Поляриметр для измерения концентрации сахара в моче

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 51)5 6 01 Л 4/О 11онструкторское бюро Л,М. Фото для авторования. - 1-166.СР ИЯ КОНприборостнные фильнем отрезке ия является упрощеОСУДАРСТ 8 ЕН ЮЕ ПАТЕНТНОЕЕДОМСТ 80 СССРОСПАТЕНТ СССР) ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(72) А.И.Пеньковский (56) Гринштейн М.М., электрические концен матического контроля М.: Машиностроение,Авторское свидете М 4810384, кл. 6 01,3 4 (54) ПОЛЯРИМЕТР.ДЛ ЦЕНТРАЦИИ САХАРА (57) Использование: оп роение, Сущность: пол тры и кювета установле Кучи кян ратомер и регули 966, с. 15 льство СС /04, 1990 Я ИЗМЕР В МОЧЕ тическое яризацио ны взад Изобретение относится к оптико-механическим приборам, предназначенным для измерения угла поворота плоскости поляризации света оптически активными вещест,вами, например, сахаром. Поляриметр предназначен для измерения концентрации сахара в моче при диагностике и лечения сахарного диабета.Целью изобретенние конструкции.На фиг.1 показана структурная схема одного из возможных вариантов поляриметра для измерения концентрации сахара в моче; на фиг.2 - составной поляризационный фильтр вместе с якорем вибрационного модулятора и с электромагнитами для возбуждения колебаний якоря; на фиг.3 - кривая зависимости интенсивности света от угла поворота плоскости поляризации света, иллюстрирующая работу поляриметра. проекционной системы, составной поляризационный фильтр установлен в плоскости изображения щели, выполнен в виде двух примыкающих по линии встык друг к другу частей, плоскости пропускания которых составляют соответственно углы+45 и -45 по отношению к плоскости пропускания простого поляриэационного фильтра и закреплен на якоре электромеханического вибратора так, что линия раздела частей составного поляризационного фильтра параллельна длинной стороне изображения щели, параллельна плоскостям плоских упругих элементов вибратора, поддерживающих якорь и расположенных параллельно друг другу, а амплитуда перемещения якоря больше ширины иэображения щели, 3 ил,Поляриметр для измерения концентрации сахара в моче содержит оптически связанные источник излучения 1 (фиг.1), диафрагму в виде щели 2 шириной В и длиной С, установленную вблизи источника излучения 1, коллиматорную линзу 3 и дополнительную линзу 4, которая совместно с линзой 3 составляет проекционную систему с передним отрезком г 1 и задним , отрезком т 2 Между линзами 3, 4 в параллельных лучах установлен светофильтр 5 с максимумом пропускания, например, на длине волны 1 =589 нм (линия О спектра).В заднем отрезке проекционной системы 3, 4, т.е. за линзой 4, установлены последовательно простой поляризационный фильтр 6 с азимутом плоскости поляризации, например,.О. т.е, совпадающим с горизонтом, кювета 7 длиной . с защитными изотропными стеклами 8, наполненная исследуемойсредой 9, и составной поляризационный фильтр 10: Задний отрезок Ь 2 проекционной системы 3; 4 удОвлетворяет условию т 21, Составной поляризационный фильтр 10 установлен в плоскости изображения щели 2и выполнен в виде двух примыкающих полинии встык друг к другу частей размерами22ХС - . и УВ - , Плоскости пропускания чат 1 01стей 11 и 12 поляризационного фильтра 10 составляют соответственно углы +45 О и -45 по отношению к плоскости пропускания закрепленного неподвижно простого поляриэационного фильтра 6. Составной поляриэационный.фильтр 10 с взаимно перпендикулярйыми плоскостями пропускания составляющих частей 11, 12 закреплен на якоре 13 (фиг.2) электромеханического вибратора так, что линия раздела частей 11, 12 параллельна длинной стороне изображения 14 щели 2 и параллельна плоскостям плоских упругих элементов 15, 16 вибратора, ф поддерживающих якорь 13, и расположенных параллельно друг другу на расстоянии ЬХ+У. На якоре 13 закреплены одна или две пластинки 17 из магнитомягкого материала, На корпусе йоляриметра закреплены соответственно одна или две катушки 18 с магнитопроводами 19 с зазором. Катушки 18 через диод 20 подключены к сети переменного тока. Масса якоря 13, длина 1 упругих элементов 15, 16, их упругие свойства и величина тока через катушки 18 подобраны так, что амплитуда А перемещения якоря 13 удовлетворяет условию В - АУ, За состав-.т 211ным поляризационным фильтром 10 (фиг.1) установлена собирающая линза 21 и фотопрйемник 22, .Фотоприемник 22 через емкость 23 связан с усилителем 24, у которого коэффициент усиления регулируется при. настройке. Усилитель 24 связан с индикатором 25. Одновременно фотоприемник 22 соединен с устройством сравнения 26, на второй вход которого подключен эталонный сигнал постоянной амплитуды. Выход устройства сравнения 26 соединен с регулирующим элементом 27, который регулирует величину тока источника излучения 1 от источника тока 28.Поляриметр для измерения концентрации сахара в моче работает следующим образом.Часть лучей от источника излучения 1проходит щель 2, коллиматорную линзу 3 и. в виде коллймированного пучка проходитсветофильтр 5. Далее квазимонохроматический свет с максимумом эффективной спектральной плотности, совпадающей с длиной волны 1 =589 нм, проходит линзу 4, поляриэационный фильтр 6, защитное стекло 8, исследуемую среду 9, составной поляриэационный фильтр 10, линзу 21 и воспринимается фотоприемником 22, При этом, проекционная система из линз 3, 4 переносит изображение щели 2 в виде светящейся полоски света 14 в плоскость составного поляризационного фильтра 10 с увеличени 1 гем М= - , а линза 21 собирает все лучи наифоточувствительном слое фотоприемника .22. Оптическая схема отьюстирована так,что если диод 20 (фиг,2) обесточен и якорь 13 находится в покое, то средняя линия изображения щели 2 в виде полоски света 14 совпадает с линией соприкосновения частей 11, 12 составного поляризационного фильтра 10. С момента включения поляри метра в сеть переменный ток в виде импульсов одной полярности частоты сети в проходит через катушки 18 и в зазоре магнитопроводов 19 периодически также с частотой в возникает магнитное поле, которое 25 увлекает пластинки 17 и якорь 13 совершаетколебательное движение с частотой возбуждения а строго в направлении перпендикулярном линии контакта частей 11, 12 составного поляризационного фильтра 10 с амплитудой А, которая удовлетворяет усло 2вию В - АУ, При этом, линейно поляри 11зованныйсвет после кюветы 7 со средой 9 периодически также с частотой о) проходит то через верхнюю часть 11 (фиг,2), то через нижнюю часть 12 составного поляризационного фильтра 10,Если исследуемая среда 9 (фиг,1) не обладает оптической активностью, т.е. не содержит сахара, то квазимонохроматический линейно поляризованныл свет с азимутом 0 проходит исследуемую среду 9 без изме. ьнений. Следовательно, вследствие периодического прохождения этого света то через верхнюю часть 11, то через нижнюю часть 12 составного поляризационного фильтра интенсивность света, воспринимаемая фотоприемником 22, остается постоянной и равной примерно половине интенсивности.о падающего на составной поляризационный фильтр 10 света, что на кривой Мал юса, отображающей зависимость интенсивности светаот угла вращения плоскости поляризации а (фиг.3) можно отобразить точками 1, 2, Если исследуемая среда 9 содержит сахар и обладает оптической активностью, то в зависимости от концентрации сахара С на выходе кюветы с исследуемой средой азимутлинейной поляризации а из10 15 му с передним отрезком т и задним 2, све 25 тофильтр, двэ поляриэационных фильтра,30 40 45 шению к плоскости пропускания первого 50 менится на величину Ла=0,01 СЦ алло, где ( а 0=52,6 - удельное вращение плоскости поляризации сахара для рабочей длины волны 1=589 нм, В этом случае после периодического прохождения линейного поляризованного света с азимутом О+ Ла 0 через части 11 и 12 составного поляризационного фильтра 10 интенсивности света будут различные (на фиг,З отображено точками 3, 4), поскольку один из них уменьшается на Ь =0 эи Ла (точка 3, фиг.З), агдругой на такую же оеличину увеличивается (точка 4, фиг.З).В результате в спектре сигнала фотоприемника 22 (фиг,1) кроме постоянной составляющей, пропорциональной интенсивности света= 0,50(точка 5 на фиг,З), будет присутствовать переменная составляющая частоты в, которая пропорциональна интенсивности Ь(кривая 6, фиг,З). Переменная составляю щая сигнала фотоприемника 22 отфильтровывается с помощью емкбсти 23 (фиг.1), усиливается усилителем 24 и ее амплитуда измеряется, например, индйкатором 25, Шкала концентрации индикатора 25 соглас 100 Ьано зависимости С= изготавливается. (а)о 1с учетом длины кюветы 7. Например, при ;-100 мм С=2 Ьа . Индикатор 25.может быть стрелочным или в виде цифрового вольтметра с выходом для подключения цифропечатающих устройств, Для устранения влияния поглощения т на результаты измерения угла поворота плоскости поляризации Ьа исследуемой средой и, следовательно, концентрации С сахара, постоянная составляющая сигнала фотоприемника 22 подается на один вход сравнивающего устройства 26, э эталонный(опорный) потенци-ал подается на второй вход устройства 26. Разница этих потенциалов подается на ре-гулирующий элемент 27, который регулирует величину тока источника излучения 1 от источника 28 и тем самым регулирует интенсивность излучения источника 1 так, что постоянная составляющая сигнала фотоприемника 22 в независимости от поглощения т среды 9 всегда равна установленной заранее в процессе калибровке величине, которую принимает эа единицу. Такая автоматическая регулировка единичного значения постоянной составляющей обеспечивает пропорциональность Ь =2 Ь а =С, достаточную точность и простоту измерений концентрации сахара в моче.Описанный поляриметр проще существующих известных фотоэлектрических поляриметроо не только тем, что не содержит сложных углоиэмерительных устройств, не содержит компенсаторов, но и тем, что не содержит двухлучевой призмы и не содержит конденсора при сохранении высокой точности, Таким образом, достигается эффект упрощения конструкции, снижения трудоемкости, что делает его доступным для широких масс населения. Обслуживание поляриметра предельно простое, для работы с ним не требуется особых навыков, результаты измерения обьективные, что не утомляет оператора; Поляриметр найдет широкое применение как в клиниках, санаториях, так и в быту для самоконтроля больных диабетом,Формула изобретенияПоляриметр для измерения концентрации сахара в моче, содержащий оптически связанные источник излучения, диафрагму, коллиматорную линзу и дополнительную линзу, составляющие проекционную системежду которыми расположена кювета длинойс исследуемой средой, модулятор, фокусирующую линзу, фотоприемник с усилителем, последовательно соединенные устройство сравнения, соединенный с источником излучения регулирующий элемент и источник питания, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения конструкции,диафрагма выполнена в виде щели шириной В и длиной С, поляризационные фильтры и кювета расположена в заднем по ходу излучения отрезка проекционной системы, удовлетворяющем условию 2, второй по ходу излучения .поляризационный фильтр установлен о плоскости изображения щели и выполнен в виде двух примыкающих по линии друг к другу частей размерами ХСт 2 Л 1 и У 812/11, плоскости пропускания которых составляют углы+45 и -45 по отнополяризационного фильтра, и закреплен на модуляторе, выполненном в виде электромеханического вибратора с якорем тэк,что линия раздела частей второго поляризационного фильтра параллельна стороне изображения щели и плоскостяМ упругих элементов вибратора, установленных э контакте с якорем и расположенных одна параллельно другой на расстоянии 1 ) Х+У,причем якорь выполнен так, что амплитудаперемещения А удовлетворяет условиюВЫ 11 АУ,1803746 1 Я Составитель А. ПеньковскийТехред М.Моргентал Корректор 1 М,Редактор О, Стени ан аказ 1049 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г,д, ул,Гагарина, 101