Световодное устройство для эмиссионного спектрального анализа

 

Изобретение относится к приборам спектрального анализа и может найти применение для элементного анализа различных веществ. Цель изобретения - повышение точности измерений путем уменьшения случайной составляющей погрешности и увеличение надежности устройства. Сущность изобретения состоит во введении импульсного управляемого оптического считывания информации с разных по высоте точек пламени горелки по двум каналам с последующей электронной линейной обработкой сигналов, исключающей фоновый сигнал и аддитивную погрешность . шума. Каждый из каналов имеет двухсветоводный коллектор,соединяющий через интерференционный фильтр фотоприемник одним световодом с аналитической зоной, а другим световодом - с импульсным источником света, блок питания которого синхронизируется. Выход фотоприемника каждого канала подключен к своему усилителю, выходы которых подключены к входам устройств вьщеления переменной и постоянной составляющих сигнала, выходы которых в каждом канале соединены с входом делительного устройства, а выходы делительных устройства синхронно подключаются к входам вычитающего устройства, выход которого соединен с измерительным устройством. Повышение точности в 1,5 раза достигается за счет параллельного считьшания оптической информации в пламени с частотой 1-10 кГц, определяемой работой импульсного излучателя, а также линейной обработкой сигналов в каждом канале, исключающей разброс параметров каналов и фоновый сигнал. Надежность повышена за счет отказа от механического обтюратора. 1 ил. i (Л со 4 О5 СО СХ) N

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (gD 4 G 01 N 21/72

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2!) 3983094/24-25 (22) 03.09.85 (46) 23.10.87. Бюл. У 39 (71) Тбилисское научно-производственное объединение "Аналитприбор" (72) С.А.Хуршудян, Г.Я.Брагин, С.В.Локоть и Д.А.Кодолашвили (53) 535.8(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N9 1067414, кл. G О1 N 21/72, 1983.

I (54) СВЕТОВОДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭМИССИОННОГО СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА (57) Изобретение относится к приборам спектрального анализа и может найти применение для элементного анализа различных веществ. Цель изобретения — повышение точности измерений путем уменьшения случайной составляющей погрешности и увеличение надежности устройства. Сущность изобретения состоит во введении импульсного управляемого оптического считывания информации с разных по высоте точек пламени горелки по двум каналам с последующей электронной линейной обработкой сигналов, исключающей фоновый.сигнал и аддитивную погрешность

„„SU„„1346984 А 1 шума. Каждый из каналов имеет двухсветоводный коллектор, соединяющий через интерференционный фильтр фотоприемник одним световодом с аналитической зоной, а другим световодом— с импульсным источником света, блок питания которого синхронизируется.

Выход фотоприемника каждого канала подключен к своему усилителю, выходы которых подключены к входам устройств выделения переменной и постоянной составляющих сигнала, выходы которых в каждом канале соединены с входом делительного устройства, а выходы делительных устройств синхронно подключаются к входам вычитающего : устройства, выход которого соединен с измерительным устройством. Повышение точности в 1,5 раза достигается за счет параллельного считывания оп- С, тической информации в пламени с частотой 1 † кГц, определяемой работой 2 импульсного излучателя, а также линейной обработкой сигналов в каждом канале, исключающей разброс парамет- С4 ров каналов и фоновый сигнал. Надеж- ьМ» ность повышена за счет отказа от ме- .( ханического обтюратора. 1 ил. Ж

1 1346

Изобретение относится к приборам спектрального анализа и может найти применение для элементного анализа .различных веществ.

Цель изобретения — повышение точности измерений путем уменьшения случайной составляющей погрешности и увеличение надежности устройства.

Использование двух фотоприемников позволяет отказаться от обтюратора, что повышает надежность устройства, Однако два фотоприемника могут отличаться друг от друга временными параметрами, поэтому используется импульсный источник света и система обработки.на основе вьщеления составляющих фотоэлектрического сигнала. В результате обработки сигналов форми- 2р руется сигнал, равный отношению коэффициентов преобразований фотоприемников, что обеспечивает получение инвариантного от параметров фотоприемников результата измерения. 25

На чертеже показана функциональная схема устройства.

На схеме обозначены источник 1 излучения, первый 2 и второй 3 двухсветоводные коллекторы, первый 4 и 30 второй 5 световоды. первого коллектора, первый 6 и второй 7 световоды второго коллектора, импульсный источник 8 излучения, первый 9 и второй 10 интерференционные фильтры, первый 11 и второй 12 фотоприемники,. усилители 13 .и 14-, первое 15 и второе

16 устройства выделения постоянной составляющей сигнала, первое 17 и второе 18 устройства вьщеления перемен- 4р ной составляющей сигнала, первое 19 и второе 20 делительные устройства, вычитающее 21 и измерительное 22 устройства, устройство 23 синхронизации и блок 24 питания импульсного 45 источника излучения.

Первый канал формирования оптических сигналов содержит последовательно расположенные первый двухсветоводный коллектор 2, первый интерференционный фильтр. 9, первый фотоприемник 11, усилитель 13, выход которого соединен с первыми устройствами 15 и 17 соответственно выделения постоянной и переменной составляющих сиг- 55 налов, выходы которых подключены к входам первого делительного устройства 19. Первый световод 4 коллектора

2 установлен после источника 1 нзлу984 2 чения, а второй световод 5 — перед импульсным источником 8 излучения.

Второй канал формирования оптических сигналов содержит второй коллектор 3, второй интерференционный фильтр 10 второй фотоприемник 12 и усилитель 14. К выходу последнего параллельно подключены вторые устройства 16 и 18 соответственно выделения постоянной и переменной составляющих сигналов, .выходы которых соединены с входами второго делительного устройства 20, Делительные устройства 19 и 20 через вычитающее устройство 21 соединены с измерительным устройством 22. Выход устройства

23 синхронизации соединен с синхронизирующими входами блока 24 питания, вычитающего устройства 21 и делительных устройств 19 и 20, Первые световоды 4 и 6 установлены на различных высотах относительно основания пламени.

Устройство работает следующим образом.

Анализируемая проба вводится в пламя — источник 1 эмиссионного излучения. В результате эмиссии возникает излучение, которое первыми световодами 4 и 6 через соответствующие интерференционные фильтры 9 и 10 направляется на фотоприемники 11 и 12.

На фотоприемники подаются с помощью вторых световодов 5 и 7 световые импульсы от импульсного источника 8 излучения. Частота импульсов

1-10 кГц. Сигналы с фотоприемников усиливаются усилителями 13 и 14. На выходе усилителей имеются сигналы

U = (K0K, Ð(h() (М K Cx+V+g(t)+

+9,(q,f,)ê ()кДк,к „

U1 (к к Ч(12) Ь (9)KÇCх+V+S(t)+

+Ф,(ъ,к.)к„()к,) к,к„, где К вЂ” коэффициент, характеризующий эффективность горелки и зависящий от состава горючего газа, геометрии горелки и те

К,,К вЂ” коэффициенты, характеризующие зоны, расположенные на высоте h,h от основания горелки;

g(h) — функция, описывающая зависимость интенсивности эмиссионного излучения от высоты зоны измерения; (%) — коэффициент пропускания светофильтра;

13

К вЂ” коэффициент пропуск ания св етовода;

С„ - измеряемая концентрация;

К К вЂ” коэффициенты преобразования

$q) Р 2 первого и второго фотоприемников соответственно;

К К вЂ” коэффициенты усиления усиЦ< - Ч лителей 13 и 14;

V — сигнал, характеризующий фон;

G(t) — составляющая, характеризующая шум;

e (S f) — световой поток импульсного

o o источника с частотой f ;

К вЂ” коэффициент пропорциональ4 ности, характеризующий эффективность ввода излучения в световод от источника 8.

Интерференционные фильтры 9 и 10 имеют одинаковые характеристики. Без нарушения общности предполагается, что световоды имеют одинаковые коэффициенты пропускания. !

46984

Ut< KoK Ю(Ь ) Сх+Ч + е

З= 0;, — - Р.(,-, К.)К, Ue К К, Q(h 1С„+Ч+ бе

V«eо(ý fî,) K4, Одновременно с делением ключи, входящие в делительные устройства, замыкаются от синхроимпульса и результаты деления поступают на входы вычитающего устройства 21. Как следует из аналитических выражений U» они не содержат параметров фотоприемников и усилителей, поэтому их изменение в процессе измерений не приводит к погрешности.

Разностный сигнал, формируется на выходе устройства 21, не содержит параметров, характеризующих фон и аддитивную погрешность шума:

K

ЬБ=Б -U =-о — — — — — - С Ê С

P(f)к

Измерительное устройство 22 определяет результат измерения по алгоНа выходе первого устройства 15 выделения постоянной составляющей сигнала проходит сигнал

11, — fKoK1(g(hi ) ь (9)K3Cx+V+ dE)K где d E — аддитивная погрешность, оп- ределяемая шумом, на выходе устройства 16 имеются

U, = (K К, qr(h ) () К., С „+ ч + е1 Ф1 ЧЯ

Устройства 17 и 18 выделения переменной составляющей настроены таким образом, что пропускают сигналы частотой .f, поэтому на выходах этих устройств сигналы определяются выражениями (о(,Ео) 4 "() з +E(fo) J х х КФ К1 1

Й2 (о(о) 4 (3 (о 1 ф где Я (Й,) — составляющая, характеризующая шум на частоте f,.

Выбор и установка значения в процессе калибровки приборы позволяют обеспечить выполнение условия о (%1f o) K4(e) Kq ) g(f о) °

Устройство 23 синхронизации задает частоту f, поэтому делительные устройства 19 и 20, синхронизирующие входы которых связаны с устройством

23, осуществляют деление постоянных составляющих на переменные составляющие лишь в момент прихода синхроимпульса.

В результате деления формируются сигналы

25 Ритму

Сх

1 где К = — — градуировочный коэфК фициент.

По сравнению с известным устрой30 ством применение второго источника, излучения (импульсного излучателя), двухсветоводных коллекторов для оптического суммирования и специальной системы обработки сигналов позволяет

З5 отказаться. от механического обтюратора-и исключить из алгоритма измерения . параметров, влияющих на погрешность измерения. Таким образом достигается повышение точности измерения в 1,5

Ввиду исключения механического обтюратора увеличивается время наработки на отказ в 2 раза, что повышает надежность самого прибора.

45 формула изобретения

Световодное устройство для эмиссионного спектрального анализа, со50 держащее протяженный по высоте источник излучения, первый и второй каналы формирования оптических сигналов от источника излучения на различных высотах, каждый из которых содержит интерференционный фильтр, оптическую систему, соединяющую источник излучения с интерференционным фильтром, фотоприемник, соединенный с уси лителем, вычитающее устройство, изСоставитель А.Гусев

Редактор И. Николайчук Техред М. Ходанич, <орректор Г. Решетник

Заказ 5115/42 Тираж 775 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие,r.Ужгород,ул Проектная,4

1 мерительное устройство и устройство синхронизации, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью повышения . точности путем уменьшения случайной составляющей погрешности и увеличения надежности, в него дополнительно введены импульсный источник излучения с блоком питания, первые и вторые устройства выделения постоянных и переменных составляющих сигнала, первое и второе делительные устройства, а оптическая система выполнена в виде двухсветоводного коллектора, один световод которого расположен между источником излучения и интерференционным фильтром, а второй— между импульсным источником и тем же фильтром, к выходам соответствующих усилителей параллельно подключе34 6984 ны входы устройств выделения переменной и постоянной составляющих сигнала, причем выходы первых устройств выделения постоянной и переменной

5 составляющих сигналов соединены с входами первого делительного устройства, аналогично выходы вторых устройств выделения переменной и постоянной составляющих сигналов соединены .с входом второго делительного устройства, а выходы делительных устройств подключены к входам вычитающего устройства, выход которого сое15 динен с входом измерительного устройства, причем блок питания импульсного источника излучения, вычитающее и два делительных устройства подключены также к устройству синхрони2О эации °