Спектрометр

(56) Патент СШАкл. С 01 Л 3/42Патент СШАкл. 6 01,7 3/42 Бюл, Ф 26вский и Н.Я.8) .В 4279510,1981.В 4325634,1982нд ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТК ОПИСАНИЕК АВТОРСКОМУ СВИД(54)(57) СПЕКТРОИЕТР, включающий оптическое устройство, содержащее оптически связанные .источник излучения трехтактный оптический ком 1мутатор для последовательного направления потока излучения в опти-. ческую систему канала сравнения, в оптическую систему канала образца ив поглотитель излучения, двухтактный оптический коммутатор, монохроматор и фотоприемное устройство, измерительное устройство, содержащее аналого-цифровой преобразователь (АЦП) устройство коррекции фона, устройство отображения информации, запоминающее устройство сигнала сравнения и генератор опорных напряжений, устройство синхронизации, содержащее датчик тактов и датчик циклов, связанные с трехтактным оптическим коммутатором, при этом выход фотоприемного устройства подключен:к первому входу АЦП, выход которого подключен к первым входам устройства отображения информации, устройства коррекции фона и запоминающего устройства, а выход устройства коррекции фона подключен к электрическому входу фотоприемного устройства, о т л и ч а ю " щ и й с я тем, что, с целью ловы щения быстродействия, в измеритель" ное устройство введены коммутатор опорного сигнала и компаратор, причем коммутируемые входы коммутатора подключены к выходу генератора опорных напряжений и к выходу запоминающего устройства сигнала сравнения, а выход коммутатора под-. ключен к опорному входу АЦП, входы компаратора подключены к выходам запоминающего устройства сигнала сравнения и генератора опорных напряжений, в устройство синхронизации введены логическая ячейка И-НЕ и три П-триггера, входы установки которых подключены к выходу датчика циклов, а входы синхронизации подключены к выходу датчика тактов, при этом прямой выход первого триггера подключен к второму входу устройства коррекции фона и к входу9 авй данных второго триггера, прямой вы- р ход второго триггера подключен к входу управления запоминающего устройства сигнала сравнения и к первому входу логической ячейки И-НЕ, фф его инверсный выход подключен к . ф входу. данных первого триггера,. пря- мой выход третьего триггера подключен к входу управления коммутатора опорного сигнала и второму входу устройства отображения информации, втррой вход логический ячейки И-НЕ подключен к выходу компаратора, ее выход подключен к входу данных третьего триггера, а выход датчика .тактов подключен к третьему входу АЦП.Изобретение относится к спектральному приборостроению и может быть использовано при создании спектрометров и спектрофотометров с цифровой обработкой результатов измерений и получением на выходе значения коэффициента пропускания, отражения или других оптических характеристик в зависимости от длины волны.Целью изобретения является повы шение быстродействия.На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого спектрометра.Основными частями спектрометра являются оптическое устройство 1, устройство 2 синхронизации, измерительное устройство 3 Оптическое устройство состоит из источника 4 излучения, двухканальной оптической 20 системы иэ двух пар вогнутых зеркал 5, 6 и 7,8, причем зеркала 5 и 6 образуют канал образца, а 7 и 8 - канал сравнения, трехтактного оптического коммутатора на основе пово- Б ротного зеркала 9 с приводом 10 и сопряженного с ним двухтактного коммутатора 11, монохроматора 12 и фотоприемного устройства 13, подключенного к измерительному устройству 3. Кроме того, оптическое устройство 1 снабжено поглотителем 14 излучения.Устройство 2 синхронизации в спектрометре содержит датчик 15 циклов35 и датчик 16 тактов работы оптического коммутатора., три 0-триггера 17, 18 и 19 и логическую ячейку И-НЕ 20.Входы установки всех Р-триггеров 17, 18 и 19 подключены к выходу датчика 15 циклов, а их входы С синхронизации - к выходу датчика 16 тактов.Прямой выход первого триггера 17соединен с.входом данных П второго триггера 18, инверсный выход второ- ф го триггера 18 - с входом Р данных первого триггера 17. Первый входячейки И-НЕ 20 соединен с прямым выходом второго триггера 18, а ее выход - с входом Р данных третьего 50 триггера 19.Измерительная система 3 спектрометра выполнена на основе АЦП 21, 1выход которого связан с входными данными устройства 22 отображения , 55 информации, устройства 23 коррекции фона и запоминающего регистра 24, входящего в состав цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 25, который выполняет функции запоминающего устройства сигнала сравнения.ЦАП 25 подключен к одному из коммутируемых входов коммутатора 26 опорного сигнала и к входу сравнения компаратора 27, Второй коммутирующий вход коммутатора 26 опорного сигнала соединен с одним иэ выходов генератора 28 опорных напряжений. Выход коммутатора 26 подключен к опорному входу АЦП 21, а второй выход генератора 28 опорных напряжений - к второму опорному входу компаратора 17, Выход компаратора 27 соединен с вторым входом ячейки И-НЕ 20. Прямые выходы триггеров 17 и 18 соединены с входами управления устройства 23 коррекции фона и ЦАП 25, точнее его запоминающего регистра 24 соответственно,.а прямой выход триггера 19 - с входами управления устройства 22 отображения информации и коммутатора 26 опорных сигналов.Работа устройства в режиме спектрофотометра осуществляется следующим образом.Цикл измерения состоит из трех тактов, соответствующих установке зеркала 9 оптического коммутатора в одно из трех фиксированных положений, что сопровождается выдачей сигнала синхронизации от датчика 16 тактов. Каждый цикл запускается сигналом, поступающим от датчика 15 циклов с неоольшим опережением по .отношению к первому тактовому импульсу, При поступлении сигнала от датчика 15 циклов измерительная система устанавливается в исходное состояние, т.е, триггеры 17, 18 и 19 устанавливаются в состояние "1При этом на входы управления устройства 29 коррекции фона запоминающего регистра 24 и устройства отображения информации поступят сигналы "Логическая 1", что приведет к сбросу записанных в них данных. Кроме того, под действием такого же сигнала коммутатор 26 опорного сигнала подключит к опорному входу АЦП 21 выход генератора 28 опорных напряжений, а на вход данных триггера 17 с инверсного выхода триггера 18 поступит сигнал "Логический 0",Вследствие сброса данных эапоминаюшего регистра 24 на вход сравне3 .1167445 4ния компаратора 27 поступит нулевой нал "Логический 0"сигнал, существенно меньший сигнала выхода открывает эана его опорном входе, что приведет гистр, который залок появлению логического 0, на пающий от АШ 1 цифровтором входе ячейки И-НЕ 20 и, сле менно логический "Одовательно, к поступлению логичес- поступает на первыйкой "1" на вход данных триггера 19. Логическая "1" с инПервый такт работы соответствует триггера до окончанизмерению фона. Зеркало 9 оптичестового импульса поского коммутатора при этом устанав О данных триггера и уливается в изображенное на чертеже состояние "Логическположение, так что поток излучения Код, введенный вот источника 1 прерывается и направ- регистр, в виде анляется этим зеркалом в поглотитель подается с выхода11 излучения, При поступлении сигна коммутируемых входола от датчика 16 тактов на входы,опорного сигнала исинхронизации триггеров 17, 18 и 19 ния компаратора, Еспроизойдет переключение в состояние нала сравнения на в"0" только триггера 17, на входе ра больше заданнойданных которого был выставлен логи пающей на его опорнческий "0". Логический "0" с выхода ратоа опорных напртриггера 17 поступит на вход данных выходе компараторатриггера 18, а также откроет устрой- ся логическая "1".ство 23 коррекции фона, на.вход крывается ячейка Иданных которого поступит код фона д 5 данных триггера посс выхода АЦП 21, запущенного также кий "0".В противномтактовым импульсом датчика 16, Анаходе сохраняетсялоглоговый сигнал с выхода устройства 1При поступлении23 коррекции фона поступит на корвого импульса от дректирующий вход фотоприемного уст-,личии логическогоройства 13.данных триггера 19Во втором такте производитсяся в положение "Лоизмерение стандартного образца. Зерсигналу Логически"кало 9 оптического коммутатора нада открывается устправляет излучение от источника 135 жения информации,в канал сравнения 7, 8, в которомопорного сигнала пустановлен стандартный образец. Излуный вход АЦП 21 счение, прошедшее через этот образец,опорных напряженийнаправляется оптическим коммутатона котором от предьром 11 в монохроматор 12 и далее в40 раняется сигнал, сфотоприемное устройство 13. Пристандартному образэтом сигнал , формируемый приемниму код на выходеком, входящим в устройство 13, бумого третьим тактовдет равен сумме сигналов, соответдет соответствоватствующих пропусканию стандартного45 канала образца, аобразца и фону. Из этого сигнала будет вычитаться сигнал фона, поступивший в преды" дущем такте от устройства коррекции, поэтому во втором такте на вход . 50 АЦН поступает сигнал, соответствующий интенсивности излучения, прошедшегочерез стандартный образец,Синхронно с установкой зеркал от датчика на АЦП и триггеры посту пает второй тактовый импульс, запускающий АЦП и устанавливающий в состояние "Логический О" триггер. Сигс его прямогопоминающий реминает постувой код. Одновреот триггеравход ячейки И-НЕ,версного выходаия второго тактупит на вход 0становит его вая 1"запоминающииалогового сигналаЦАП на один изв коммутаторана вход сравнели величина сигходе компаратовеличины, постуый вход от генеяжений,то наустанавливаетВ результате отНЕ и на вход Ртупает логичесслучае на этомвыическая "1",третьего тактоатчика 16 и на 0" на входе 0он устанавливаетгический 0". Пои О с его выхоройство 22 отобраа коммутатор 26ереключает опор-.генератора 28на выход ЦАП 25,дущего такта сохоответствующийцу. Благодаря этоАЦП 21,. запускаеым импульсом, буь не сигналу изотношению сигналов исследуемого и стандартногообразцов, т.е, конечному результатузначения пропускания исследуемогообразца. Кроме того, поскольку максимальное значение кода АЦП соответствует напряжению, подаваемому4на его опорный вход, в предлагаемомспектрометре максимальная разрешающая способность АЦП реализуется прилюбом уровне сигнала в канале сравнения, Благодаря этому исключаютсяошибки из-за неполного использования разрядности АЦП,5Если сигнал сравнения во втором такте был меньше заданного (на входе 0 данных триггера 19 установлена логическая "1" ) , этот триггер не переключается н устройство 22 отображения ин 1167445 Составитель Ю. ГрузевичТехред Ж.Кастелевич Корректор О. Тигор ктор М. Келе П писноР митетаткрыт ийд. 4/5 ская"Патент", г. Ужгород. ул, Проек 4424/39 Тир ВНИИПИ Государст по делам изобр 113035, Москва, Ж аж 897енноготений5, Раув формации остается заблокирован-ным.После окончания третьего такта датчик 15 циклов выдает очередной импульс, и описанный процесс измерения повторяется.