Фотометр

Изобретение о гноен гея к оптикоэлектронному приборостроению и мол.е г быть использовано при фотометрических измерениях в медицине, химической, пищевой и других отраслях промышленности. Целью изобретения является повышение точности и информативности ' измерений, Цля этого в состав опти Изобретение относится к оптико— электронному приборостроению и может быть использовано при фотометрических измерениях в медицине, химической, пищевой и других отраслях промышленности . Целью и зобретения является повышение точности и информативности и з мерении . На чертеже представлена струкіурн?я схема фотометра. Фотометр содержит оптический блок 1, установленный перед бпоком 2 фотоприемника, пыход которого через калибровочный усилитель 3 соединен ческого блока введены устройства об- і разования рабочего и контрольного световых потоков, форми РОЕ* л гель кода углового положения диска модуля іора, устройство автоматического перемещения светофильтров, выполненное в виде диска с размещенным по окружности набором светофильтров, снабженного приводом со схемой управления н формирователем кода угл-ового положения диска, а схема ввода-вывода дополчена двумя входами и одним выходом в блоке управления. Изобретение позволяет компенсировать изменения іінраМР тров общих элементог оптического тракта рабочего и контрольного rwT~efi за время между калибровкой и измерением, в том числе источника света и светофильтров, а также автомати ш ™ рует процесс установки ч смены с в е тофильтров . 1 "і . П . Ф J!b! , 1 ИЛ . ~ с первым входов агалого-цифрового преобразователя 4, ВТОРОЙ ВХОД которого соединен с первым выходом, я выход - с первым входом блока 5 управления, схему 6 цифрового управления коэффициентом усиления f выходим соединенную с входом управления калибровочного усилителя 3, a входом - с вторым выходом блока 5 управления , выполненного из процессора 7, запоминающего устройства 8, тлимера 9, генератори 10, іабло И индикации, клавиатуры 12, схемы 13 с в я зи с индикацией и клавичтурои, схемы 14 ввода-вывода и шины 15 интг'рфрпса 6 1627859 через которую соединены друг с другом процессор 7, запоминающее устройство 8, таймер 9, схема 13 связи с индикацией и клавиатурой и схема 14 ввода-вывода, причем табло 11 индикации соединено с выходом, а клавиатура - с входом схемы 13 связи с индикаиией и клавиатурой, первый выход генератора 10 соединен с тактирующим входом процессора 7, а второй выход с входом таймера 9, выход которого является четвертым выходом блока 5 управления и соединен с входом управления АЦП 4, первый, второй, третий входы и первый, второй и третий выходы схемы 14 ввода-вывода являются одноименными входами и выходами блока 5 управления, Оптический блок 1 выполнен из последовательно установленных источника 16 света, устройства 17 образования рабочего и контрольного лучей, модулятора 18, устройства 19 совмещения лучей и устройства 20 автоматического перемещения светофильтров, выполненного в виде диска 21 с размещенными по окружности набором светофильтров 22 (на чертеже показан набор из 8 светофильтров), снабженного приводом 23 со схемой 24 управления, вход которой "одновременно является входом устройства 20 и дополнительным входом оптического блока 1 и соединен с третьим выходом блока 5 управления, и формирователя 25 кода углового положения диска 21', выход которого является одновременно выходом устройства 20 и вторым дополнительным выходом оптического блока 1 и соединен с третьим входом блока 5 управления, формирователя 26 кода углового положения модулятора 18, выход которого является первым дополнительным выходом оптического блока 1 и соединен с вторым входом блока 5 управления. В состав оптического блока 1 входит и кювета 27 для исследуемого образца. Формирователи 25 и 26 выполнены идентичнымиt состоящими из последовательно размещенных источника 28,излучения , кодовых отверстий 29 по окружности модулятора 18 и диска.21 соответственно, приемника 30 излучения и усилителя 31„ выход которого является выходом формирователя. I Блок 2 фотоприемника выполнен из последовательно установленных фото преобразователя 32 и предварительного усипителя 33. Устройство 17 образования рабочего и контрольного лучей может быть выполнено в виде полупрозрачной пластины, разделяющей световой поток источника 16 на два луча, и отражающего зеркала, изменяющего направление контрольного луча. Устройство 19 сов10 мещения лучей может содержать отражающее зеркало, направляющее контрольный луч на полупрозрачную пластину, совмещающую два луча. Привод 23 может бьіть выполнен в виде дви15 гателя постоянного тока с редуктором. Схема 24 управления приводом может быть выполнена в виде последовательно соединенных триггера и коммутатора напряжения питания двига20 теля . Схема 6 цифрового управления коэффициентом усиления может быть выполнена в виде цифрового управляемо25 тЬ сопротивления, включенного на входе или в цепи обратной связи калибровочного усилителя 3 . Фотометр работает следующим образом. В исходном состоянии в запоминаю30 щем устройстве 8 записаны программы, соответствующие выполняемым функциям прибора. "Калибровка", "Измерение пропускания", "Измерение оптической плотности". С помощью клавиатуры 12 35 через схему 13 связи с индикацией и кпавиатурой и шину 15 интерфейса в запоминающее устройство 8 занесены коды значений длин воли ty ; излучения: фона, ^ у и исследуемых компо40 нентов, * ] О^Q_, . . .fl , выработанных / л% n при нажатии соответствующих клавиш клавиатуры 12. Работа процессора 7 синхронизируется сигналами с -первого выхода 45 генератора 10. На вход управления АЦП 4 с выхода таймера 9 поступают импульсы с второго выхода генератора 10 с частотой, определяемой коэффициентом деления частоты, записанным 50 в таймер 9 процессором 7 через шину 15 интерфейса. Коэффициент усиления Кц калибровочного усилителя у с т а новлен минимальный, равный 1. Диск 21 установлен в произвольное 55 положение. Световой поток источника 16 устройством 17 разделяется на рабочий и контрольный лучи. Далее устройством 19 лучи совмещаются. На 1627859 6 светофильтре 22, установленном на При непрерывном вращении МОДУЛЯдиске 21 t производится выделение , тора 18 аналогично на выходе формироспектрального интервала светового пователя 26 формируется последовательтока источника 16, соответствующего ный код углового положения модулятодлине волны пропускания светофильтра, р а , который через схему 14 ввода-выкоторый затем поступает на блок 12 вода и шину \Ъ поступает в процессор фотопреобразователя. Световые потоки 7. При поступлении кода, соответсткаждого луча модулируются модулятором вующего пропусканию рабочего луча, 18 так, что они попадают на блок 2 процессор 7 переходит к масштабифотопреобразователя в разное время и, рованию напряжения на входе АЦП 4 слекроме того, между ними имеются промедующим образом. жутки, в которые свет от источника 16 На второй вход А П 4 процессор 7 Ц не попадает на блок 2, состоящий из через шину 15 и схему 14, ее первый преобразователя 32 и предварительновыход, подает сигнал запуска. По это-< го- усилителя 33. му сигналу АЦП 4 под воздействием имНа фотопреобразователе 32 свето- пульсов тактовой частоты, поступающих вой поток преобразуется в электричесна его вход управления, выполняет кий сигнал и усиливается предварипреобразование напряжения и щ п , постельным усилителем 33, а затем посту- 20 тупающего на его вход. По окончании пает на калибровочный усилитель 3, В преобразования А П 4 формирует сигнал Ц оптический канал помещают образец, "Конец преобразования", который с выпропускание которого принимается за хода АЦП через схему 14, шину 15 пос100%в и нажимают клавишу "Калибровка" тупает в процессор 7, По этому сигнаклавиатуры 12, При этом вырабатыва25 лу процессор через шину 15 и схему 14 ется соответствующий код, по которосчитывает код преобразованного сигнаму процессор 7 переходит к выполнела $дцп и анализирует его. Если N/ш л нию пр " раммы "Калибровка". меньше половины максимального кода АЦП кАц,Г| Л а к с ' н а В Х О Д схемы 6 цифро30 вого управления коэффициентом усилеСначала процессор 7 через шину 15 ния процессор через шину 15„ схему извлекает из запоминающего устрой14, ее второй выход, выдает код коства 8 код и выполняет установку с в е эффициента усиления Кщ ( К Ч ( = 1 , 2 , , t . ) , тофильтра 22 с длиной волны пропуспри котором напряжение идцД увеличикания $ 0 следующим образом. Через шивается до величины ну 15, схему 14 ввода-вывода подает 35 \ команду запуска на схему 24 управления приводом 23. Диск 2 1 , связанный с приводом 23, начинает вращаться. При пересечении кодовыми отверстиями 29 где U Q H ~ опорное напряжение АШІ. диска 21 излучения источника 28 на На этом масштабирование завершается, выходе приемника 30 образуются ими процессор переходит к измерению напульсы тока, которые усилителем-огпряжения следующим образом. Запускараничителем 31 усиливаются, привоет АЦП 4 повторно и по окончании предятся к уровню логических сигналов образования принимает код N< f причем и с выхода формирователя 25 в виде 45 последовательного кода углового положения диска 2\ поступают на третий on вход блока 5 управления на одноименгде S(Wo) - коэффициент преобразованый вход схемы 14 ввода-вывода, далее ния блока фотоприемника; 1 через шину 15 в процессор 7. Б про50 Фо^" ») ~ световой поток рабочего цессоре 7 поступающий код сравнивалуча, падающий на блок ется с кодом углового положения дисфотоприемника в момент ка 2 1 , соответствующего установке калибровки J светофильтра 22 с длиной волны пропусUQK - напряжение смещения, не кания # е , и при их совпадении на схе- 55 зависящее от светового т му 24 управления приводом 23 через потока источника,, опресхему 14 и шину 15 подается команда деляемое темновым током останова, что вызывает остановку в р а фотопреобразователя, щения диска 2 1 . посторонней засветкой, В 1627859 Если после эгого начата клавиша смещением нуля элемен"Измерение пропускания", процессор тов электронного тракта, переходит к выполнению программы в момент калибровки. "Измерение пропускания" (при выполПосле этого процессор 7 переходит нении этой программы в канале рабов режим ожидания прихода кода углочего луча должен быть размещен исвого положения модулятора, соответс /едуемый образец). ствующего перекрытию рабочего и контСначала аналогично опиранному рольного потоков, с приходом которопроцессу для программы "Калибровка" го АЦП k по команде процессора 7 вы10 для всех введенных цлин волн ^;(і = полняет измерение напряжения смеще= 0,1...п) процессор получает знания, при этом коэффициент усиления чения калибровочных величин Ч и (%)'• остается предыдущим, и получает код Uqt (2) N2 = n < U on Процессор 'устанавливает исходное значение коэффициента усиления Кх( =1 и переходит в режим ожидания кода углового положения модулятора, соответствующего пропусканию контрольного луча. По приходе контрольного луча процессор аналогично описанному для рабочего пуча получает коды N ^ и Nq для контрольного луча: и on (7) 15 - световой поток рабочего луча в момент измерений; Тки(М і) - световой поток конт20 рольного луча в момент измерений, затем вычисляет значения пропускания исслелуемого образца, Т Оті;) без уче 25 та фона где рн1 т( () ; (3) (8) 30 U и значение пропускания Т- с учетом фона к ( ^°) ~ световой поток контроль . ного луча, падающий ча блок фотоприемника, в 35 момент калибровки{ Куд - коэффициент усиления, установленный при масштабировании. Процессор устанавливает исходное 40 значение коэффициента усиления Ку=1 и вычисляет калибровочную вепичину где Ч y Г $о) ДЛЯ ДЛИНЫ ВОЛНЫ 7(0 f Описанную последовательность действий процессор выполняет для всех остальных заданных длин волн излучения ^; (І^О), и получает Н к (),") для соответствующих длин волн ~ ш (9) Полученное значение пропускания Т{ процессором 7 через шину 15 и схему 13 выводится на табло 11 игдикации. Как следует из приведенных формул (8) и (9) в отличие от прототипа значение пропускания Т' не зависит от напряжения смещения, определяемого гемновым током фотопреобразователя, посторонней засветкой и смещением нуля элементов электронного 45 тракта, изменения коэффициента преобразования блока фотопрнемника за время между калибров* ой и измерением и учитывает пропускание фона. При 50 этом член -л 77ГТ выражения (8) ком пенсирует изменение параметров общих элементов оптического тракта рабоН, чего и контрольного лучей за время между калибровкой и измерением, в На этом выполнение программы "Катом числе источника света и светолибровка" заканчивается, и гіроцегспр 55 фильтров, вносящих наибольшую погреш7 переходит к состоянию ожидания посность в результат измерений. тупления с клавиатуры 12 нового кода Таким образом, введение в состав нажатой клавншч. оптического Стока устройства образо 1627859 10 генератора соединен с входом таймера» вания рабочего и контрольного лучей, первый и второй выходы и первый вход модулятора с формирователем кода угсхемы ввода-вывода являются однолового положения, устройства совмеименными входами и выходами блока упщения лучен и устройства авгомагичесравления, о т л и ч а ю щ и й с я кого перемещения светофильтров, вытем, что, с целью повышения точности полненного в виде диска с размещени информативности измерений, в оптиным по окружности набором светофильтческий блок дополнительно введень] ров, снабженного приводом со схемой последовательно установленные за управления, и формирователя кода уг10 источником света устройство формилового положения диска, а также снабрования рабочего и контрольного лужение схемы ввода-вывода блока упчей, модулятор с формирователем кода равления дополнительными двумя вхоуглового положения, устройство с о в дами и одним выходом позволяет помещения пучей и набор светофильтров высить точность измерений и автоматизироватьпроцесс установки и смены 15 с устройством их автоматического перемещения, а схема ввода-вывода досветофильтров для предлагаемого фополнительно снабжена згорым is третьтометра. им входами и третьим выходом, являющимися одноименными входами и выходаФ о р м у л а и з о б р е т е н и я 20 ми блока управления, причем выход формирователя является первым допол1. Фотометр, содержащий оптичеснительным выходом оптического блока кий блок, включающий источник света и соединен с вторым входом блока и кювету для исследуемого образца, управления, выход устройства автомаблок фотопрнемника, калибровочный 25 тического перемещения светофильтров усилитель, схему цифрового управлеявляется вторым дополнительным выния коэффициентом усиления г аналогоходом оптического блока и соединен с цифровой преобразователь и блок уптретьим входом блока управления, вход равления , содержащий процессор, з а управления устройством автоматичеспоминающее устройство, таймер, гене- 30 кого перемещения светофильтров я в ратор, схему ввода-вывода, схему с в я ляется дополнительным входом оптизи с индикацией и клавиатурой, табло ческого блока и соединен с третьим индикации, клавиатуру и шину интервыходом блока управления, второй *зыфейса, причем вход блока фотоприемход генератора соединен с тактируюника оптически связан с выходом опти35 щим входом процессора, второй вїлход ческого блока, а выход через калибтаймера является четвертым выходом ровочный усилитель соединен с первым блока управления и соединен с входом входом аналого-цифрового преобразовауправления аналого-цифрового преобт е л я , второй вход которого соединен разователя, с первым выходом блока управления, 40 а выход - с первым входом блока управления, выход схемы цифрового уп2.Фотометр по п. 1, о т л и ч а равления коэффициентом усиления с о е ю щ и й с я тем, что устройство автодинен с входом управления коэффициматического перемещения светофильтров ентом усиления калибровочного усиливыполнено в виде диска с размещенным т е л я , а вход - с вторым выходом бло- 45 по окружности набором светофильтров, ка управления , через шину интерфейснабженного приводом со схемой управса соединены друг с другом процесления и формирователем кода углового сор, запоминающее устройство, таймер, положения, причем вход схемы управсхема ввода-вывода и схема свяяи с ления является входом управления уст50 ройства , а. выход формирователя кода индикацией и клавиатурой, с выходом которой соединено табло индикации, а углового положения явпяется выходом с входом - клавиатура, первый выход устройства, 1627854 Редактор Л.Весоловская Согіавитель А,Ястребов Техред Л.Олийнык Корректор М.Максимишинец Заказ 331 Тираж 3 30 Подписное ВНИШІИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113O3S, Москва, Ж~35, Раушская н а б . , д . 4/5 комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101