фотоприемное устройство 13. При . стандартному образ этом сигнал, формируемый приемниму код на выходе ком, входящим в устройство 13, бумого третьим тактов дет равен сумме сигналов, соответдет соответствоват ствующих пропусканию стандартного

45 канала образца, а образца и фону.

Из этого сигнала будет вычитаться сигнал фона, поступивший в предыдущем такте от устройства коррекции, поэтому во втором такте на вход . 50

АЦН поступает сигнал, соответствующий интенсивности излучения, прошедmего через стандартный образец.

Синхронно с установкой зеркал от датчика на АЦП и триггеры посту- 55 пает второй тактовый импульс, запускающий АЦП и устанавливающий в состояние "Логический 0" триггер. Сигс его прямого поминающии реминает постувой код. Одновреот триггера вход ячейки И-HF., версного выхода ия второго тактупит на вход D становит его в ая 1". запоминающий алогового сигнала

ЦАП на один из в коммутатора на вход сравнели величина сигходе компаратовеличины, постуый вход от генеяжений,то на устанавливаетВ результате отНЕ и на вход D тупает логичесслучае на этомвыическая "1". третьего тактоатчика 16 и на0" на входе D он устанавливаетгический 0". По и 0" с его выхоройство 22 отобраа коммутатор 26 ереключает опор-. генератора 28 на выход ЦАП 2S, дущего такта сохоответствующий цу. Благодаря этоАЦП 21,. запускаеым импульсом, буь не сигналу из отношению сигналов исследуемого и стандартного образцов, т.е. конечному результату значения пропускания исследуемого образца. Кроме того, поскольку максимальное значение кода АЦП соответствует напряжению, подаваемому

Э на его опорный вход, в предлагаемом спектрометре максимальная разрешающая способность АЦП реализуется при любом уровне сигнала в канале сравнения. Благодаря этому исключаются ошибки из-за неполного использования разрядности АЦП.

1167445

Составитель Ю. Грузевич

Техред Ж.Кастелевич Корректор 0- Тигор

Редактор М, Келемеш

Заказ 4424/39 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Если сигнал сравнения во втором такте был меньше заданного (на входе D данных триггера 19 установлена логическая "1" ), этот триггер не переключается и устройство 22 отображения информации остается заблокированным.

После окончания третьего такта датчик 15 циклов выдает очередной импульс, и описанный процесс измерения повторяется.