Спектрофотометр

 

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению. Целью изобретения является повышение точности измерений. Излучение от монохроматического осветителя 1 поступает на светоделитель 2, где разделяется на измерительный канал 3 и компенсационный канал 8. В измерительном канале 3 установлен держатель 4 образцов и фотоприемник 7, в компенсационном канале 8 - регулируемая диафрагма 9 и фотоприемник 10. Выходы фотоприемников 7,10 соединены с блоком 11 измерения фототоков. В блоке 11 сигнал от фотоприемника 7 измерительного канала проходит через преобразователь 12 фототока, временной ослабитель 16 и поступает на вход дифференциального усилителя 14. Сигнал от фотоприемника 10 через преобразователь 13 поступает на другой вход усилителя 14. Усилитель 14 подключен к регистратору 15. Временной ослабитель 16 содержит генератор 20, соединенный с управляющим входом первого электронного ключа 18 и через инвертор 21 с управляющим входом второго электронного ключа 19. Ошибка измерений спектрофотометра не превышает величины ±0,01%, что на порядок точнее, чему прототипа. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

pter 4 G 0l 1 3/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИД

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ и

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 41 77235/40-25 (22) 08.01.87 (46) 23.07.89. Бюл. № 27 (72) С. Ю. Герасимов (53) 535.853 (088.8) (56) Catalog Oriel Instrumentation for

Spectroscopy and Detection, 1975, р. 5.

Уханов Ю. И. Оптические свойства полу проводников. — М.: Наука, 1977, с. 67. (54) СПЕКТРОФОТОМЕТР (57) Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению. Целью изобретения является повышение точности измерений. Излучение от монохроматического осветителя 1 поступает на светоделитель

2, где разделяется на измерительный ка нал 3 и компенсационный канал 8. В измерительном канале 3 установлен держатель

ÄÄSUÄÄ 1495645 А 1

4 образцов и фотоприемник 7, в компенсационном канале 8 — регулируемая диаф. рагма 9 и фотоприемник 10. Выходы фотоприемников 7, 10 соединены с блоком 11 измерения фототоков. В блоке ll сигнал от фотоприемника 7 измерительного канала проходит через преобразователь 12 фототока, временной ослабитель 16 и поступает на вход дифференциального усилителя 14. Сигнал от фотоприемника 10 через преобразователь

13 поступает на другой вход усилителя

14. Усилитель 14 подключен к регистратору 15. Временной ослабитель 16 содержит генератор 20, соединенный с управляющим входом первого электронного ключа 18 и через инвертор 21 с управляющим входом второго электронного ключа 19. Ошибка измерений спектрофотометра не превышает величины 1-0,01%, что на порядок точнее, чем у прототипа. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1495645

3

Изобретение относится к области оптического спектрального приборостроения.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг. 1 приведена структурная схема спектрофотометра; на фиг, 2 — принципиальная схема блока измерения фототоков.

Спектрофотометр содержит осветитель 1 с монохроматором и расположенные по ходу луча светоделитель 2 и далее в измерительном канале 3 держатель 4 образцов с образцами 5 и 6 исследуемого материала, фотоприемник 7, встроенный в фотометрический шар. В компенсационном канале 8 по ходу луча расположена регулируемая диафрагма 9 и фотоприемник 10, встроенный в фотометрический шар. Выходы фотоприемников 7 и 10 подключены к входу блока 1 измерения фототоков, состоящего из двух преобразователей 12 и 13 фототоков каналов в напряжение и последовательно соединенных усилителя 14, регистратора 15. Между преобразователем 12 фототока измерительного канала и усилителем

14 введен временной ослабитель 16. На оптические каналы и светоделитель установлен светоза щитны и кожух 17. В ременной ослабитель состоит из двух электронных ключей

18 и 9. Ключ 18 соединен последовательно выходу преобразователя 12 фототока и входу усилителя 14, а затвор его соединен с выходом генератора 20 импульсов. Ключ 19 включен параллельно выходу временного ослабителя, а его затвор соединен с выходом генератора импульсов через инвертор 21.

Спектрофотометр работает следующим образом.

Подается питание в осветитель 1, блок

11 измерения .фототоков, временной ослабитель 16. Световой пучок формируется осветителем 1 и попадает в светоделитель

2, который делит его на две примерно равных по интенсивности части. Прямо прошедший световой пучок попадает в измерительный канал 3, а отраженный от полупрозрачной грани светоделителя 2 пучок попадает в компенсационный канал 8. В измерительном канале 3 световой пучок проходит образец исследуемого материала (5 или 6) и попадает в окно фотометрического шара с фотоприемником 7. В компенсационном канале 8 световой пучок, выходящий из светоделителя элемента, проходит через регулируемую диафрагму 9 и попадает в окно фотометрического шара с фотоприемником 10. Световые сигналы преобразуются в фототоки приемников 7 и 10 и поступают на вход блока 11 измерения фототоков. Входные фототоки каналов 3 и 8 поступают на вход преобразователей

12 и 13 тока в напряжение. С выхода преобразователя 12 напряжение, соответствующее фототоку измерительного канала 3, поступает на вход временного ослабителя 16 и далее вход дифференциального усилителя 14. С выхода преобразователя

13 напряжение, соответствующее фототоку компенсационного канала 8, поступает на другой вход усилителя 14. Усиленный разностный сигнал с выхода усилителя 14 поступает на вход регистратора 15.

Работа временного ослабителя 16 производится следующим образом.

В данной схеме применение пары ключей, один из которых соединен последовательно между источником и приемником сигнала, а другой включен между входом и землей, позволяет значительно уменьшить емкостную проводимость ключей на полевом тра нзисторе. П ри проти вофазной работе этих двух ключей, т. е. всегда открыт только один, в обоих состояниях схемы получается хорошее сочетание параметров, а именно дает очень малую утечку в выключенном состоянии и хорошую линейность без существенного ослабления во включенном состоянии. Различное ослабление сигнала производится регулировкой скважности импульсов, поступающих с выхода генератора 20 импульсов на затворы ключей 18 и 19. Значение сопротивления нагрузки R выбирается компромиссным. При большом

Rí увеличивается емкостное прохождение сигнала в состоянии «Выкл.», малое сопротивление с другой стороны вызывает ослабление сигнала из-за делителя напряжения, образованного сопротивлением проводящего полевого транзистора и сопротивлением нагрузки. Слишком низкое сопротивление нагрузки проявляется и на входе ключа, нагружая входной сигнал. В предлагаемом варианте происходит компенсация емкостной утечки ключей на полевом трап::исторе, поэтому R выбрано достаточно onëbш им.

Производят оценку точности работы предлагаемого временного ослабителя.

Полевой транзистор обогащенного типа не проводит ток при заземленном затворе или при отрицательном напряжении затвора. Пусть в генераторе 20 импульсов формируются импульсы положительной полярности длительности t и периодом повторения Т, когда в промежутках между импульсами сопротивление сток-исток ключа 18, как правило, не менее 500 МОм (Я.ы., ), сигнал не проходит через ключ. Подача на затворе ключа 18 напряжения 10 В приводит канал сток-исток в проводящее состояние с типичным сопротивлением порядка 100 Ом (R-. ). Схема не критична к значению уровня сигнала на затворе, поскольку он существенно больше положителен, чем это необходимо для поддержания малого Rein

Пусть сопротивление нагрузки RH=

=100 кОм, тогда емкостным прохождением

1495645 сигнала, которое для одиночного ключа составило около 1Я, можно пренебречь, а ослабление сигнала, определяемое соотношением R. и R, -., составляет порядка 0,02Я.

Поскольку даже для промышленных оптических стекол коэффициент пропускания без учета поверхности в образцах длиной

250 мм в области спектра 0,5 — 1,1 мкм, как правило, не менее 0,8+0,85, то можно считать, что скважность управляющих импульсов (Т/1) должна быть не более 1,25, Тогда погрешность коэффициента пропускания временного ослабителя 16 из-за погрешности работы ключей составляет не более

0,005Я. Погрешность установки длительности импульсов составляет +<- (1 ° 10 +

+ 10 нс), а погрешность установки периода повторения импульсов не превышает 1 10 6 Т. Тогда для частоты повторения импульсов 50 Гц получают погрешность установки скважности импульсов -4 10

Таким образом, суммарная погрешность временного ослабителя 16 не превышает 0,005|;.

Процесс измерений производится следующим образом.

В измерительный канал 3 вводится длинный образец 5 и устанавливается на держатель 4 образцов. Временной ослабитель

16 устанавливается в положение с высоким коэффициентом пропускания, например, xi=0,9 путем установки периода повторения импульсов Т и длительности импульсов положительной полярности ti, открывающих ключ 18 при заданном периоде повторения. С помощью регулируемой диафрагмы 9 выравниваются сигналы в измерительном 3 и компенсационном 8 каналах по показанию регистратора 15 блока 11 измерения фототоков. Длинный образец 5 выводится из измерительного канала 3 и вместо него вводится короткий образец 6. При изменении длительности импульсов, посылаемых генератором 20 импульсов, изменяется коэффициент пропускания временного ослабителя 16 до тех пор, пока не исчезнет рассогласование сигналов в каналах

3 и 8, измеряемое регистратором 15.

Снимается отсчет т2= — - по шкалам генеЬ, T ратора 20 импульсов. Коэффициент пропускания слоя исследуемого материала толщиной Л1=1.— l, где L, 1 — длины образцов 5 и 6, рассчитывается по формуле т2 ч. =—

Т!

Показатель ослабления измеряемого материала рассчитывается по формуле

p.=tg(<)/di.

Испытания, проведенные на макете с использованием методики определения наиболее вероятной ошибки определения коэффициента пропускания образца, основанной на измерении набора образцов, показывают, что она не превышает величины t-0,01Я.

Это соответствует погрешности определения спектрального показателя ослабления образцов с разницей длин 25 см -1-2-10 6 сМ что на порядок точнее, чем в известном

f 5 спектрофотометре.

Фо рмула изобре тения

1. Спектрофотометр, содержащий оптичес 0 ки связанные монохроматический осветитель, светоделитель, измерительный канал, снабженный держателем образца и фотоприемником, и компенсационный канал, снабженный регулируемой диафрагмой и фотопри25 емником, а также блок измерения фототоков с первым и вторым входами и регистратором, первый и второй входы блока измерения фототоков соединены с фотоприемниками измерительного и компенсационного каналов соответственно, отличающийся

30 тем, что, с целью повышения точности измерений, блок измерения фототоков содержит первый и второй преобразователи фототока, дифференциальный усилитель и временной ослабитель, при этом первый вход блока измерения фототоков через первый

35 преобразователь фототока и временной ослабитель соединен с первым входом дифференциального усилителя, а второй вход блока измерения фототоков через второй преобразователь фототока соединен с вторым входом дифференциального усилителя, выход которого соединен с регистратором.

2. Спектрофотометр по п. 1, отличающийся тем, что временной ослабитель содержит генератор импульсов, инвертор, первый и второй электронные ключи, при этом 5 генератор импульсов соединен с управляющим входом первого электронного ключа и через инвертор — с управляющим входом второго электронного ключа, выход первого электронного ключа соединен с выходом временного ослабителя и входом второго

5Q электронного ключа, выход которого соединен с общей шиной временного ослабителя.

1495645 111

Составитель С. Иванов

Редактор Н. Ьобкова Техрсд И. Верес Корректор М. Васильева

За каз 4251 39 Тираж 466 Поди ис н ое

ВНИИ11И Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж--35, Раушская наб., д. 4/5! lроизводственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина. 101