Двухканальный фотометр

 

И. M..Áoðèñîâ и Н. П. Борисова

1 -

Коммунарский горно-металлургический институ (72) Авторы изобретения (7I ) Заявитель (54) ДВУХКАНАЛЪНЫЙ ФОТОМЕТР

Изобретение относится к фотометри6, а именно к области фотоэлектрических устройств определения свойств веществ, и может быть использовано для построения устройств спектрального анализа ве ацеств.

Известен двухканальный фотометр, содержащий источники излучения, два фотоэлектрических канала, делительное устройство и индикатор )1) .

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому изобретению является двухканальный фотометр, содержа-. щий два источника излучения, соединенные с блоком управления, оптическую систему, два фотоэлектрических канала, каждый иэ которых состоит иэ последовательно соединенных фотоприемника; усилителя и блока преобразования, выходы которых соединены с соответствующими входами делительного устройства, к выходу которого подключен индикатор, причем блок преобразования выполнен в ви» де реэистивного делителя, исод которого соединен с выходом усилителя, а выходс первым входом нуль-отгана, выход которого соединен с первым входом ключа устройства управления одним иэ резисторов резистивного делителя, выполненного в виде последовательно включенных ключа и пересчетного устройства, причем ко второму входу ключа подключен общий для всех устройств управления резистором генератор, а к третьему входу- ключа подключен соответстцуюший выход блока управления (21 .

Недостатком данного устройства является ограниченная точность, обусловленная флуктуациями коэффипиентов переИ дачи каналов.

Цель изобретения - повышение точности.

Указанная цель достигается тем, что в двухканальный фотометр, содержащий два источника излучения, соединенные с

-блоком управления, оптическую систему, два фотоэлектрических канала, каждый из которых состоит из последовательно ссе3 9203 9 диненных фотоприемника, усилителя и блока преобразования, выходы которых соединены с соответствующими входами делительного устройства, к выходу которого подключен индикатор, причем блок преобразования выполнен в виде реэистивного делителя, вход которого соединен с выходом усилителя, а выход — с первым входом нуль-органа, выход которого соединен с первым входом ключа устройства управления одним иэ резисторов резистивного делителя, выполненного в виде последовательно включенных ключа и пересчетного устройства, причем ко второму входу ключа подключен общий для всех устройств управления резистором генератор, а к третьему входу ключа подключен соответствующий выход блока управления, в каждый блок преобразования введены по одно у дополнительному у т- 20 ройству управления резистором и по одному преобразователю импульсов в напряжение, первый выход которого соединен с выходом нуль-органа, второй вход — с генератором и третий вход — с соответ-.

25 ствующим выходом блока управления, все входы дополнительного устройства управления резистором включены аналогично

BxogGM основного устройства управления резистоом, а его выход соединен с управляющим входом второго резистора в резистивном делителе.

На чертеже изображена схема фотоэлектрического анализатора.

Устройство содержит два источника

1 и 2 излучения, соединенные с блоком

3 управления, оптическую систему 4, два фтотоэлектрических канала 5 и 6, каждый из которых состоит из последо« вательно соединенных фотоприемника 7 и 8, усилителя 9 и 10 и блока 11 и 12 преобраЬования, выходы которых соединены с соответствующими входами делительного устройства 13, к выходу которого подключен индикатор 14, причем блок

l1 (12) преобразования выполнен в виде резистивйого делителя 15 (16), вход которого соединен с выходом усилителя

9 (10), а выход - с первым входом нуль-органа 17 (18), выход которого соединен с первым входом ключа 19 (20)50 устройства 21 (22) управления резистором одного иэ ерзисторов 23 (24) резистивного делителя 15 (16), выполненного в виде последовательно включенных клкна 19 (20) и пересчетного устрой«. 55 ства 25 (26), причем ко второму входу ключа 19 (20) подключен общий для всех устройств управления резистором

4 генератор 27, а к третьему входу ключа подключен соответствующий выход блока

3 управления. Каждый блок преобразования содержит по одному дополнительному устройству 28 (29) управления резистором и по одному преобразователю 30 (31) импульсов в напряжение, выход которого соединен с вторым входом нуль-органа

17 (18), первый вход соединен с выходом нуль-органа 1 7 (18), второй вход— с генератором 27 и третий вход - с соответствуюшим выходом блока Я правления все входы дополнительного устройства управления резистором .включены аналогично входам основного устройства 28 (291. чправления резистором, à его выход соединен с управляющим входом второго резистора 32 (ЗЗ) в резистивном делителе 15 (16) °

Преобразователь 30 (31) импульсов в напряжение может быть выполнен, например, в виде последовательно включенных ключа 34 (35), пересчетного устройства 36 (37) и дешифратора 38 (39).

Дополнительные устройства 28 и 29 управления резистором включают в себя последовательно включенные ключ 40 (41) и пересчетное устройство 42 (43);

Устройство работает следующим образом.

Ключи 34, 40 и 19;обеспечивают прохождение сигналов с генератора 27 в пересчетные устройства, соответственно 36, 42 и 25, только при одновременном наличии двух разрешающих сигналов, один из которых может поступать с выхода нуль-органа 17, а второй — с блока 3 управления, Ключи 20, 41 и 35 обеспечивают прохождение сигналов с генератора 27 в пересчетные устройства, соответственно,26, 43 и 37, только при одновременном наличии двух разрешающих сигналов, один из которых может поступать с выхода нуль-орагана 18, второй - с блока 3 управления. Разрешающие сигналы с блока 3 управления поступают на ключи 34 и 35 в момент отсутствия свеотвых потоков на фотоприемниках 7 и 8, на ключи 40 и 41 в момент освещения фотоприемников 7 и 8 излучением источника 2 излучения и на импульсные ключи 19 и 20 в момент освещения фотоприемников 7 и 8 излучением источника 2 излучения.

Из излучения анализируемого образна оптической системой 4 выделяется аналитическая линия, световой поток которой воспринимается фотоприемником 7, и линия сравнения, световой поток которой ко входу, соединенному с делителем напряжения. Поэтому в каждый момент измерений к первому входу нуль-органа 17, кроме сигналов, поступающих с делителя напряжения на резисторах 32 и 23, еще приложено и напряжение 0с„„, а к первому входу нуль-органа 18, кроме сигналов, поступающих с делителя напряжения на резисгорах 24 и 33, еще приложено и напряжение Vq<, при этом напряжения смешения суммируются с сигналами, поступающими на соответствующие нуль-органы.

В моменты времени, когда фотоприемники на освещены, блоком 3 управления сопротивления Р „ резистора 32 и Р резистора 33 устанавливаются равнымй нулю, сопротивление Rg резистора 23 и резистора 24 устанавливаются равными максимальному значению, поэтому в этот момент на первый вход нуль-органа 17 поступает электрический сигнал, равный сумме постоянной составлякащей

0„„, величина которой определяется темновым током фотоприемника 7 и смещевием нуля. усилителя 9, и и <«смещения нуля нуль-органа 17, а на первый вход нуль-органа 18 поступает электрический сигнал, равный сумме постоянной составляющей U, величина которой определяется темновым током фотоприемника 8 и смещением нуля усилителя 10, и ц.„yq -смешения нуля нуль-органа 18.

На вторые входы нуль-органов 17 и 18 в этот момент поступают соответственно ,сигналы 0 и 0, равные нулю, поэтому с выхода нуль-органа 17 поступает разрешающий сигнал на ключи 34, 40 и 19, а с выхода нуль-органа 18 поступает раэрешающий сигнал на ключи 20, 41 и 35.

Однако импульсы с генератора .27 прохо- дят только через ключ 34 в пересчетное устройство 36 и через ктпоч 35 в пересчетное устройство 37, так как в этот момент времени на вторые управляющие входы этих ключей поступают разрешающие сигналы с блока 3 управления, на вторые входы остальных ключей поступают запрещающие сигналы, поэтому имцульсы с генератора 27 через них не проходят. При увеличении числа импульсов, прошедших в пересчетные устройства 36 и 37, соответственно у величиваются напряжения B& выходе преобразователя импуггьсов в напряжение 30, которое по ступает на второй вход нуль-органа 17, и на выходе преобрмюватеця 31, которое пос.гупает, на второй вход нуль-органа 18.

Увеличение напряжений на выходах пре5 . -.9203 иаправл< и иа фотоприемник 8. На те же фстопри глинки поочередно с импульсами ис"гочника 2 излучения подаются световые импульсы от источника излучения 1, работой которого управляет блок 3 управ- 5 ления. Между световыми импульсами имеются промежутки времени, в течение ,которых фотоприемники не освещены.

Сигналы с фотоприемников усиливаются усилителями и поступают на резистивиые lo делителя напряжений. Сигналы на входах делителей напряжений, полученные в мо-. менты освещения фотоприемников, кроме составляющих, вызванных световыми пото-. ками, имеют постоянную составляющую, обусловленную темновым током фотоприемника и смещением нуля усилителя, а в момент отсутствия световых потоков имеют только указанную постоянную составляющую. Поэтому, в момент, когда Ьотопоиемиики не освещены, на делитель напряжения, выполненный на резисторах 32 и 23 поступает сигнал.

0 „, обусловленный темновым током

1 фотоприемника 7 и смешением нуля усилителя 9, на делитель напряжения, выполненный на резисторах 24 и 33, поступает сигнал 0, обусловленный темновым током фотоприемника 8 и смеще ннем нуля усилителя 10. В момент, ког- зо да фотоприемники освещены излучением источника излучения 1 на вход делителя напряжения, выполненного на резисторах

32 и 23, поступает сигнал i" = U <

24 и 33, поступает сигнал U = < < Upped в момент, когда фотоприемники освещены излучением источинка излучения 2, на вход делителя напряжения, выполненного на резисторах 32 и 23, поступает сигнал

0 =0 К1<" „1 на делитель, выполненный на резисторах 24 и 33, поступает сигнал

0 aU

4S напряжение, пропорциональное световому потоку источника излучения 1 с фотоприемника 8; U - напряжение, пропорцио-, нальное световому потоку аналитической линии источника излучения 2 с фотоприемника 7; U — напряжение, пропорциональ

50 ное световому потоку источника излучения 2 с фотоприемника 8; К., - коэффициент усиления усилителя 9 К вЂ” коэфс фициент усиления усилителя 10.

Кроме того, каждый нуль-орган обыч- 55 но имеет смещение нуля, которое можно считать, как величину, приложенную к,одному из входов нуль- органа, например, 7 9203 обраэователей 30 и 31 продоижается до тех пор, пока IJO станет близким по веli личине к U!! + U<<„, а Uo близким к

U a U< !, . При наступлении равенства напряжений на входах нуль-органов 17 и 18 с их выходов на первые управляющие входы ключей, соответственно 34 и

35, поступают сигналы, запрещающие прохождение импульсов с генератора 27 .в пересчетные устройства, соответствен- !0 но 36 и 37, поэтому на втором входе нуль-органа 17 устанавливается напряжение, величина которого равна U!! U « а на втором входе нуль- органа 18— напряжение, величина которого равна

Uq 4U . В следующие момент времени фотоприемники облучаются излучением источника излучения 1, а с блока 3 управления поступают разрешающие сигналы только на ключи 28 и 41. Так как сопротивления резисторов 32 и 33 установлены равными нулю, то в первый момент времени на первые входы нуль-органов поступают сигналы, большие по велич!!Не чем сигналы Vp 4 !ау,! и О !ц + д5

+ Ug il, поступающие на их вторые входы, поэтому. с ныхода нуль-органа 1 У на ключ 40 поступает сигнал, разрешающий прохождение импульсов с генератора 27 в пересчетное устройство 42, а с выхода зо нуль-органа 18 — на ключ 41 поступает сигнал, разрешающий прохождение импульсов с генератора 27 в пересчетное устройство 43. Импульсы, поступающие в пересчетное устройство 42, изменяют сопротивление к „резистора 32,. а импульсы, поступающие в пересчетное.устройство 43, изменяют сопротивление k> резистора 33. Изменения сопротивлений резисторов 32 и 33 продолжается до тех пор, пока напряжение, снимаемое с делителя напряжения на резисторах 32 и 23 не "станет близким к U „!(!, т.е. !

"!" !+!!т! 2

"Си.!= М " !,!.!" U!t„- К! — > (") as .!+ Р,!

Г1ри наличии разности сравниваемых си&налов на входах нуль-органа 17 с

его выхода на ключ 19 поступает сигнал, разрешающий прохождение импульсов в пересчетное устройство 25, а при наличии разности сигналов на входах нуль-органа

l8 с его выхода поступает сигнал, разрешающий прохождение импульсов в пересчетное устройство 26. Увеличение числа импульсов.в накопителе пересчетного устройства 25 приводит к изменению сопротивления резистора 23 и к пропорциональному изменению сигнала, поступающего на первый вход делительного устройства 13, а увеличение числа импульсов в накопителе пересчетного устройства 26 приводит к изменению сопротивления резистора 24 и к пропорциональному изменению сигнала, поступающего на второй вход делительного устройства 13. Изменение сопротивления резистора 23 продолжается до тех пор, пока не наступит выполнение условия откуда а напряжение, снимаемое с делителя напряжения на резисторах 33 и 24, не станет близким к U +U ц, т.е.

S0

Ogkg+О pq

Р 4О =О (! ИО„=() К

Ъ 4 3

-ф где r u i > — новые значения сопротивлений, которые принимают соответственно резисторы 32 и 33.

При наступлении равенства напряжений на входах нуль- органа 17 с его выхода

99 R на первый вход ключа поступает сигнал, запрещающий прохождение импульсов с генератора 27, в пересчетное устройство

42, а при наступлении равенства напряжений на входах нуль-органа 18 с его выхода на первый вход ключа 41 поступает сигнал, запрещающий прохождение импульсов с генратора 27 и пересчетное устройство 43. В следующий момент времени фотоприемники воспринимают излучение источника 2, а с блока 3 управления разрешакицие сигналы поступают только на ключи. 19 и 20, при этом на нуль-органе 17 сравниваются сигнал

Uz„+ +(! „„и сигнал, равный

Ок 40

Ь ° !! kc а на нуль- органе 18 сравниваются сигнал

U u „, и сигнал, равный ()4М U!!y

Я4+ О

)4 Qfh Q

03141+ Vfl1

1 r +О,() Ф(1

a " " М(1 г!1

i (3)

1 1 а изменение сопротивления резистора продолжается до тех пор, пока но наступит выполнение условия

920399

Г4

"ГЩ.= "4

Г где г и r4» »новые значения сопротииич ний; которые принимают соответственно резистора 23 и 24.

При наступлении равенства напряжений нв входах нуль-органа 17 с его выхода на ключ 19 поступает сигнал, запрещающий прохождение импульсов в лересчетное 0 устройство 25, а лри наступлении равенства напряжений н& Входах яульорга» на 18 с выхода этого нуль-органа поступает сигнал, запрещающий прохождение импульсов в пересчетное устройство 26.

Решая совместно (1) и (3) получим

U1

U„K,„-U>K „,, или г -- Я,(о)

Решая совместно (2) и (4) получим

4 4

UyKg P «U@K g llAH 34- — Rg ° (6)

Делительное устройство 13 определяет отношение сигналов, пропорциональных, величинам г4 и г, поступающих на его входы. Поэтому учитывая (5) и (6) и то, что начальные сопротивления Rq u Зо

R< резисторов 23 и 34 могут быть выбраны одинаковыми, равными 1, получим величину С, которая поступает на индикатор 14.

Как видно из (7) величина С, характеризующая результат измерений, который фиксируется регистрирующим устройством

14, определяется только величиной свеI тового потока, характеризующего концентрацию анализируемого элемента в пробе, и не зависит от коэффициентов передачи отдельных элементов устройства, темнового.тока фотоприемников, смещения нуля усилителей, колебаний интенсивности излучения обеих источников света, копебаяий чувствительности фотоприемников, колебаний коэффициантов усиления усилителей.

Делительное устройство 14 может ,быть выполнено беэ интегратора или с интегратором, предназначенным для сум-мирования результатов измерений, попуче х за о ред ое заданное число И периодов. Управление предельными знв« чениями сопротивлений управляемых цифровых резисторов, периодичностью работы элементов устройства осуществляет блок

3 управления.

Предлагаемое изобретение позволяет исключить влияния колебаний параметров всех основных аналоговых элементов, применяемых в устройстве, что позволяет повысить точно",.ть измерений, а, следовательно, обеспечивается возможность улучшения качества выпускаемой продук« ции, для контроля которой используется анализатор.

Формула изобретения

Двухканальный фотометр, содержащий два источника излучения, соединенные с блоком управления, оптическую систему, два фотоэлектрических канала, каждый иэ которых состоит из последовательно соединенных фотоприемника, усилителя и блкоа преобразования, выходы которых соединены с соответствующими входами делительного устройства, к выходу которого подключен индикатор, причем блок преобразования выполнен в виде резистивного делителя, вход которого соединен с выходом усилителя, а выход — с первым входом нуль-органа, выход котороги соединен с первым входом ключа устройства управления одним из резисторов резистивного делителя, выполненного в виде последовательно включенных ключа и лересчетяого устройства, причем ко второму входу ключа подключен общий для всех устройств управления резистором генератор, а к третьему входу ключа подсоединен соответствующий выход блока управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в каждый блок преобразования введены ло одному дополнительному устройству управления резистором и по одному преобразователю импульсов в напряжение, выход которого соединен с вторым входом яуль-органа, первый вход преобразователя соединен с выходом нуль-органа, второй вход - с генератором и третий .. вход - с соответствующим выходом блока управления, все входы дополнительно го устройства управления резистором включены аналогично входам основного устройства управления резистором, à er o выход соедннен с управляющим входом второго резистора в резистивиом делителе.

Источники информации, принятые во внимание лри экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

И 541093, кл. и 017 3/00, 1975.

2. Авторское свидетепьство СССР ло заявке М 2780989/18-25, кл. ь 01 3/42, 1979 (прототип).

920399

Составитель А. Чурбаков

Редактор Н. Воловик Техред С.Мигунова Корректор Ю.Макаренко

Заказ 2319/40 Тираж 883 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ио делам изобретений и открытий

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

Филиал ПНП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4