Поляриметр г. и. уткина

)5 6 4/О ПИСА ИЯ ые изме, с,88 сти оптинее к поам для веществ, промышований в ии и меГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(57) Изобретение относится к облаческого приборостроения, конкретляриметрическим устройствизмерения оптической активностии может быть использовано дляленного контроля и научных исследаналитической химии, биотехноло%45овательский институт ралазерной техники МВТУ дицине. Цель изобретения - повышение точности измерения оптической активности образцов за счет снижения нестабильности вращения поляризатора. Сущность изобретения заключается в том, что в поляриметре вращающийся поляризатор 4 выполнен в виде поляризационного светоделителя, жестко закрепленного в осевом канале вращающегося маховика 5. кинематически связанного с пустотелым ротором 6 двигателя через упругий шарнир, а статор двигателя связан с основанием через шарнир и систему упругих элементов, при этом боковой выход вращающегося поляризатора 4 оптически связан с фотоэлектрическим датчиком нулевого отсчета, прИчем выход датчика нулевого отсчета и выход компаратора сигналов измерительных фотоприемников подключены на информационные входы микропроцессорного измерителя 29 интервалов времени, 2 з,п. ф-лы, 3 ил.15 Изобретение относится к огпическому приборостроению, конкретно - к поляриметрическим . устройствам для измерения оптической активности веществ, и может быть использовано для промышленного контроля и научных исследований в аналитической химии, биотехнологии и медицине,Известны поляриметры и поляризационные сахариметры, основакнь 1 е на компенсационном методе измерения угла разворота плоскости поляризации излучения, прошедшего через оптически активными образец 11,Недостатками указанных приборов являются низкое быстродействие измерений, ограниченное пределом устойчивости следящих цепей поляриметра, а также использование сложных прецизионных электромеханических приводов для враще - ния анализатора или поляризатора.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому )еэультату является развертывак)щий поляриметр, содеркащий источник излучения, светофильтр, вращающийся поляризатор, установленный в оправе, жестко связанной с обтк)ратором измерительного потока, двигатель Вращения поляризатора, кинематически связанный гибким пассиком с обтюратором, измерительную кювету с образцом, неподвижный измерительный анализатор-свето- делитель, два фотоприемника и компаратор сигналов измерительных фотоприемников Р 1Недостаточная точность измерений для аналитических исследований маль.х количеств оптически активных веществ обусловлена влиянием неравномерности вращения поляризатора и нестабильностями времени регистрации нулевого углового Болокень я поляризатора.Целью изобретения является повышение точности измерения оптической активности образцов за счет снижения нестабильности вращения поляризатора,В поляриметре, содержащем последо вательно установленные на жестком осно.вании и оптически связанные источник излучения, светофильтр, вращающийся поляризатор, двигатель вращения поляризатора, кювету с образцом, да чик положения плоскОсти поляризации излучения, ВЫБОР" ненный в виде неподвижного аналиэаторасветоделителя, выходы которого оптически связаны с двумя фотоприемниками, соединенными с входами компаратора сигналов и устройства обработи информации, Вращающийся поляризатор вы Болнен в эиде поляризационного светоделителя, жестк: 25 Зй Э) 4 О 50 5 к " закрепленнсго в осевом канале вращающегося маховика, кинематически связанного с пустотелым ротором двигателя через устройство развязки, содержащее шарнир и упругую муфту, а статор двигателя связан с основанием через второй шарнир и систему упругих элементов, при этом второй выход вращающегося поляризатора оптически связан с дополнительно введенным фотоэлектрическим датчиком нулевого отсчета,причем выход датчика нулевого отсчета и выход датчика положения плоскости поляризации излучения соединены с информационными входами устройства обработки. информации,При этом фотоэлектрический датчик нулевого отсчета выполнен в виде неподвижно закрепленного на основании поляризационного светоделителя, выходы которого оптически связаны с фотоприемниками нулевого отсчета, подключенными на информационные входы компаратора нулевого отсчета, а устройство развязки выполкено иэ упругой муфты и упругого подвеса, при этом подвес выполнен в виде пластины, состоящей из двух колец, соединенных перемычками. причем кольцо меньшего диаметра жестко соединено с пустотелым валом ротора, а кольцо большего диаметра жестко соединено с упругой муфтой и маховиком:Поляриметр позволяет повысить точность поляриметрических измерений путем исключения влияния вибраций подшипников двигателя, технологических погрешностей изготовления статора и ротора двигателя, его электрической дисимметрии и пульсаций напряжения питания на равномерность вращения поляризатора. При. этом по сравнению с известным в предлагаемой схеме исключаются ошибки измерений, связанные с возможностью поворота поляризатора относительно лопастей обтюраторг, что повь 1 шает надежность длительной эксплуатации прибора в термоциклических условиях и тем самым ДО- полнительно увеличивает точность работы поля риметра п г) и упрощении его конструкции.Таким образом, проведенный анализ показал, что присущая предлагаемому устройству совокупность признаков с учетом новых элементов и новых связей между ними удовлетворяеэ критериям новизны, полезности и существенности, поскольку указаннь 1 е отличия позволяют повысить точность измерения оптической активности при упрощении конструкции прибора, что превышает сумму эффектов частей прибора.зом 35 40 45 50 55 На фиг.1 и редставлена структурная схема поляриметра; на фиг.2 - устройство развязки, содержащее упругую муфту и упругий подвес маховика, разрез; на фиг.З - разрез А - А на фиг.2.Поляриметр содержит источник 1 изучения, монохроматор 2, деполяризатор 3, поляризатор 4, маховик 5, пустотелый вал 6 ротора, упругие втулки 7, штифты 8, диск 9 муфты, жестко закрепленный на валу 6, двигатель 10 вращения поляризатора, включающий статор 11 двигателя, ротор 12 двигателя пружины 13 подвеса двигателя, подшипники 14 подвеса двигателя, кювету 15, поляризационный анализатор-светоделитель 16, измерительные фотоприемники 17 и 18, измерительный компаратор 19, усилитель 20 мощности, управляемый многофазный генератор 21, подшипники 22 шарнира маховика, подшипники 23 ротора двигателя, поляризационный светоделитель 24 датчика нулевого отсчета, фотоприемники 25 и 26 датчика нулевого отсчета, компаратор 27 нулевого отсчета, логическую схему 28, микропроцессор 29, информационное табло 30, отклоняющую призму 31, объектив 32, волоконный пространственный фильтр 33. фотоприемник 34 автоколлиматора, полупроводниковый лазер 35, юстировочный окуляр 36, систему 37 упругих ленточных пружин.Поляриметр работает следующим обраПоток излучения из источника 1 через монохроматор 2 и деполяризатор 3 направляется на вращающийся поляризатор 4, жестко закрепленный в осевом канале вращающегося массивного маховика 5, Поляризатор 4, выполненный в виде поляризацион ного светоделителя, разделяет падающее излучение на два ортогонально поляризованных пучка, один из которых через пустотелый вал 6 ротора направляется на измерительную кювету 15, а другой пучок используется для определения начального углового положения поляризатора, Точность определения текущего углового положения поляризатора определяется равномерностью его вращения, поэтому он жестко соединен с массивным маховиком 5. Для снижения влияния вибраций подшипниковых узлов 23 электродвигателя и технологических погрешностей изготовления статора 11 и ротора 12 двигателя маховик 5 соединен с пустотелым валом 6 двигателя через подшипниковый шарнир 22, обеспечивающий возможность плавного вращения маховика 5 вокруг пустотелого вала 6. Вращательный момент от вала ротора 6 к маховику 5 передается через легкий 5 10 15 20 25 30 диск 9, в котором закреплены два ведущих штифта 8, воздействующих через упругие втулки 7, сделанные из упругого материала с большим внутренним трением, на цилиндрические выточки маховика 5,Использование подобной конструкции узла привода поляризатора позволяет резко повысить равномерность его вращения за счет снижения влияния возмущающих факторов электродвигателя. Для снижения влияния внешних вибраций и перераспределения инерционных колебаний маховика 5 электродвигатель 10 дополнительно закрепляется в подшипниках 14 и удерживается в нейтральном положении пружинами 13.После поляризатора 4 световой измерительный поток, модулированный по азимуту плоскости поляризации, через кювету 15 и поляризационный анализатор-светоделитель 16 направляется на фотоприемники 17 и 18, регистрирующие интенсивности ортогональных поляризованных компонент принимаемого излучения. Компаратор 19 сравнивает сигналы, поступающие с фотоприемников 17 и 18, и вырабатывает в момент наступления равенства этих сигналов сигнальный импульс, поступающий на времяимпульсный вход микропроцессора 29, Световой поток, выходящий из бокового выхода поляризатора, в момент прохождения поляризатора и через начальное нулевое положение воспринимается фотоэлектрическим датчиком нулевого отсчета, который включает поляризационный светоделитель 24 и фотоприемники 25 и 26.Светоделитель 24 ориентирован в пространстве таким образом, что при нулевом ориентации поляризатора 4 интенсивности пучков на выходах светоделителя 24 равны. В этот момент электрические сигналы на выходах фотоприемников 25 и 26 равны, соответственно, сигнал на выходе компаратора 27 обнуляется, запуская тем самым логическую схему 28, вырабатывающую импульс нулевого отсчета, поступающий на опорный информационный вход микропроцессора 29. Микропроцессор измеряет временной промежуток между нулевым импульсом, поступающим со схемы 28, и измерительным, поступающим с компаратора 19, в момент равенства сигналов фотоприемников 17 и 18 и определяет угол поворота поляризатора 4 в момент компенсации, измеряя тем самым угол вращения плоскости поляризации оптически активным образом, при этом результат измерения отображается на информационном табло 30. Одновременно микропроцессор 29, измеряя временной промежуток междудвумя последовательными импульсами нулевого отсчета, определяют скорость вращения поляризатора 4 и через управляющую цепь, содержащую многофазный генератор 21 и усилитель 20 мощности, поддерживает скорость вращения двигателя постоянной.Фотоэлектрический датчик нулевого отсчета может быть выполней в виде различных конструкций, например в виде автоколлимационного узла, содержащего отклоняющую призму 31, объектив 32, световолоконный пространственный фильтр 33 и фотоприемник 34, подключаемый на опорный вход микропроцессора 29. Применение отклоняющей призмы 31 позволяет конструктивно увеличить фокусное расстояние объектива 32, обеспечив при этом компактность прибора, эа счет параллельного расположения осей измерительного поляриметрического тракта и фотоэлектрического датчика нулевого отсчета,Для повышения точности юстировки входной торец световолоконного фильтра 33 прикреплен в,центре прозрачной юстируемой измерительной сетки, установленной в фокусе коллимационного объектива 32 и юстировочного окуляра 36, В непосредственной близости от входнато торца пространственного световолокон ного пространственного фильтра 33 приклеивается выходной торец световода полупроводникового лазера 35, излучение которого коллимируется объективом 32 и используется для автоколлимационной нулевого положения поляризатора 4 при начальной юстировке поляриметра, Тем не менее фотоэлектрический датчик нулевого положения имеет невысокую точность определения нулевого отсчета, обусловленную влиянием оптических аберраций объектива и дифракций светового излучения. цаэтому с целью повышения точности фиксации нулевого положения предложен поляризационный фотоэлектрический датчик нулевого положения, содержащий поляризационный светоделитель 24 и фотоприемники 25 и 26. Предлагаемое устройство позволяетувеличить точность поляриметрических из 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 мерений в 3-4 раза, что позволяет широко испольэовать его в поляриметрах в различных отраслях промышленности, в частности биотехнологии и медицине,Формула изобретения 1. Поляриметр, содержащий последовательно установленные на жестком основании и оптически связанные источник излучения, монохроматор, поляризатор, двигатель вращения поляризатора, кювету с образцом, датчик положения плоскости поляризации излучения, выполненный в виде неподвижного анализатора-светоделителя, выходы которого оптически связаны с двумя фотоприемниками, соединенными с входами компаратора сигналов и устройства обработки информации, отл ича ю щи йс я тем, что, с целью повышения точности измерения, поляризатор выполнен в виде поляризационного светоделителя, жестко закрепленного в осевом канале маховика, кинематически связанного с пустотелым валом ротора двигателя через устройство развязки, содержащее шарнир и упругую муфту, а статор двигателя кинематически связан с основанием через второй шарнир и систему упругих элементов, при этом второй выход поляризации оптически связан с дополнительно введенным фотоэлектрическим датчиком нулевого отсчета, причем выход датчика нулевого отсчета и выход датчика положения плоскости поляризации излучения соединены с информационными входами устройства обработки информации,2. Поляриметр по п.1, отл и ч а ю щийс я тем, что фотоэлектрический датчик нулевого отсчета выполнен в виде поляризационного светоделителя, выходы которого оптически связаны с фотоприемниками, соединенными с входами компаратора.3. Поляриметр по п.2, от л и ч а ю щи йс я тем, что в устройстве развязки шарнир выполнен в виде упругого подвеса, который состоит из пластины в виде двух колец, соединенных перемычками, причем кольцо меньшего диаметра жестко соединено с пустотелым валом ротора, а кольцо большего диаметра жестко соединено с упругой муфтой и маховиком,696896 А-А 1Составитель Г.ВоробТехред М.Моргентал Ревская едактор И.Шул орре аказ 4297 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5 нно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 Произв