Спектрометр

 

Использование: при создании спектрометров и спектрофотометров с цифровой обработкой результатов измерений и получения на выходе значения коэффициента пропускания, отражения или других спектральных характеристик в зависимости от длины волны. Сущность изобретения: спектрометр состоит из оптического устройства. устройства синхронизации и измерительного устройства, поглотителя излучения, причем оптическое устройство содержит источник излучения, два зеркала канала стандартного образца, два зеркала канала сравнения, зеркало поворотное, привод и зеркало двухтактного коммутатора, устройство синхронизации содержит датчик циклов , датчик тактов, два счетчика, триггер, дешифратор, четыре элемента И, регистр интервала поиска экстремума, генератор импульсов и элемент задержки, измерительное устройство содержит, блок коррекции фона, генератор опорных напряжений, монохроматор, фотоприемное устройство, АЦП, блок определения экстремума, устройство отображения информации, регистр, ЦАП, компаратор напряжений, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, коммутатор. 4 ил. ел С

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 J 3/42

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4925011/25 (22) 03.04.91 (46) 07.03.93, Бюл.¹ 9 (71) Особое конструкторско-технологическое бюро "Орбита" (72) Н.В.Парфюмов и Н,Ф,Твердохлебов (56) Авторское свидетельство СССР

N 1265490, кл. G 05 J 3/02 1984.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1167445, кл. G 01 J 3/42, 1983. (54) СПЕКТРОМЕТР (57) Использование: при создании спектрометров и спектрофотометров с цифровой обработкой результатов измерений и получения на выходе значения коэффициента пропускания, отражения или других спектральных характеристик в зависимости от длины волны. Сущность изобретения: спектрометр состоит из оптического устройства.

Изобретение относится к оптическому 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 спектральных характеристик в зависимости от длины волны.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем исключения погрешностей измерения, вызванных виб. рациями.

На фиг.1 приведена структурная схема спектрометра; на фиг,2 — пример техниче- ской реализации блока определения экстремума; на фиг.3 — временная диаграмма

„„. Ж „„1800291 А1 устройства синхронизации и измерительного устройства, поглотителя излучения, причем оптическое устройство содержит источник излучения, два зеркала канала стандартного образца, два зеркала канала сравнения, зеркало поворотное, привод и зеркало двухтактного коммутатора, устройство синхронизации содержит датчик циклов, датчик тактов, два счетчика, триггер, дешифратор, четыре элемента И, регистр интервала поиска экстремума, генератор импульсов и элемент задержки, измери- . тельное устройство содержит. блок коррекции фона, генератор опорных напряжений, монохроматор, фотоприемное устройство, АЦП, блок определения экстремума, устройство отображения информации, регистр, ЦАП, компаратор напряжений, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, коммутатор. 4 ил, работы спектрометра без определения экстремума- измеряемого сигнала; на фиг,4— схема процедуры поиска экстремума измеряемого сигнала в предлагаемом спектрометре, Спектрометр содержит (см,фиг.1) оптическое устройство 1, устройство синхронизации 2 и измерительное устройство 3, Оптическое устройство 1 состоит из источника излучения 4; двухканальной оптической системы и двух пар вогнутых зеркал 5, 6 и 7,8, причем зеркала 5 и 6 образуют канал стандартного образца, а зеркала 7 и 8 —. канал сравнения, трехтактного оптического коммутатора на основе поворотного зерка1800291 ход KGTopol o coe I HeH co вторым (установочным) входом второго счетчика 16, и последовательно соединенные генератор импульсов 22, четвертый элемент И 23 и первый элемент задержки 24, причем второй вход четвертого элемента И 23 подключен к прямому выходу триггера 15, к выходу четвертого элемента И 23 подключен третий вход второго счетчика 16.

Измерительное устройство 3 включает в себя блок коррекции фона 25, генератор(источник) опорных напряжений 26, последовательно соединенные монохроматор 27, фотоприемное устройство 28, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 29, блок опре- 35 деления экстремума 30 и устройство отображения информации 31, выход которо45

55 ла 9 с приводом 10 и сопряженного с ним двухтактного коммутатора 11.

Устройство синхронизации 2 спектрометрэ содержит датчик циклов 12 и датчик тактов 13 работы оптического коммутатора, к выходам которых подключены соответственно первый и второй входы первого счетчика 14, триггер 15, первый вход которого подключен к выходу датчика тактов 13, второй счетчик 16, первый вход которого подключен к выходу датчика тактов 13, дешифратор 17, вход которого подключен к выходу первого счетчика 14, первый, второй и третий элементы И 18, 19, 20, первые. входы которых подключены соответственно к первому, второму и. третьему выходам дешифратора 17, а вторые входы объединены со вторым входом триггера 15 и подключены к выходу второго счетчика 16, регистр интервала поиска экстремума 21 сигнала, выго является выходом спектрометра, а также последовательно соединенные первый ре- гистр 32, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 33, компаратор напряжений 34, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 35 и первый коммутатор 36, выход которого соединен со вторым входом АЦП 29, причем третий вход АЦП 29 подключен к выходу четвертого элемента И 23 устройства синхронизации 2, второй вход устройства отображения информации 31 подключен к выходу третьего элемента И 20 устройства синхронизации 2, второй вход первого регистра 32 подключен к выходу второго элемента И 19 устройства синхронизации 2, второй вход элемента VICKJliO×ÀÞÙEE ИЛИ 35 подключен к третьему выходу дешифратора

17 устройства синхронизации 2, второй, третий и четвертый входы блока определения экстремума 30 подключены соответственно к первому выходу дешифратора 17, к выходу датчика тактов 13 и к выходу первого элемента задержки 24 устройства синхро5

20 низации 2, первый вход блока коррекции фона 25 подключен к выходу блока определения экстремума 30, второй вход блока коррекции фона 25 подключен к выходу первого элемента И 18 устройства синхронизации 2, выход блока коррекции фона 25 соединен со вторым входом фотоприемного устройства 28, к первому выходу источника опорных напряжений 26 подключен второй вход компаратора напряжений 34, ко второму выходу источника опорных напряжЕний

26 подключен второй вход первого коммутатора 36, третий вход которого подключен к выходу ЦАП 33, Кроме этого, спектрометр оснащен поглотителем излучения 37, имеющим одностороннюю оптическую связь с поворотным зеркалом 9 трехтактного коммутатора оптического устройства 1 спектрометра, Блок определения экстремума 30 содержит (см,фиг,2) второй элемент задержки 38, пятый элемен- И 39, элемент запрета 40 и последовательно соединенные второй регистр 41, блок сравнения 42, второй элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 43, второй (цифровой) коммутатор 44 и третий регистр

45, выход которого является выходом блока определения экстремума 30, причем первый вход второго регистра 41 является первый входом блока определения экстремума 30, первые входы пятого элемента И 39 и элемента запрета 40 объединены с вторым входом второго регистра 41 и являются третьим входом блока определения экстремума 30, к выходам пятого элемента И 39 и элемента запрета 40 подключены соответственно второй и третий входы третьего регистра 45, выход которого соединен со вторыми входами блока сравнения 42 и цифрового коммутатора 44, третий вход второго коммутатора

44 подключен к выходу первого регистра 41, четвертый вход третьего регистра 45,подключен к выходу второго элемента задержки 38, вход которого объединен с третьим входом первого регистра 41 и является четвертым входом блока определения экстремума 30, а вторые входы второго элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 43, пятого элемента

И 39 и элемента запрета 40 объединены и являются вторым входом блока определения экстремума 30.

Сущность изобретения заключается в следующем.

При работе привода оптического коммутатора неизбежно возникают вибрации, вызывающие микроколебания зеркал оптического коммутатора относительно источника излучения 4, системы вогнутых зеркал 5,6,7,8 и датчика тактов 13. Вследствие этого возникает рассогласование во време1800291

15

45

50 ни между моментом формирования сигнала начала каждого такта измерения и моментом достижения измеряемым сигналом минимального (при измерении фонового сигнала) или максимального значения, соответствующего точной взаимной ориентации источника излучения, зеркал оптического коммутатора и вогнутых зеркал 5,6.7,8 оптического устройства 1. Величина этого рассогласования определяется точностью изготовления оптико-механических элементов конструкции оптического устройства 1 и во время работы спектрометра носит случайный характер, что приводит к возникновению дополнительной случайной ошибки измерения. Это иллюстрируется временной диаграммой:етырех циклов измерения, представленной на фиг.3. Каждый цикл вкЛючает три такта работы: на первом такте измеряется и корректируется фоновый сигнал (на величину "темного напряжения"), на втором такте измеряется сигнал канала стандартного образца, а на третьем такте определяется отношение исследуемого сигнала к образцовому, что и является конеч ным результатом измерения: На фиг,3 прИведен пример, когда первый цикл измерения соответствует точной взаимной ориентации элементов оптического устройства, второй цикл измерения соответствует случаю, когда возникает рассогласование ht при измерении темновой сигнала, третий цикл измерения соответствует возникновению рассогласования bt no каналу стандартного образца, а четвертый цикл измерения соответствует случаю, когда возникает рассотласование ht по каналу исследуемого образца. Во всех циклах измерения значения измеряемых сигналов остаются неизменнымИ,-но как видно из диаграммы, конечные результаты измерения во втором, третьем и четвертом циклах измерения существенно отличаются друг от друга и от результата иэйерения в первом цикле, т.е. содержат случайную ошибку измерения.

Для исключения влияния рассогласований на конечный результат измерения в состав измерительного устройства 3 спектрометра введен блок определения экстремума 30, а в устройство синхронизации 2 введены первый счетчик 14 и второй счетчик 16, дешифратор 17, регистр интервала поиска экстремума 21, генератор импульсое 22, первый элемент задержки 24 и четыре элемента И 18, 19, 20 и 23, организующие на каждом такте работы спектрометра многократное. измерение сигнала и выбор из полученных величин экстремального значения (минимального — на первом такте, и максимального — на втором и третьем тактах), которое и принимается в качестве текущего результата измерения нэ данном такте.

Сопоставительный анализ с известным устройством показывает, что данный спектрометр отличается от него наличием новых блоков; блоком определения экстремума 30, двумя счетчиками 14, 16, дешифратором 17 регистром интервала поиска экстремума 21, генератором импульсов 22, первым элементом задержки 24, четырьмя элементами И

18, 19, 20, 23 и их связями между собой и остальными блоками спектрометра

Устройство работает следующим образом, При включении спектрометра переводятся в исходное (нулевое) состояние элементы памяти его устройства синхронизации 2 и измерительного устройства 3: триггер 15, первый регистр 32; регистры устройства коррекции фона 25 и устройства отображения информации 31 (цепи установки в исходное состояние на фиг.1 не показаны).

При обнулении первого регистра 32 на выходе ЦАП 33 появляется нулевой аналоговый сигнал, поступающий на первый вход компаратора напряжений 34, который сравнивает его с сигналом на первом выходе генератора опорных напряжений 26. Поскольку последний превышает сигнал нэ выходе ЦАП 33, поэтому на выходе компаратора напряжений 34 формируется сигнал логической единицы, поступающий на первый вход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 35.

Каждый цикл измерения запускается сигналом, поступающим на первый обнуляющий вход первого счетчика 14 от датчика циклов 12 измерения с некоторым опережением по отношению к первому из трех тактовых импульсов.

Обнуление первого счетчика 14 вызывает формирование сигналов логического нуля на всех трех выходах дешифратора 17. Сигнал логического нуля с третьего выхода дешифрэтора 17 поступает на второй вход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 35, нэ выходе которого формируется сигнал логической единицы, поступающий на первый вход коммутатора 36 и обеспечивающий тем самым подключение ко второму входу АДП 29 опорного напряжения со второго выхода генератора опорных напряжений 26.

Каждый цикл измерения состоит из трех тактов, соответствующих установке зеркала

9 трехтэктного оптического коммутатора в одно из трех положений, каждое из которых определяется датчиком тактов 13. формиру1800291

20

55 ющим импульсы синхронизации в течение текущего цикла измерения, Первый такт работы соогветствует измерению фОна (сигнала темнового напряжения). При этом зеркало 9 оптического коммутатора устанавливается в указанное на фиг.1 положение и соответствующее направлению потока излучения от источника излучения 4 в поглотитель излучения 37.

При поступлении тактового импульса (см.фиг.4) на первый (стробирующий) вход второго счетчика 16 в него в дополнительном коде записывается постоянно хранящееся в спектрометре содержимое регистра интервала поиска экстремума 21 сигнала, Одновременно первый тактовый импульс поступает на первый вход триггера 15, сигнал переключения которого в единичное состояние открывает четвертый элемент И 23 для прохождения импульсов, формируемых генератором импульсов 22, на вход первого элемента задержки 24 и третьи входы второго счетчика 16 и АЦП 29, По каждому импульсу, поступающему с выхода четвертого элемента И 23, запускается АЦП 29, а выходными сигналами первого элемента задержки 24 через время t 31, определяемое первым элементом задержки 24 и достаточное для срабатывания АЦП 29, запускается блок определения экстремума 30, на первый вход которого поступает выходной код АЦП

29. Число выходных импульсов четвертого элемента И 23, и следовательно, число запусков АЦП 29 и блока определения экстремума 30, подсчитывается вторым счетчиком 16 и определяется заданным временем поиска экстремума измеряемого сигнала. Это время выбирается по величине, заведомо превышающей возможное рассогласование (2 At) между моментом формирования тактового импульса на выходе датчика тактов 13 и достижением измеряемым сигналом своего экстремального значения, соответствующего точной ориентации оптических элементов спектрометра, Причем датчик тактов 13 устанавливается таким образом, чтобы его выходные сигналы формировались заведомо несколько раньше достижения измеряемым сигналом своего экстремального значения.

На первом такте измерения определяется сигнал фона, который соответствует максимальному поглощению сигнала от источника излучения 4 поглотителем излучения 37, т.е, на первом такте измеряется минимальный полезный сигнал. Поэтому на первом такте блок поиска экстремума 30 переводится в режим поиска минимума, В этот режим он переводится при поступле нии первого тактового импульса на счетный вход первого счетчика 14, содержимое которого увеличивается на единицу, что вызыва- ет появление сигнала логической единицы на первом выходе дешифратора 17. Этот сигнал поступает на второй вход блока определения экстремума 30 и переводит его в режим поиска минимума. первый тактовый импульс поступает также на третий вход блока определения экстремума 30 и переводит в исходное (нулевое) состояние его элементы памяти, (второй регистр 41). Сигнал со второго выхода дешифратора 17 поступает также на первый вход первого элемента

И 18 и подготавливает его для прохождения сигнала с выхода второго счетчика 16. Поиск минимума измеряемого сигнала продолжается до тех пор, пока не обнулится второй счетчик 16, выходной сигнал обнуления которого, пройдя через первый элемент И 18, стробирует запоминание в устройстве коррекции фона 25 выходного сигнала блока поиска экстремума 30, т,е. фонового сигнала. Одновременно сигнал обнуления второго счетчика 16 поступает на второй вход триггера 15, переводя его в нулевое состояние, и прекращая тем самым прохождение сигналов через четвертый элемент И 23, Аналоговый сигнал с выхода устройства коррекции фона 25 поступает на второй (корректирующий) вход фотоприемного уст- . ройства 28 и уменьшает его выходной сигнал на величину фона (темнового напряжения), чем и завершается первый такт измерения.

На втором такте происходит измерение сигнала в канале стандартного образца.

Зеркало 9 оптического коммутатора при этом направляет излучение источника 4 в канал сравнения (зеркала 7 и 8), в котором установлен стандартный образец. Излучение, прошедшее через этот образец, направляется оптическим коммутатором,11 в монохроматор 27 и затем — в фотоприемное устройство 28. При этот сигнал, формируемый фотоприемником, входящим в состав фотоприемного устройства 28, равен сумме сигналов, соответствующих пропусканйю стандартного образца и фону, а результирующий сигнал на выходе фотоприемного устройства 28 с учетом коррекции на величину фона. соответствуюет интенсивности излучения, прошедшего через стандартный образец, Второй такт измерения начинается тогда, когда датчик тактов 13 фо рмирует второй тактовый импульс, поступающий на третий вход блока определения экстремума 30 и переводящий его s исходное состояние.

Второй тактовый импульс поступает на второй (счетный) вход первого счетчика 14, уве1800291

5

20

30

50

55 личивая его содержимое до двух, что вызывает появление сигнала логической единицы на втором выходе дешифратора 17 и сигнала логического нуля на первом выходе дешифратора 17. Сигнал логического нуля с первого выхода дешифратора 17 поступает на второй вход блока определения экстремума 30, переводя его в режим поиска максимума.

Второй тактовый импульс поступает также на стробирующий вход второго счетчика 16, занося в него код интервала поиска экстремума иэ регистра интервала поиска экстремума 21, а также на первый вход триггера 15, переводя его в состояние логической единицы, что является признаком начала поиска. экстремума на данном такте измерения. Поиска экстремума (в данном такте — максимума) измеряемого сигнала происходит аналогично процессу, описанному на первом такте измерения, и в полном соответствии с временной диаграммой, приведенной на фиг,4. Однако второй такт измерения в отличие от первого завершается тем, что при обнулении второго счетчика

16 его выходной импульс проходит не через первый элемент И 18, а через второй элемент И 19, открытый сигналом логической единицы, поступающим со второго выхода дешифратора 17, К этому моменту на первом (установочном) входе первого регистра

32 устанавливается выходной код блока поиска экстремума 30, соответствующий максимальному значению измеряемого сигнала пропускания стандартного образца, также скорректированный на величйну фона, По сигналу, формируемому на выходе второго элемента И 19 и поступающему на второй (стробирующий) вход первого регистра 32, этот код запоминается в регистре 32 и преобразуется в аналоговую форму цифро-аналоговым преобразователем 33. Этим завершается второй такт измерения.

На третьем такте измерения определяется пропускная способность исследуемого образца, При этом зеркало 9 трехтактного оптического коммутатора устанавливается в положение, в котором излучение от источника 4 направляется в канал исследуемого образца (зеркало 5 и 6) и далее оптическим коммутатором 11 через монохроматор 27— в фотоприемное устройство 28. На выходе фотоприемного устройства формируется сигнал, соответствующий излучению, прошедшему через исследуемый образец, скорректированному на величину фона.

Третий тактовый импульс, сформированный датчиком тактов 13. устанавливает в исходное состояние блок определения экс тремума 30, заносит во второй счетчик 16 код интервала поиска экстремума, переключает триггер 15 и увеличивает до трех содержимое первого счетчика 14, что вызывает появление сигнала логической единицы на третьем .выходе дешифратора 17, Этот сигнал поступает на второй вход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 35 и первый вход третьего элемента И 20, подготавливая его для прохождения сигнала обнуления с выхода второго счетчика 16. На первый вход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

35 поступает с выхода компаратора 34 сигнал, который в зависимости от результата измерения пропускной способности стандартного образца, определенного на предыдущем такте измерения, может принимать два значения, Если пропускная способность стандартного образца имеет величину, выше некоторого порогового значения, задаваемого напряжением на втором выходе генератора опорных напряжений 26, то на выходе коммутатора напряжений 34 формируется сигнал логического нуля, что соответствует естественному масштабу измерения. В этом случае на выходе первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 35 сохраняется сигнал логической единицы, подключающий через коммутатор 36 опорного сигнала ко второму входу АЦП 29 напряжение со второго выхода генератора опорных напряжений 26, то есть то же напряжение, что и на втором такте измерения, Поэтому процесс измерения пропускной способности исследуемого образца на третьем такте измерения осуществляется в том же масштабе и в той же последовательности, что и измерение пропускной способности стандартного образца на втором такте измерения. По окончании поиска экстремума измеряемого сигнала, сигнал обнуления второго счетчика 16 проходит через открытый третий элемент И 20 на втором (стробирующий) вход устройства отображения информации 31, на первый (установочный) вход которого с выхода блока поиска экстремума 30 поступает код, соответствующий максимальному значению пропускной способности исследуемого образца. В результате устройством отображения информации запоминается и отображается результат измерения пропускной способности исследуемого образца е данном цикле измерения

Если пропускная способность стандартного образца имеет величину, не превышающую некоторое значение. задаваемое напряжением на втором выходе генератора опорных напряжений 26, то на выходе компаратора напряжений 34 формируется сигнал логической единицы, который

1800291

15

25 первого счетчика 14, переводящий его в ну- 30 левое состояние, подготавливая спектро35

50

55 совместно с сигналом логической единицы, поступающим с третьего выхода дешифратора 17, вызывает появление сигнала логического нуля на выходе первого элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 35. Этот сигнал осуществляет переключение через коммутатор

36 опорного сигнала второго входа АЦП 29 к выходу ЦАП 33, на котором сформировано на втором такте измерения напряжение, соответствующее пропускной способности стандартного образца (в данном случае малое). В результате изменяется масштаб преобразования аналогового сигнала в код в

АЦП 29, что соответствует повышению разрешающей способности спектрометра. В этом случае по окончании третьего такта измерения в устройстве отображения информации 31 запоминается и отображается величина пропускной способности исследуемого образца. приведенная к масштабу стандартного образца, что повышает точность отображения результата измерения в данном цикле измерения.

Второй цикл измерения начинается, когда зеркало 9 трехтактного оптического коммутатора приближается к положению, изображенному на фиг,1, чему соответствует формирование на выходе датчика циклов 12 импульса, поступающего на второй вход метр тем самым к следующему (в данном случае — второму) циклу измерения.

Блок определяется экстремума 30 (см,фиг.2) работает следующим образом. . Режим работы блока поиска экстремума

30 задается потенциальным сигналом, поступающим, как было описано выше, с первого выхода дешифратора 17 на вторые входы второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 43, пятого элемента И 39 и элемента запрета 40, причем сигналу логической единицы соответствует режим поиска минимума, Рассмотрим работу блока поиска экстремума 30 в этом режиме, В начальное состояние блок поиска экстремума 30 устанавливается тактовым импульсом, приходящим по третьему входу блока поиска экстремума 30 на второй вход второго регистра и первые входы пятого элемента И 39 и элемента запрета 40; При этом второй регистр 41 обнуляется, а тактовый импульс проходит только через пятый элемент И 39, открытый сигналом логической единицы (сигналом установки режима).

Сигнал с выхода пятого элемента И 30 поступает на второй вход третьего регистра 45 и устанавливает все его разряды в единичное состояние.

Поиск минимума измеряемого сигнала начинается по первому синхроимпульсу из поступающей на четвертый вход блока поиска экстремума 30 последовательности фиксированной длины. Этот импульс поступает на третий вхоД второго регистра 41 с некоторой задержкой относительно уста. новки на первом входе блока определения экстремума 30 (см.фиг,4) кода текущего з начения измеряемого сигнала и осуществляет занесение этой информации во второй регистр 41, Содержимое второго регистра 41 сравнивается в блоке сравнения 42 с содержимым третьего регистра 45, имеющем в начале процедуры поиска минимума максимальное значение. В этой ситуации на выходе блока сравнения 42 формируется сигнал логической единицы, соответствующий превышению содержимого третьего регистра

45 над содержимым второго регистра 41.

Совпадение двух сигналов логической единицы на входах второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 43 обусловливает формирование на его выходе сигнала логического нуля, по которому второй (цифровой) коммутатор 44 осуществляет подключение к первому (установочHoìó) входу третьего регистра 45 выходного кода первого регистра 41, По первому синхроимпульсу (см,фиг.4), через время О2 достаточное для срабатывания блока сравнения 42; второго элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 43 и цифрового коммутатора 44, на выходе второго элемента задержки 38 формируется сигнал, поступающий на четвертый (стробирующий) вход третьего регистра 45 и осуществляющий запоминание в нем минимального значения из двух сравниваемых (по первому синхроимпульсу — первого результата измерения сигнала), По второму синхроимпульсу блок определения экстремума работает аналогично описанному, сравнивая каждый предыдущий результат сравнения, хранящийся в третьем регистре 45, с текущим результатом измерения сигнала, выбирая из них наименьшее значение. Так, например, если текущий результат измерения превышает или .равен содержимому третьему регистра 45, то на выходе блока сравнения 42 формируется сигнал логического нуля, что вызывает появление сигнала логической единицы на выходе второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 43, подключающего при помощи цифрового коммутатора 44 установочные входы третьего регистра 45 на его же выход (ко второму входу коммутатора 44), что обеспечивает перезапись в третий регистр 45 его же предыдущего содержимого с приходоч стробирующего сигнала на его второй вход

1800291

5

20

30

40

50

Поиск минимума измеряемого сигнала на первом такте измерения в блоке поиска экстремума 30 завершается с прекращением поступления синхроимпульсов на его четвертый вход, В результате на выходе блока поиска экстремума 30 формируется код, соответствующий минимальной мощности излучения, т.е, уровню фонового сигнала, Аналогично блок поиска экстремума 30 работает при поиске максимума измеряемого сигнала на втором и третьем тактах измерения. Отличие состоит в том, что с прИходом на его второй вход сигнала логического нуля изменяется логика работы второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 43 и, следовательно, всего блока поиска экстремума 30 на противоположную, т.е. на логику поиска максимума. Причем изменяется и первоначальное исходное состояние третьего регистра 45 на противоположное, поскольку тактовый импульс в этом случае проходит через элемент запрета 40, а не через пятый элемент И 39. С выхода элемента запрета 40 тактовый импульс поступает на третий вход третьего регистра 45 и обнуляет его, поэтому с приходом первого синхроимпульса в блок определения экстремума

30 в третий регистр 45 также записывается первоначальный ненулевой результат измерения сигнала пропускной способности образца, Этот результат с приходом второго синхроимпульса в блок определения экстремума 30 сравнивается со вторым результатом измерения и, если превосходит его по величине, сохраняется в третьем регистре

45 до тех пор, пока в блок определения экстремума 30 не поступит больший llo величине результат измерения, либо пока не завершится процесс поиска максимума на данном такте измерения, Таким образом, введение в состав спектрометра перечисленных блоков с указанными связями обеспечивает повышение точности измерения пропускной способности исследуемого образца с сохранением всех достойнств известного устройства.

Очевидно, что при одинаковой с известным устройством требуемой точности измерения данный спектрометр позволяет существенно упростить конструкцию оптико-механических элементов оптического устройства 1 и процедуру первоначальной настройки спектрометра, Спектрометр легко реализуется на существующей элементной базе. Например, фотоприемное устройство 28 может содержать последовательно соединенные фотоэлектронный умножитель типа ФЗУ-81 и операционный усилитель типа К140УД8, на втОрой (вычитывающий) вход которого подается корректирующее напряжение с выхода блока коррекции фона 25, которыи я свою очередь может состоять из последова ельно соединенных регистра на базе микросхем

К555ТМ8, цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) на базе микросхемы К 594 ПА1 и операционного усилителя типа К 140УД8.

Аналогично блоку коррекции фона 25 строится устройство отображения информации 31.

Первый, второй и третий регистры

32,41,45 спектрометра, а также триггер 15 могут быть реализованны на базе микросхемы К 555 ТМ2, компаратор напряжений 34— на базе микросхемы типа К 521 СА1, первый коммутатор 36 опорного сигнала на базе микросхем типа KP 590KHi (КН2), ЦАП 33— на базе микросхемы К 594 ПА1 АЦП 29 — на базе микросхемы К 1113 ПВ1, блок сравнения 42 — на базе микросхемы типа К 555 СП1 а второй(цифровой) коммутатор 44 — на базе микросхем типа К 155 КП7, Формула изобретения

Спектрометр, включающий в себя оптическое устройство, содержащее оптически связанные источник излучения, трехтактный оптический коммутатор для последовательного направления потока излучения в оптическую систему канала сравнения, в onтическую систему канала образца и в поглотитель излучения, двухтактный оптический коммутатор, устройство синхронизации, содержащее датчик тактов и датчик циклов, связанные оптически с трехтактным оптическим коммутатором, и триггер, первый вход которого подключен к выходу датчика так-. тов, измерительное устройство, содержащее генератор опорных напряжений, устройство отображения информации, первый коммутатор опорного сигнала, блок коррекции фона и последовательно соединенные монохроматор, фотоприемное устройство и аналого-цифровой преобразователь (АЦП). а также последовательно соединенные первый регистр, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и компаратор, второй вход которого подключен к первому выходу генератора опорных напряжений, причем выход блока коррекции фона соединен с вторым входом фотоприемного устройства, входы первого коммутатора опорного сигнала подключены к выходу ЦАП и второму выходу генератора опорных напряжений, выход первого коммутатора опорного напряжения соединен с вторым входом АЦП, вход монохроматора оптически связан с выходом оптического устройства, а выход устройства отображения информации является выходом спектрометра, о т л и ч а ю ц, и и с я тем, что, с целью

1800291

16 повышения точности измерения, в устройство синхронизации дополнительно введены первый и второй счетчики, первый вход обнуления первого из которых подключен к выходу датчика циклов, дещифратор, вход 5 которого подключен к выходу первого счетчика, генератор импульсов, регистр интервала поиска экстремума, выход которого соединен с установочным входом второго счетчика, первый. второй. третий и четвер- 10 тый элементы И и первый элемент задержки, вход которого соединен со счетным входом второго счетчика и подключен к выходу четвертого элемента И. причем счетный вход первого счетчика и вход 15 стробирования второго счетчика подключены к выходу датчика тактов, первые входы первого, второго и третьего элементов И подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам дешифратора, а 20 вторые их входы объединены с вторым входом триггера и подключены к,выходу второго счетчика, первый вход четвертого элемента И подключен к выходу генератора импульсов, а второй вход четвертого эле- 25 мента И подключен к выходу триггера, в измерительное устройство дополнительно введены блок определения экстремума, первый вход которого подключен к выходу

АЦП, и первый элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, выход котооого соединен с третьим входом коммутатора опорного сигнала, причем выход блока определения экстремума соединен с входами блока коррекции фона, первого регистра и устройства отображения информации, выход компарэтора соединен с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого подключен к третьему выходу дешифратора, второй вход блока определения экстремума подключен к первому выходу дешифратора, выход первого элемента И соединен с вторым входом блока коррекции, выходы второго и третьего элементов И соединены с вторыми входами соответственно первого регистра и устройства отображения информации, третий и четвертый аходы блока определения экстремума подключены соответственно к выходам датчика тактов и первого элемента . задержки.

1800291

ВкоА"

Ьи. Рл. Ю

Уиа. 9

Составитель H.Ïàðôþìoâ

Техред М.Моргентал Корректор Н.Гунько

Редактор С. Кулакова

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

Заказ 1157 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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