Двухлучевой фотометр

 

О П И С А Н И Е (»928(72

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскин

Социапистическин

Респубики (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 11. 07. 80 (21) 295599"/18 25 с присоединением заявки Нв (23) Приоритет (5t)M, Кл.

С 01 Л 1/1111

3Ъвудератви>ный квинтет

СССР йв андам нзабретеннй и отнрытнй

ОпУбликовано 15.05,82 Бюллетень нА 18

Дата опубликования описания 15. 05. 82 (53) Уд (535.242. ,2(088,8) (72) Авторы изобретения

B.À.Õàðàêîçîâ и В.А.Свинтенок

Татарский филиал Всесоюзного государ ного .,: проектно-технологического института механизации (7I ) Заявитель учета и вычислительных р от ьЦ -. ;-..

"">с 1 (54 ) ДВУХЛУЧЕВОИ фОТОИЕТР

Изобретение относится к оптикоэлектронному приборостроению и может быть использовано в измерениях, требующих высокую точность определения рассеивающих, отражательных и поглощающих свойств различных объектов, в частности, в двухлучевых фотометрах и спектрофотометрах.

Известен двухлучевой фотометр, содержащий источник излучения, опти- .

1О ческое устройство, модулятор, кювету, фотоприемник и регистратор 513.

Наиболее близким к изобретению является двухлучевой фотометр, содержащий последовательно установленные

15 источник излучения, оптическое устройство для образования рабочего и кон- > трольного лучей, модулятор, кювету, оптическое устройство совмещения лучей, объектив и фотоприемник, соединенный со входом усилителя, и регистратор (21.

Недостатком известного устройства является ограниченная точность измерений, что обусловлено неидентичностью каналов обработки фотоэлектрических сигналов.

Цель изобретения - повышение точ" ности измерений.

Для достижения указанной цели в двухлучевой фотометр, содержащий последовательно установленные источник излучения, оптическое устройство для образования рабочего и контрольного лучей, модулятор, кювету, оптическое устройство совмещения лучей, объектив и фотоприемник, соединенный со входом усилителя, и регистратор, введены аналоговый перемножитель, управляемый генератор, резистор, блок управления и четыре конденсатора, каж«

,ый иэ которых одной иэ обкладак соединен с общей шиной через соответствующий ключ, управляющие входы которых соединены с управляющими .входами регистратора, выходами блока управления и входами управляемого генератора, вы". ход которого соединен с одним входом

Ie

25

40 ф5

3 92 аналогового перемножителя, другой вход которого соединен с выходом усилителя, а выход через резистор соединен со входом регистратора и вторыми обкладками четырех конденсаторов.

На чертеже изображена структурная схема устройства ° .

Двухлучевой фотометр содержит последовательно установленные источник излучения 1, оптическое устройство для образования рабочего и кон( трольного лучей, включающее в себя светоделитель 2 и зеркало 3,модулятор

4, исследуемый объект в кювете 5, зеркало 6, устройство совмещения лучей 7, объектив 8, последовательно соединенные фотоприемник 9, усилитель 10 и аналоговый перемножитель

11, к другому входу которого подклю" чен управляемый генератор 12. Выход аналогового перемножителя 11 > через резистор 13 соединен с обкладками конденсаторов 14-17, которые соответственно через ключи 18-21 соединены с общей шиной, и со входом регистратора, состоящего из последовательно соединенных аналогоцифрового преобразователя (АЦП ) 22, цифрового арифметического устройства (ЦАУ) 23 и выходного блока 24, Выходы блока управления 25 соединены с соответствующими входами АЦП 22

ЦАУ 23, ключей 18-21 и управляемого генератора 12. Резистор 13 и конденсаторы 18-21 образуют контролируемый фильтр низкой частоты (ФНЧ ).

Устройство работает следующим образом.

Излучение от источника 1 попадает на устройство для образования контрольного и рабочего лучей. Часть общей мощности через него и образует рабочий луч, вторая часть отражается и образует контрольный луч, который попадает на зеркало 3 и направляется на модулятор 4, туда же направляется и рабочий луч. Оба луча модулируются одним модулятором на разных частотах. Промодулированный рабочий луч направляется на исследуемый объект и взаимодействует с ним, теряя часть своей мощности. Оставшаяся часть os. ности попадает на зеркало 6, а с него - на устройство совмещения рабочего и контрольного лучей 7, на которое направляется и контрольный луч. Совмещенные лучи формируются объективом 8 на фотоприемник 9.

8172 4

Электрический сигнал, пропорциональный сумме мощйостей обоих лучей,усиливается усилителем 10 и поступает

° на вход аналогового перемножителя 11 на второй вход которого поступает синусоидальное напряжение с выхода управляемого генератора 12, причем это напряжение за один цикл иэмерения меняет свои параметры четырежды, в зависимости от состояния сигналов на управляющих входах. Таким образом, цикл измерения состоит из четырех тактов. В течение первого и второго тактов с выходов управляемого генератора попеременно поступают на второй вход аналогового перемножителя

1 1 синусоидальные напряжения с частотой рабочего сигнала, сдвинутые друг относительно друга по фазе на 90О в

I щ течение третьего и четвертого тактов попеременно, синусоидальные напряжения с частотой к6нтрольного сиг-. нала, также сдвинутые друг относительно друга по фазе на 90 . В пределах одного такта аналоговый перемножитель

11 производит перемножение входного сигнала с одним иэ указанных синусоидальных напряжений. С выхода перемножителя 11 сигнал поступает на вход коммутируемого ФНЧ, состоящего иэ резистора 13, конденсаторов 14 - 17 и управляемых ключей 18-21, который служит для ограничения полосы пропускания со стороны высоких частот.

Значение полосы пропускания определяется величинами сопротивления резистора 13 и емкостей конденсаторов 1417 ° Последовательно включенные аналоговый перемножитель и коммутируемый ФНЧ осуществляют селекцию синусной и косинусной составляющих тригонометрического ряда Фурье входного сигнала на частотах, равных частотам модуляции, и их детектирование. На конденсаторах. 14-17 происходит выделение напряжений, пропорциональных косинусным (действительным ) и синусным (мнимым) частям коэффициентов

Фурье в тригонометрическом ряду, причем во время первого такта измерительного цикла (ключ 18 замкнут) происходит перемножение сигнала с синусоидальным напряжением рабочей частоты и выделение на конденсаторе 14 напряжения, пропорционального мнимой части коэффициента Фурье (a>)гармонической составляющей с частотой рабочего сигнала; во время второго такта измерительíîro цикла (ключ 19

8172 6

20

Формула изобретения

° 5 92 замкнут) происходит перемножение сигнала с косинусоидальным напряжением рабочей частоты и выделение на конденсаторе 15 напряжения, пропорцио- . нального действительной части коэффиt циента Фурье (вр)гармонической составляющей с частотой рабочего сигнала,во время третьего такта (ключ 20 замкнут) происходит перемножение сигнала с синусоидальным напряжением контрольной частоты и выделение на конденсаторе

16 напряжения, пропорционального мнимой части коэффициента Фурье а гарк монической составляющей с частотой контрольного сигнала; во время четвертого такта измерительного цикла (ключ 21 замкнут) происходит перемножение сигнала с косинусоидальным напряжением контрольной частоты и вы;. деление на конденсаторе 17 напряжения пропорционального действительно" части коэффициента фурье (в„) гармоничес1кой составляющей с частотой контрольно- го сигнала. Таким образом,на вход

АЦП 22 поочередно подаются четыре напряжения, которые преобразуются в нем в цифровую форму и подаются на вход ЦАУ 23, которое работает по жесткой программе и, производя необходимые операции над кодами чисел, в течение каждого цикла измерений определяет величину а Р + в„ 1/2, кото 1 а - в рая пропорциональна отношению рабочего сигнала к контрольному, т,е. измеряемой величине. С выхода ЦАУ 23 значение измеряемой величины в цифровой форме поступает на вход выходного блока 24, в качестве которого может быть использован либо цифровой регистратор, либо цифровой индикатор, либо ЭВМ, производящая оперативную обработку результатов измерений. Блок управления 25 имеет четыре выхода, с которых подаются на управляющие входы управляемого генератора 12, управляемых ключей 18-21, АЦП 22 и ЦАУ 23 четыре не перекрывающихся во времени управляющих импульсов длительностью не более 1/4 времени цикла измерений каждый, осуществляя тем самым их синхронизацию.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить точность измерений, т.е.в

55 устройстве для обработки рабочего и контрольного сигналов используется один и тот же канал, состоящий иэ последовательно включенных фотоприемника, усилителя, аналогового перемножителя с управляемым генератором на втором входе, резистора, АЦП, работающий в.режиме временного разде ления. Раздельными являются только конденсаторы в парах с ключами, идентичность параметров которых несложно обеспечить с необходимой точностью.

Использование одного общего канала вместо двух раздельных позволяет значительно повысить точность обработки сигналов, так как в этом случае устраняется влияние разбаланса каналов на результаты измерений.

Двухлучевой фотометр, содержащий последовательно установленные источник излучения, оптическое устройство для образования рабочего и контрольного лучей, модулятор, кювету, оптическое устройство совмещения лучей, объектив и фотоприемник, соединенный со входом усилителя, и регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерейий, в него введены аналоговый перем-ножитель, управляемый генератор, резистор, блок управления и четыре конденсатора, каждый из которых одной из обкладок соединен с общей шиной через соответствующий ключ, управляющие входы которых соединены с управляющими входами регистратора, выходами блока управления и входами управляемого генератора, выход которого соединен с одним входом аналогового перемножителя, другой вход которого ! соединен с выходом усилителя, а выход через резистор соединен со входом регистратора и вторыми обкладками четырех конденсаторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 685932, кл. G 01 J 1/44, 1979.

2. Зубов В.А. "Методы измерения характеристик лазерного излучения", М., "Наука", 1973; с. 47-48 (прототип).