Атомно-абсорбционный спектрофотометр

 

Изобретение относится к химическим исследованиям, а именно к атомно-абсорбционной спектроскопии Цель изобретения - повышение быстродействия с сохранением точности установкой длины волны Это достигается введением в устройство блока управления скоростью, блока анализа граничных частот, датчика импульсов ключей управления, блока переходов, блока анализа ситуаций и задатчика длины волны. В зависимости от требуемого значения длины волны блок анализа ситуации определяет алгоритм подстройки длины волны, оптимальный по быстродействию и не снижающий точности, установки длины волны. Блок переходов через ключи управления включает блок управления скоростью, который осуществляет перемещение привода дифракционной решетки в соответствии с алгоритмом подстройки Функционирование привода дифракционной решетки в рабочем диапазоне обеспечивает блок анализа граничных частот Обратная связь по перемещению дифракционной решетки замкнута через датчик импульсов. 2 ил (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 601 J 3/42, 1/42

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4843581/25 (22) 29.06.90 (46) 07. 07. 92. Бюл. N 25 (71) Донецкий политехнический институт и

Северодонецкое опытно-конструкторское бюро автоматики Научно-производственного обьединениЯ "Химавтоматика" (72) А.П.Васьковцов, А.В.Зимин, А,А.3oðè, А.И.Поляков, В.Ф.Реэинкин.

E.0..Ñàâêîâà и Ю.С;Нагулин (53) 535.243.25(088.8) (56).1. Авторское свидетельство СССР

N 667824, кл. G 01 J 3/42, 1979.

2. Патент Великобритании М 2113830. кл. G 01 J1/42,,1982.

3. Патент США N 4519706, кл. 356-319, 1985. (54) АТОМНО;АБСОРБЦИОННЫЙ СПЕКТРОФОТОМЕТР . (57) Изобретение относится к химическим исследованиям, а именно к атомно-абсорбционной спектроскопии. Цель изобретения

Изобретение относится к химическому анализу, а именно к устройствам, определяющим содержание химических элементов методом атомно-абсорбционной спектроскопии.

Известен автоматический спектрофотометр, содержащий источник монохроматического излучения, фотодатчик, измерительный усилитель, блок с регулируемым коэффициентом передачи и измерительный прибор t1j.

Известен спектрофотометр, содержащий лампу с полым катодом, дейтериевую лампу с соответствующим блок;м питания, ус„„5U,, 1746228 А1

2 — повышение быстродействия с сохранением точности установки длины волны. Это достигается введением в устройство блока управления скоростью, блока анализа граничных частот, датчика импульсов, ключей управления. блока переходов, блока анализа ситуаций и задатчика длины волны. В зависимости от требуемого значения длины волны блок анализа ситуации определяет алгоритм подстройки длины волны, оптимальный по быстродействию и не снижающий точности, установки длины волны. Блок переходов через ключи управления включает блок управления скоростью, который осуществляет перемещение привода дифракционной решетки в соответствии с алгоритмом подстройки: Функционирование привода дифракционной решетки в рабочем диапазоне обеспе ивает блок анализа граничных частот. Обратная связь по перемещению дифракционной решетки замкнута через датчик импульсов. 2 ил, 4 0 тройство получения атомного облака ) ) (пламенное или электроте рмическое), систему зеркал и модулятор. обеспечивающий р прохождение светового луча по сравнительному и измерительному путям, монохрома| тор с приводами схемами управления, ! фотоэлектронный умножитель, усилитель и декодер, обеспечивающий выделение сигнала, пропорционального содержанию элемента в пробе, управление приводами обеспечивает микропроцессор (2).

Наиболее близким к изобретению по технической сути является спектрофотометр, содержащий источники сравнитель1746228 ного и измерительного излучения с блоком питания, модулятор, измерительную кювету, атомизатор, пробоотборник с блоком управления, привод щели с блоком управления, шаговый двигатель монохроматора с усилителем мощности фаз. через микрометр и синусную линейку вращающий дифракционную решетку, фотоэлектронный умножитель с источником высокого напряжения, выход которого подключен к регистратору через последовательно включенные предварительный усилитель, логарифмический усилитель и декодер (3).

Недостатком известного устройства является невысокое быстродействие.

Цель изобретения — повышение быстродействия при сохранении точности ус1ановки длины волны, Поставленная цель достигается тем. что в спектрофотометр, содержащий источник измерительного и сравнительного излучения с блоком электропитания. пробоотборник .с блоком управления, атомиэатор. продуцирующий атомное облако в кювете, привод щели с устройством управления, дифракционную решетку, закрепленную на синусной линейке, сопряженной с микрометром, соединенным с шаговым двигателем, вход которого соединен с выходом усилителя мощности фаз. фотоэлектронный умножитель с источником высокого напряжения, последовательно соединенные предварительный усилитель, логарифмический усилитель. декодер и регистратор, а также модулятор, оптически соединенный входами с источниками измерительного и сравнительного излучения и выходом с,кюветой, пробоотборник подсоединен входом к устройству управления и выходом к кювете, соединенной с атомизатором, кювета оптически соединена через привод щели с дифракционной решеткой, оптическая ось которой совпадает с осью фотоэлектрического умножителя. подключенного входом питания к выходу источника высокого напряжения и выходом к входу предваритель ного усилителя, введены эадатчик длины волны, блок управления скоростью, блок анализа граничных скоростей, ключи управления, блок переходов, блок анализа ситуации и датчик импульсов, На фиг. 1 представлена функциональная схема атомно-абсорбционного спектрофотометра; на фиг. 2 — функциональная схема.

Атомно-абсорбционный спектрофотометр содержит источник 1 измерительного излучения, источник 2 сравнительного излучения, блок 3 питания. модулятор 4, кювету

5 с атомным облаком, пробоотборник 6 с блоком 7 управления, атомизатор 8, привод щели 9 с устройством 10 управления, дифракционную решетку 11, фотоэлектронный умножитель(ФЭУ) 12 с источником 13 высокого напряжвния. последовательно соединенные предварительный усилитель 14, логарифмический усилитель 15, декодер 16 и регистратор 17, синусную линейку 18, микрометр 19. шаговый двигатель 20, усилитель

21 мощности фаз, датчик 22 импульсов, блок

23 управления скоростью, блок 24 анализа граничных частот, ключ 25 управления, блок

26 переходов, блок 27 анализа ситуаций и задатчик 28 длины волны, Выходы источников измерительного 1 и сравнительного 2 излучения оптически соединены с входом модулятора 4, выход кото10

15 рого оптически соединен с кюветой 5 с атомным облаком. Блок 7 управления через выход которой соединен с входом привода щели 9, Управляющий вход привода щели соединен с выходом устройства 10 управления. а выход — с входом дифракционной решетки 11. выход которой соединен с измерительным входом ФЭУ 12, вход питания которого соединен с выходом источника 13 высокого напряжения. Выход ФЭУ 12 соединен с регистратором 17 через последова25

30 тельно включенные предварительный усилитель 14; логарифмический усилитель

15 и декодер 16. Дифракционная решетка 11 закреплена на синусной линейке 18, сопряженной с микрометром 19. соединенным с шаговым двигателем 20. Вход последнего соединен с Bûõîäîì усилителя 21 мощности фаз, синусная линейка 18 соединена с входом датчика 22 импульсов, выход которого соединен с первым входом б loKa 26 переходов. Вход блока 27 анализа ситуаций соединен с выходом эадатчика 28 длины волны, а выход — с информационным входом ключей

25 через блок 26 переходов. Выход ключей

25 соединен с входом блока 23 управления скоростью, выход которого соединен с входом усилителя 21 мощности фаз. Первый выход блока 23 управления скоростью соединен с входом блока 24 анализа граничных скоростей, выход которого соединен с управляющим входом ключа 25, Второй выход блока 23,управления скоростью соединен с входом усилителя 21 мощности фаз.

Атомно-абсорбционный спектрофотометр работает следующим образом.

Потоки от измерительного 1 и сравнительного 2 источников поступают на модулятор 4, который подает на выход поток то от одного источника, то от другого, то перекрывает поток совсем, Пробоотборник 6 по40

20 пробоотборник 6 соединен с кюветой 5, Выход атомизатора 8 соединен с кюветой 5, 1746228 дает пробу в кювет 5. Управление «робоотборником 6 обеспечивает блок 7 управления. Режим измерительного 1 и сравнительного 2 источников (по интенсивности) изменяется под действием напряжения от блока 3 электропитания.

Атомизатор 8 путем нагрева переводи образец, находящийся в кювете 5. в состояние атомного облака. Атомы вещества поглощают световые кванты измерительного и сравнительного потрков, уменьшая интенсивность проходящего света на определенных спектральных линиях. причем поглощение пропорционально концентрации атомов в атомном облаке. Привод щели 9 с устройством 10 управления и дифракционная решетка 11 образуют высокодобротный оптический фильтр с перестраиваемыми полосой пропускания и центральной частотой, который выделяет из

cs этового потока узкий спектральный участок, поступающий на приемное окно ФЭУ

12, причем спектральный участок выбирается содер>кащим интенсивную линию поглощения исследуемого вида атомов.

Пропорционально концентрации анализируемых атомов в атомном облаке изменяется интенсивность светового потока на входном окне ФЭУ 12. выходной ток которого изменяется, причем масштабирование выполняется изменением выходного напряжения источника 13 высокого напряжения питания ФЭУ 12.

Выходной ток ФЭУ 12 усиливается в предварительном усилите н> 14, логарифмируется в логарифмическом усилителе 15. из которого с помощью декодера 16 выделяется информация о полезном сигнале, регистрируемая в регистраторе 17.

После установления задатчиком 28 требуемого значения длины волны иницируется блок 27 анализа ситуаций, который определяет потребный алгоритм перестройки длины волны и условия переключения режимов. передаваемые s блок 26 переходов. Через ключ 25, состояние кото рого определяется сигналом с выхода блока

24 анализа граничных частот. инициируется блок 23 управления скоростью. Через согласующий по мощности (току) усилитель 21 мощности фаз осуществляется вращение шагового двигателя 20, который через микрометр 19 и синусную линей,(у 18 вращает дифракционную решетку 11, при этом на выходе датчика 22 импульсов вырабатываются импульсы. поступающие на вход блока

26 переходов.

Спектрофотометр построен таким образом, «ro в зависимости от ситуации, связанной с требуемой длиной волны. по сигналу

30

40

45 Изменение кода предустанова осущест50

5>

15 с выхода задатчика 28 начинается перестройка с миниМальной скорости, осуществляется разгон до максимально возможной скорости. торможение и подход к требуемой длине волны на минимуме скорости.

Электронная часть атомно-абсорбционного спектрофотоме ра работает следующим образом.

Блок 23 управления скоростью содержит циклически замкнутый сдвиговый регистр 29 на четыре разряда (по числу фаэ шагового двигателя 20}, в который в два соседних разряда загружены единицы, которые впоследствие сдвигаются. Выходы сдвигового регистра 29 соединены с соответствующими входами. усилителя 21 мощности фаз, что при сдвиге единиц обеспечивает последовательную коммутацию фазовых обмоток шагового двигателя

20. Счетчик 30 и реверсивный счетчик 31 обеспечивают реализацию переменной «астоты коммутации фаз по входу 32 блока 23 управления скоростью.

При начальном включении по установочному импульсу с выхода задатчика 28 к входу 32 блока 23 в реверсивный счетчик 31 записывается код минимальной скорости привода. Выход реверсивного счетчика 31 соединен с входом адресной записи счетчика 30. Выход счетчика 30 соединен с его входом управления адресной записью, с входом сдвига регистра 29 и с управляющим. входом ключей 25. Тогда питаемый по входу счета импульсами времени счетчик 30 ка>кдым выходным импульсом осуществляет сдвиг регистра 29. обеспечивая последовательную коммутацию фаз шагового двигателя 20, и одновременно записывает код предустанова с выхода реверсивного счетчика 31, который определяет коэффициент пересчета этого счетчика. С изменением кода предустанова меняется частота сдвиговых импульсов и, следовательно, скорость движения шагового двигателя 20. вляется путем прохо>кдения на входы суммирования и вычитания реверсивного счетчик" 31 через ключи 25 импульсов с выхода счетчика 30.

Блок 24 анализа граничных частот содержит два элемента 33 и 34 сравнения и два инвертора 35 и 36. Одни входы элементов 33 и 34 сравнения соединены с выходом реверсивного счетчика 31, а другие входы— с выходами задэтчиков 37 и 38 соответственно минимальной и максимальной скоростей, Блок 24 анализа граничных частот определяет факт достижения граничной частоты (максимальной или минимальной), .1 746228 обеспечивающей предельные скорости перемещения шагового электродвигателя 20, Блок 27 анализа ситуации содержит задатчики 39-41 соответственно устанавливаемой длины волны, длины волны подхода Я и длины волны разгона(торможения) привода, два элемента 42 и 43 сравнения, функциональный преобразователь 44 длина волны — число счетных импульсов, два вычитателя .

45 и 46, делитель 47 на два, причем выход задатчика.39 длины волны соединен с входом функционального преобразователя 44, выход которого соединен с входом элемента

42 сравнения и одним входом вычитателя

45, вторые входы которых соединены с выходами задатчика 40 Яп. Выход вычитателя

:45 соединен с входом делителя 47 на два и с одним входом вычитателя 46. Выход делителя 47 на два соединен с входом второго элемента 43 сравнения, а выход задатчика

41 соединен с вторыми входами вычитателя

46 и элемента 43 сравнения, Выходы элементов 43 и 42 сравнения, вычитателя 46 и делителя 47 на два соединены с входами блока 26 переходов.

Спектральный участок, в течение которого к устанавливаемому положению надо подходить на минимальной скорости, назовем длиной волны подходаЛл, спектральный участок, в течение которого осуществляется разгон (торможение) от одной граничной скорости до другой, -- длиной разгона 3>, Блок 27 анализа ситуаций выделяет три возможные ситуации управления и готовит данные для их реализации: подход к требуемой длине волны на малой скорости (длина волны: меньше длины подхода), подход к длине с неполным разгоном, полный цикл разгона — торможение.

Первая ситуация характеризуется инициализацией выхода элемента 42 сравнения, второй режим — активен выход " <" элемента 43 сравнения, третий режим — активен выход " > "элемента 43 сравнения, Одновременно на выходах блоков 47 и

46 появляются длины, представляющие собой момент перехода к режиму торможения (единица изменения — импульсы от датчика положения). Результаты запоминаются в блоке 26 переходов.

Блок 26 переходов содержит два вычитающих счетчика 48 и 49, элемент ИЛИ 50 и триггер 51 переключения, причем синхровход счетчика 48 соединен с выходом "<" элемента 43 сравнения, синхровход счетчика 49 соединен с выходом " " элемента 43 сравнения. Вход значения предустанова счетчика 48 соединен с выходом элемента

46 вычитания, а вход значения предустано55. минимальной скорости

Использование изобретения обеспечивает повышение быстродействия эа счет определения и автоматической реализации оптимального по критерию "быстродейст10

50 ва счетчика 49 — с выходом делителя 47.

Входы счета счетчиков 48 и 49 соединены с выходом датчика 27 импульсов, а выходы — с входами элемента ИЛ И 50, Третий вход элемента

ИЛИ 50 соединен с выходом элемента 42 сравнения, а выход — с входом сброса триггера 51 переключения, выходы которого соединены с входами ключей 25, Триггер 51 переключения устанавливается импульсом установки начально о состояния, После подготовки данных блоком

27 результат записывается в один из счетчиков 48 или 49.

Если требуемая длина волны меньше, выход элемента 42 сравнения через элемент

ИЛИ 50 сбрасывае триггер 51 переключения, который своими выходами блокирует ключи 25 управления. препятствуя выполнению цикла разгона. Схема управления скоростью на минимальной скорости обеспечивает подход к требуемой длине волны. Если длина волны превышает 4. то в один из счетчиков 48 или.49 записывается число импульсов, которое осталось до перехода в режим торможения, это значение вычисляется в блоке 27. Взведенный триггер

51 переключения открывает ключи 25 и на вход суммирования реверсивного счетчика

31 начинают поступать импульсы с выхода .счетчика 30, тем самым р,стет частота коммутации фаз шагового двигателя 20, а следовательно, скорость перемещения дифракционной решетки 11.

При достижении максимальной скорости перемещения привода блок 24 анализграничных частот регистрирует эта и сигналом с выхода инвертора 36 блокируются ключи 25, при этом скорость становится равной максимальной.

Если полный цикл разгона не прошел, то возможен сброс разгона по сигналу с выхода счетчика 49, свидетельствующему о переходе к торможению при неполном цикле разгона. Сброс по цепи счетчика 49, функционирующий идентично, завершает цикл в случае полного разгона — торможения, Сброшенный триггер 51 переключения сигналов открывает ключи 25, переводящие блок 23 уп,эавления скоростью в режим торможения, Блок 24 анализа граничных частот при достижении минимальной скорости регистрирует это и блокирует ключи 25. Осуществляется подход к требуемой длине волны на

1746228

10 вие — точность" алгоритма установки длины волны монохроматора, Формула изобретения

Атомно-сорбцион ный спектрофотометр, содержащий источники измерительного и сравнительного излучения с блоком электропитания, пробоотборник с блоком управления, атомизатор, продуцирущий атомное облако в кювете, щель с приводом, соединенным с устройством управления, дифракционную решетку, закрепленную на синусной линейке. сопряженной с микрометром, соединенным с шаговым двигателем, вход которого соединен с выходом усилителя мощности фаз, фотоэлектронный умножитель с источником высокого напряжения, последовательно соединенные предварительный усилитель, логарифмический усилитель, декодер и регистратор, а также модулятор, оптически соединенный входами с источниками измерительного и сравнительного излучения и выходом с кюветой, при этом пробоотборник подсоединен .входом к устройству управления и выходом к кювете, соединенной с атомизатором, кювета оптически связана через щель с дифракционной решеткой, оптическая ось которой совпадает с осью фотоэлектронного умножителя, подключенного входом питания к выходу источника высоко5 го напряжения и выходом к входу предварительного усилителя. отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия при сохранении точности установки длины волны, в него введены задатчик дли10 ны волны, блок управления скоростью, блок анализа граничных скоростей, ключи управления, блок переходов, блок анализа ситуации и датчик импульсов. подсоединенный входом к подвижной части дифракционной

15 решетки и выходом к первому входу блока переходов, блок анализа ситуации подключен входом к выходу задатчика длины волны и выходом к второму входу блока переходов, . выход которого соединен с информацион20 ным входом ключей управления, подсоединенных управляющим входом к выходу блока анализа граничных скоростей и выходом к входу блока управления скоростью, подключенного первым выходом к входу блока ана25 лиза граничных скоростей и вторым выходом к входу усилителя мощности фаз.

1746228 ажФ ашэом лак ошашлктбу

Составитель B,Êoñòþõèí

Редактор И.Шмакова Техред М.Моргентал Корректор Э.Лончакова

Заказ 2388 Тираж Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101