Багатоканальний вимірювач інтенсивності світлового потоку

Реферат: Багатоканальний вимірювач інтенсивності світлового потоку, що містить послідовно зв'язані монохроматичний освітлювач, ємність з дисперсним середовищем, фотоперетворювач, підсилювач, смуговий фільтр, аналого-цифровий перетворювач. У ньому розширено кількість оптико-електронних каналів, кожен з яких працює на окремій, заданій частоті та довжині хвилі освітлювача, а також введено блок накопичення та усереднення результатів, на вхід якого йдуть значення з блока аналого-цифрових перетворювачів, а вихід йде на третій вхід мікроконтролера та введено блок калібрування, який підключено до четвертого входу мікроконтролера, у якому до 1…N виходу підключено блок монохроматичних освітлювачів (котрий складається з N освітлювачів, окремих для кожного каналу) та до N+1 виходу підключено блок відображення, на перший вхід мікроконтролера підключено блок клавіатури, на другий вхід двонаправлений блок інтерфейсу, послідовно зв'язані блоки фотоперетворювачів, підсилювачів, смугових фільтрів, аналого-цифрових перетворювачів містять по N компонентів для створення окремого оптико-електронного каналу. UA 123116 U (54) БАГАТОКАНАЛЬНИЙ ВИМІРЮВАЧ ІНТЕНСИВНОСТІ СВІТЛОВОГО ПОТОКУ UA 123116 U UA 123116 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області фотометрії, може бути використана для контролю якості дисперсного середовища, вимірювання параметрів оптичного випромінювання, насамперед інтенсивності світлового потоку. З поширенням експрес-аналізу дисперсних середовищ виникає потреба в простій, малогабаритній та дешевій апаратурі для проведення аналізу у режимі реального часу. Відомий мутномір (А. с. № 1807346, МПК G01N21/47, СРСР, 1993 р.), що містить корпус, джерело світла, ілюмінатори, фотоприймач, клапан, фільтр і еталони. Недоліком вказаного мутноміра є неможливість підтримки правильної орієнтації приладу в просторі, періодичні переналаштування і швидке забруднення ілюмінаторів. Крім того, частини переналаштування, очищення та пов'язані з цим складання та розбирання приладу ускладнюють його експлуатацію. Відомий безконтактний мутномір (Патент № 4105334, МПК G01N 21/85, США, 1978 р.), в якому безперервно підсвічуються і аналізуються два промені, один з досліджуваною рідиною, а інший зі зразковою (чистою). Результат розраховують як відношення сигналів датчиків, встановлених біля кожного променя. Такий пристрій можна вважати одним з прикладів найпростішого безконтактного мутноміра з вбудованим прямим метрологічним самоконтролем. Недоліком даного пристрою є складність організації подачі зразкової рідини та низька завадостійкість. Відомий фотометричний аналізатор (А. с. № 1343309, МПК G01N21/27, СРСР, 1987 р.), що містить джерело і приймач випромінювання, електромеханічний модулятор світлового потоку, підсилювач, аналого-цифровий прилад, датчик синхронізуючих імпульсів і обчислювальний пристрій з реєструючим приладом. Недоліками цього фотометричного аналізатора є габарити, що не дозволяють використовувати його поза лабораторних умов, застосування чотирьох світлофільтрів і використання електромеханічних компонентів. Відомий Патент № 38476, МПК G01J3/42, Україна, 2001 p. Фотометр, який містить оптично пов'язані монохроматичний освітлювач, вимірювальний канал, обладнаний тримачем зразків (кюветою з контрольованою рідиною), фотоперетворювач, вторинний прилад, формувач еталонного сигналу і блок керування, вимірювальний канал обладнаний інтегратором, компаратором та комутатором, причому вхід інтегратора через комутатор з'єднаний із виходом підсилювача, а вихід інтегратора під'єднаний до першого входу компаратора. До другого входу компаратора під'єднаний вихід формувача еталонного сигналу, один вихід блока керування під'єднаний до входу комутатора, а другий - до інтегратора, вихід компаратора під'єднаний до вторинного приладу. Цей прилад має деякі суттєві недоліки, а саме: не є завадостійким; має обмежені функціональні можливості, через відсутність мікроконтролера та двонаправленого каналу обміну даних для передачі результатів вимірювання та сервісної інформації. Найближчий аналог до корисної моделі є патент № 113032, МПК G01J 3/42, Україна, 2017 p. Цифровий фотометр, що містить послідовно зв'язані монохроматичний освітлювач, кювету з контрольованою рідиною, фотоперетворювач та підсилювач, послідовно зв'язані смуговий фільтр, аналого-цифровий перетворювач, мікроконтролер та блок відображення, а також блок клавіатури та блок інтерфейсу, підключений до другого виходу мікроконтролера, третій вихід якого зв'язаний з входом монохроматичного освітлювача, вихід блока клавіатури підключений до другого входу мікроконтролера, а вихід підсилювача зв'язаний зі входом смугового фільтра. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення завадостійкості, зменшення похибки вимірювання та розширення функціональних можливостей. Задача вирішується шляхом збільшення кількості світлових каналів з різною довжиною хвилі освітлювача та частотою випромінювання, додавання блока накопичення та усереднення результатів вимірювання, блока калібрування та двонаправленого зв'язку з блоком інтерфейсу. Структурна схема представлена на фіг. 1, на фіг. 2 зображено загальний алгоритм роботи мікроконтролера. Запропонована корисна модель складається з блока монохроматичних освітлювачів 1 (наприклад, світлодіодів), оптично-лінзової системи 2, ємності з досліджуваним дисперсним середовищем 3, оптично-лінзової системи 4, блока фотоперетворювачів 5 (наприклад, на основі фотодіодів BPW-46), блока підсилювачів 6, блока смугових фільтрів 7, блока аналого-цифрових перетворювачів 8, блока накопичення та усереднення результатів вимірювання 9, блока калібрування 10, мікроконтролера 11 (наприклад, STM32), блока клавіатури 12, двонаправленого блока інтерфейсу 13 (наприклад, Wi-Fi інтерфейс) та блока відображення 14 (наприклад WH1602-А-ТМІ-СТ). Блок монохроматичних освітлювачів 1, оптично-лінзова система 2, оптично-лінзова система 4, блок фотоперетворювачів 5, блок підсилювачів 6, блок смугових фільтрів 7, блок аналого-цифрових перетворювачів 8 обслуговують декілька каналів. Для кожного каналу використовується по одній складовій кожного блока (фіг. 1). 1 UA 123116 U 5 10 15 20 25 30 35 Принцип роботи корисної моделі полягає в наступному. Параметри вимірювання задаються користувачем з блока клавіатури 12 або передаються через блок інтерфейсу 13. Окремий для кожного каналу таймер генерує коливання з заданою частотою (для кожного каналу задається визначена частота роботи), які з виходів 1…N мікроконтролера надходять на блок монохроматичних освітлювачів. Блок монохроматичних освітлювачів містить N освітлювачів (наприклад, світлодіодів), які працюють з різною довжиною хвилі. Світлові коливання з блока монохроматичних освітлювачів йдуть на оптично-лінзову систему, яка формує для кожного каналу паралельний пучок світла, направлений на бокову поверхню ємності з досліджуваним середовищем, яке містить домішки, концентрацію яких потрібно дослідити. У випадку, коли наявні домішки, то, згідно з ефектом Тіндаля, світло розсіюється у всіх напрямках. Під прямим кутом до блока монохроматичних освітлювачів 1 розташовано оптично-лінзову систему 4, яка побудована на основі N короткофокусних лінз (для кожного каналу окремо), що концентрує потік розсіяного світла на поверхні окремого фотоперетворювача з блока фотоперетворювачів 5. Сигнал, з якого підсилюється своїм операційним підсилювачем 6 та передається на смуговий фільтр 7, який виділяє частоту каналу. Фільтр складається з двох послідовно ввімкнутих смугових фільтрів, які прибирають стороннє освітлення. Таким чином, пристрій сприймає саме те світло, яке йде з освітлювача на визначеному каналі. Отриманий сигнал потрапляє на вхід аналого-цифрового перетворювача 8. Значення кожного каналу йде на входи 1…N блока накопичення та усереднення результатів. З кожного каналу відбувається зчитування значень вимірювань й виконується накопичення змінних, результат вимірювання розраховується як середнє значення з усіх вимірів. У блоці калібрування визначається значення при вимкненому блоку монохроматичних освітлювачів. Це значення зберігається й враховується під час вимірювання, для зменшення похибки. Мікроконтролер виконує порівняння результату вимірювання з еталонним значенням (при абсолютно чистій вимірювальній рідині). Результати вимірювань надходять на вихід N+1 до блока відображення 12 для зчитування оператором та на двонаправлений вхід 2 до блока інтерфейсу 13 для подальшої систематизації результатів вимірювань. Використання декількох оптичних каналів (з різною частотою роботи та довжиною хвилі випромінювання освітлювача) та окремі для кожного каналу: таймер, підключений до блока 1, відповідно налаштований смуговий фільтр 7, фотоперетворювач 5, забезпечують значне підвищення завадостійкості. Накопичення та усереднення великої кількості вимірювань та калібрування зменшують похибку вимірювань. Двонаправлений зв'язок з блоком інтерфейсу дозволяє забезпечити віддалене керування пристроєм та вивід інформації для подальшої обробки, систематизації. Таким чином, забезпечується досягнення задачі корисної моделі, а саме підвищення завадостійкості, зменшення похибки вимірювань та розширення функціональних можливостей. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 Багатоканальний вимірювач інтенсивності світлового потоку, що містить послідовно зв'язані монохроматичний освітлювач, ємність з дисперсним середовищем, фотоперетворювач, підсилювач, смуговий фільтр, аналого-цифровий перетворювач, який відрізняється тим, що у ньому розширено кількість оптико-електронних каналів, кожен з яких працює на окремій, заданій частоті та довжині хвилі освітлювача, а також введено блок накопичення та усереднення результатів, на вхід якого йдуть значення з блока аналого-цифрових перетворювачів, а вихід йде на третій вхід мікроконтролера та введено блок калібрування, який підключено до четвертого входу мікроконтролера, у якому до 1…N виходу підключено блок монохроматичних освітлювачів (котрий складається з N освітлювачів, окремих для кожного каналу) та до N+1 виходу підключено блок відображення, на перший вхід мікроконтролера підключено блок клавіатури, на другий вхід двонаправлений блок інтерфейсу, послідовно зв'язані блоки фотоперетворювачів, підсилювачів, смугових фільтрів, аналого-цифрових перетворювачів містять по N компонентів для створення окремого оптико-електронного каналу. 2 UA 123116 U 3 UA 123116 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4