Фотометр

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсимк

Соцмалмстмчеснми

Республик

»»920400 (6I ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 22.09,80 (2{ ) 2984995/18-25

{5!)М. Кл.

Я 01 J 1/44 с присоединением заявки №

9оударстикный комнтет

СССР

{23) Приоритет

Опубликовано 15,04.82. Бюллетень №14

{53) УДК 5З5. .241 (088.8) ао аелом изобретений и открытий

Дата опубликования описания 17.04.82 (72) Авторы изобретения

И. N. Борисов, Е. И. Рассомакин, H. П.,. Р

Коммунарский горно-металлургический ттне енто. (7l) Заявитель (54) ФОтоМКтр!

Изобретение относится к приборостроению, а именно к фотометрии, и может, быть использовано в оптических спектро анализаторах, например, для определения химического состава веществ.

Известен фотометр, содержащий источник света, оптические каналы, модулятор, фотопреобразователь и регистратор 71

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому изобретению является фотометр, содержащий источник света, светоделительное устройство, измерительный и эталонный оптические каналы, модулятор с блоком управления, фотопреобразователь, отход которого соединен с последовательно соединенными первым. и вторым управляемыми резисторами, общая точка которых соединена с первым входом компаратора, выход которого соединен с первым входом ключа, 20 через который генератор импульсов соединен с интегратором, первый выход которого соединен r: регистратором, второй выход соединен с управляющим входом первого управляемого резистора, а синхро« низирующий вход соединен с блоком управления модулятора, с которым также соединен второй вход ключа, и реэистивный делитель )2) .

Однако известное устройство имеет недостаточно высокую точность вследствие того, что на результат измерений оказывают влияние изменения во времени коэффициентов передачи каналов синхронного коммутатора, а так как каждый сигнал в известном устройстве проходит llo своему каналу синхронного коммутатора, то при изменении коэффициентов передачи, ка налов в результате измерений вносится погрешность. Кроме того, в известном устройстве на точность измерений оказы вают влияния смещения нуля дифференциального усилителя и компаратора.

Огруктура известного устройства не обеспечивает исключения указанных влияний на результат измерений.

3 92040

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Для достижения указанной цели в известный фотометр, содержащий источник света, светоделитепьное устройство, из- мерительный и эталонный оптические каналы, модулятор с блоком управления, фотопреобразователь,- вход которого соединен с последовательно соединенными первым и вторым управляемыми резисто- О рами, общая точка которых соединена с первым входом компаратора, выход которого соединен с первым входом ключа, . через который генератор импульсов соединен с интегратором, первый выход которого соединен с регистратором, второй . выход соединен с управпяюшим входом первого управляемого резистора, а синхрониэирующий вход соединен с блоком управления модулятора, с которым также соединен второй вход ключа, и резистивный делитель, введены источник опорного напряжения, два дополнительных интегратора и два дополнительных клю а, причем вторые входы дополнительных ключей соединены с блоком управления, а первые ° с выходом компаратора, второй вход которого соединен с выходом резистивного делителя, вход которого соединен с ис.точником опорного напряжения, а один резистор реэистивного делителя вйполнен правпяемым, и его управляющий вход соединен с выходом первого дополнительного интегратора, соединенного через первый дополнительный ключ с reHepaTo35 ром импульсов, с которым также соединен через второй дополнительный ключ второй дополнительный интегратор, выход которого соединен с управляющим входом второго управляемого резистора, 40 синхронизируюшие входы всех дополни-) тельных интеграторов соединены с блоком управпения модулятора.

На чертеже показана структурная схема устройства.

Устройство содержит источник света 1, 45 светоделитепьное устройство 2, оптические каналы 3 и 4, фотопреобразователь 5, модулятор 6. На выходе фотопреобразо» вателя 5 включен делитель напряжения, состоящий из цифровых управляемых резисторов 7 (Qq ) и 8 (q ). Выход этого делителя напряжения подключен на первый вход компаратора 9, второй вход б которого подключен к выходу преобразователя импульсов в напряжение, в состав которого входит резистивный делитель напряжения, состоящий из постоянного резистора 10 (R ) и управляемого ре0 4 зистора 11 (R4 ). Выход компаратора

9 подключен к первым управляющим входам трех ключей 12 — 14, входы которых соединены с генератором 15 импульсов,. а выходы с интеграторами, соответственно 16 - 18, при этом интегратор 16, входящий в преобразователь импульсов в напряжение, связан с управляющим входом управляемого резистора 11, интегратор 17 - с управляющим входом управляемого резистора 8, интегратор 18 - с управляющим входом управляемого резис« тора 7 и регистратором 19. Блок 10 управления соединен с модулятором 6, со вторыми входами ключей 12 - 14 и синхронизируюшими входами интеграторов

16 — 18. Вход резистивного делителя соединен с источником 21 опорного напряжения.

Устройство работает следуюшим образом.

Ключи обеспечивают прохождение сигналов с генератора 15 импульсов в пересчетные устройства интеграторов только при одновременном наличии двух управляющих сигналов, один из которых может поступать с компаратора 9, а второй с блока 20 управления.

Световой поток источника 1 светоделительным устройством 2 разделяется на два луча, один из которых проходит через измерительный оптический канал 3, в котором взаимодействует с анализируемой пробой.и попадает на фотопреобразователь 5, второй проходит эталонный оптический канал 4, в котором взаимодействует с этапонной пробой и также попадает на фотопреобраэователь 5. Световые потоки каждого луча модулируются модулятором 6 таким образом, что они попадают на, фотопреобраэоватепь 5 в разные промежутки времени и кроме того между ними имеются промежутки, в которые свет от источника 1 не попадает на фотопреобразоват ель 5. Сигналы, полученные в моменты освещения фотопреобраэователя 5, кроме составляющих, вызванных световыми потоками, имеют постоянную составляющую, обусловленную темновым током фотоприемника и смешением нуля усилителя, а в момент отсутствия световых потоков имеют только указанную постоянную. составляющую.

Сигналы с выхода фотопреобраэователя 5 поступают на делитель напряжения, выполненный на резисторах 7 и 8, при этом в начальный момент времени, когда на фотопреобразоватепь 5 световые

00 6 где г < новое значение сопротивления резистора 1 1.

В момент наступления указанного равенства с компаратора 9 на первый вход ключа 12 поступает сигнал запрета, и прохождение импульсов с генератора 15 импульсов в пересчетное устройство интегратора 16 прекращается. С этого момента на второй вход компаратора 8 в течение периода измерений поступает сигнал, равный Uz 4 V B следующий момент на фотопреобразователь 5 поступает световой сигнал, прошедший через эталонный оптический канал 4. Одновременно с этим, с блока . :.

20 управления на пересчетное устройство интеграторов 17 и 18 поступают им ульсы, устанавливающие такое состояние на» копителей пересчетных устройств, при ко торых на резисторе 7 устанавливается величина сопротивления, равная заданному значению 9, а на резисторе 8равная нулю, и с того же блока 20 управления поступают сигналы запрета на ключи 12 и 14, а на второй вход ключа

13 поступает сигнал, разрешающий прохождение импульсов с генератора 15 импульсов в пересчетное устройство инте. гратора 17.

На вход делителя напряжения на резисторах 7 и 8, в этот момент поступает сигнал, равный сумме постоянной составляющей 0 и напряжения „, пропорционального световому потоку, прошедшему через эталонный оптический канал 4.

Так как сигнал, поступающий íà первый вход компоратора 9, меньше сигнала равного О + 0, поступаюшего на

его второй вход, с выхода компаратора

9 на периый вход ключа 13 поступает сигнал, разрешающий прохождение импульсов с генератора 15 импульсов в. пересчетное устройство. интегратора 17.

В накопителе пересчетного устройства интегратора 17 начинает увеличиваться число импульсов, а, следовательно, увьличивается сопротивление цифрового ре-. зистора 8. Сопротивление резистора 8 устанавливается таким, чтобы напряжение на выходе делителя напряжения, образованного резисторами 7 и S, поступающее в это время на первый вход компаратора

9, в сумме с Ut ù было близко к напряжению, равному U + U<<, поступающему на его второй вход с делителя напряже ния на резисторах 10 и 11. т.е, uò+ V1 iо,„«о,о

5 9204 потоки от источника 1 света не попадают, блоком 20 управления через пере-, счетные устройства соответствующих интеграторов устанавливаются: сопротивление резистора 7 равным нулю, сопротивление резистора 8 равным максимальному значению, сопротивление резистора 11 равным нулю. Поэтому в этот момент на ! первый вход компоратора 9 поступает весь электрический сигнал U, равный 10 постоянной составляющей, величина которой определяется темновым током и смешением нуля фотопреобразователя 5, а на второй вход компаратора 9 поступает сигнал равный нулю. Кроме того, компа- 1 ратор обычно имеет смещение нуля, которое можно считать как величину 0 приложенную к одному иэ входов компаратора 9, например, ко входу на который подается сигнал с делителя напряжения 20 на резисторах 7 и 8. Поэтому на первый вход компаратора 9 в этот момент поупает сигнал" равный U, t V<> . Так как сигнал UT4 VCM больше нуля, то с выхода компоратора 9 на первый вход клю- !3 ча 12 поступает .сигнал, разрешающий прохождение импульсов с генератора 15 импульсов в пересчетное устройство интегратора 16. Одновременно с этим с блока 20 управления на второй. вход ключа 3р

12 поступает сигнал, разрешающий прохождение импульсов в пересчетное устройство интегратора 16, а на вторые входы ключей 13 и 14 сигналы - запрещающие прохождение импульсов в пересчетныез устройства интеграторов 17 и 18. В этот момент начинают проходить. импульсы с генератора 1 5 импульсов только в . пересчетное устройство интегратора 16, так как одновременно с разрешаюшим сигналом с компаратора 9, поступа1ощим на первый вход ключа 12, на его второй вход с блока 20-управления, также поступает разрешающий сигнал.

В накопителе пересчетного устройства интегратора 16 начинает увеличиваться число импульсов, а, следовательно, уве-личивается сопротивление резистора 1:2.

Сопротивление резистора 11 устанавли-! вается таким, чтобы напряжение на выходе делителя напряжения, образованного резисторами 10 и 11, поступаюшее на второй вход компаратора 9, было близко к напряжению U 3 и <, поступакйяему на его первый вход, т.е. откуда г,), (1)

920400.Откуда где .г — новое значение сопротивления резистора 8.

В момент наступления указанного равенства с компаратора 9 на первый вход ключа 13 поступает сигнал. запрета и прохождение импульсов с генератора 15 импульсов в пересчетное .устройство интегратора 17 прекращается.

В следующий момент на фотопреобразователь 5 поступает световой сигнал, прошедший через измерительный оптический.канал 3.

Одновременно с этим, с блока 20 управления на пересчетное устройство интегратора 18 поступает импульс, устанаваивающий такое состояние его накопите ля, при котором на резисторе 7 устанавливается величина сопротивления равная нулю, и поступают сигналы запрета на ключи 12 и 13, а на второй вход ключа

14 поступает сигнал, разрешающий про хождение импульсов с генератора 15 им-, пульсов в пересчетное. устройство интегратора 18.

На вход делителя напряжения на резисторах 7 и 8, поступает сигнал, равный сумме постоянной составляющей Ur и ЗО напряжения 0,1, пропорционального световому потоку, прошедшему через измерительный оптический канал 3.

Так как сигнал, поступающий на первый вход компаратора 9, больше сигнала, равного Uy Vgp, поступаклцего на

его второй вход, то с выхода компарато-ра 9 на первый вход ключа 14 поступает сигнал, разрешающий прохождение импульсов с генератора 15 импульсов в пересчетное устройство интегратора 18. В накопителе. пересчетного устройства интегратора 18 увеличивается число импульсов, а„следовательно, увеличивается сопротивление цифрового резистора 7.

Накопление импульсов продолжается до тех пор, пока сопротивление резистора

7 не установится таким, при котором напряжение на выходе делителя напряже. ния, образованного резисторами 7 и 8, поступающее в это время на первый вход компаратора 9 в сумме с 0 „ не станет близким к напряжению равному, поступающему на второй вход компаратора 9 с .делителя напряжения

И на резисторах 10 и 11, т.е. где — новое значение сопротивления л резистора 7.

В момент наступления указанного равенства с кэмпаратора 9 на первый вход ключа 14 поступает сигнал запрета и прохождение импульсов с генратора 15 импульсов в пересчетное устройство инте гратора 18 прекращается.

Решая совместно (2) и (3) получим откуда величина сопротивления r,, характеризующая концентрацию измеряемого элемента в пробе, равна г„= „(4) Kg

Из уравнения (4) видно, что величина „, характеризующая результат измерений, который фиксируется регистратором 19, определяется отношением сигналов пропорциональных световым потокам,.прошедшим через каналы 3 и 4, и не зависит от коэффициентов передачи отдельных элементов устройства, постоянной составляющей обусловленной темновым током фотоприемника и смещением нуля усилителя и величины смешения нуля компаратора.

Результат измерений может определяться за один период, либо за определенной заданное число периодов. В последнем сйучае регистратор 19 снабжается дополнительным интегратором; пред-. назначенным для суммирования результа« тов измерений, полученных за определенное заданное число периодов.

Предлагаемое изрбретение позволяет исключить влияния колебаний параметров всех основных аналоговых элементов, применяемых в устройстве, что повышает точность измерений.

Формула изобр ет ения

Фотометр, содержащий источник двета, светоделятельное устройство, изме рительный и. эталонный оптические каналы, модулятор с блоком управления, фотопреобразователь, выход которого соединен с последовательно соединенными первым и вторым управляемыми резисто920400

10 рами, общая точка. которых соединена с точником опорного напряжения, а один первым входом компаратора, выход кото- резистор резистивного делителя выполнен рого соединен с первым входом ключа, управляемым, и его управлякиций вход через который генератор импульсов сое- соединен с выходом первого дополнительдинен с интегратором, первый выход З ного интегратора, соединенного через

I которого соединен с регистратором, . первый дополнительный ключ с генератовторой выход соединен с управляющим ром импульсов, с которым также соедивходом первого управляемого резистора, нен через второй дополнительный ключ а синхронизируиший вход соединен с бла второй дополнительный интегратор, выход ком .управления модулятора, с кото >ым tÎ которого соединен с управляющим входом также соединен второй вход ключа, и ре- второго управляемого резистора, синхрозистивный делитель, о т л и ч а ю ш и й- низирующие входы всех дополнительных с я тем, что, с целью повышения точнос- интеграторов соединены с блоком управти, в него введены источник опорного на- ления модулятора. пряжения, два дополнительных интеграто- >g Источники информапии, .ра и два дополнительных ключа, причем принятые во внимание при экспертизе вторые входы дополнительных ключей 1. Авторское свидетельство СССР соединены с блоком управления, а первые - l4 630534, кл. G 01 T 1/44, 1977. с выходом компаратора, второй вход,ко-. 2. Авторское свидетельство СССР торого соединен с выходом резистивного 2о но заявке N. 2780768, кл. 6 017 1/44, делителя, вход которого соединен с ис- 1979 (прототип).