Фотометр

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветсимкСоциалистическиеРеспублик пц 920400(5)М. Кл. 6 011 1/44 с присоединением заявкиВвударстикный кемнтет СССР(53) УДК 5 З 5. .241 (088.8) де делам извбретенкй и опрыткй(71) Заявитель Коммунарский горно-м ический тптееит ечива на резуИзобретение относится к приборостроению, а именно к фотометрии, и может, быть использовано в оптических спектро анализаторах, например, для определения химического состава веществ.Известен фотометр, содержащий источник света, оптические каналы, модулятор, фотопреобразователь и регистратор т 13Наиболее близким по техническомурешению к предлагаемому изобретениюявляется фотометр, содержащий источник света, светоделительное устройство, измерительный и эталонный оптические каналы, модулятор с блоком управления, фотопреобразователь, отход которого соединеен с последовательно соединенными первым.и вторым управляемыми резисторами, общая точка которых соединена с первым входом компаратора, выход которого соединен с первым входом ключа,Ю через который генератор импульсов соединен с интегратором, первый выход которого соединен с регистратором, второй выход соединен с управляющим входомпервого управляемого резистора, а синхронизирующий вход соединен с блоком управления модулятора, с которым такжесоединен второй вход ключа, и реэистивный делитель 1,21,Однако известное устройство имеетнедостаточно высокую точность вследствиетого, что на результат измерений оказывают влияние изменения во времени коэффициентов передачи каналов синхронногокоммутатора, а так как каждый сигналв известном устройстве проходит по своему каналу синхронного коммутатора, топри изменении коэффициентов передачи,каналов в результате измерений вноситсяпогрешность. Кроме того, в известномустройстве на точность измерений оказывают влияния смещения нуля дифференциального усилителя и компаратора.Отруктура известного устройства не обеси етисключения указанных влиянийльтат измерений,3 92040Бель изобретения - повышение точности измерений.Для достижения указанной цели в известный фотометр, содержащий источник света, светоделительное устройство, из- мерительный и эталонный оптические каналы, модулятор с блоком управпения, фотопреобразователь,. вход которого соединен с последовательно соединенными первым и вторым управляемыми резисто р рами, общая точка которых соединена с первым входом компвратора, выход которого соединен с первым входом ключа, . через который генератор импульсов соединен с интегратором, первый выход которого соединен с регистратором, второй . выход соединен с управпяюшим входом первого управляемого резистора, а синхрониэирующий вход соединен с блоком управления модулятора, с которым твкже соединен второй вход ключа, и резистивный делитель, введены источник опорного напряжения, два дополнительных интегратора и два дополнительных клюа, причем вторые входы дополнительных ключей соединены с блоком управления, а первые с выходом компаратора, второй вход которого соединен с выходом резистивного делителя, вход которого соединен с источником опорного напряжения, а один резистор реэистивного делителя вйполнен управляемым, и его управляющий вход соединен с выходом первого дополнительного интегратора, соединенного через первый дополнительный ключ с генератоЗ 5 ром импульсов, с которым также соединен через второй дополнительный ключ второй дополнительный интегратор, выход которого соединен с управляющим входом второго управляемого резистора,4 О синхронизируюшие входы всех дополни-) тельных интеграторов соединены с блоком управпения модулятора.На чертеже показана структурная схема устройства.Устройство содержит источник света 1,15 светоделитепьное устройство 2, оптическиеканалы 3 и 4, фотопреобрвзователь 5, модулятор 6. На выходе фотопреобразоввтеля 5 включен делитепь напряжения,состоящий из цифровых управляемых резисторов 7 ( Р ) и 8 ( Ь). Выход этого делителя напряжения подключен на первый вход компаратора 9, второй входФкоторого подключен к выходу преобразователя импульсов в напряжение, в состав которого входит резистивный делитель напряжения, состоящий из постоянного резистора 10 ( %) и управляемого ре 0 4зистора 11 ( Й ). Выход компараторв9 подключен к первым управляющим входам трех ключей 12 - 14, входы которыхсоединены с генератором 15 импульсов,.а выходы с интеграторами, соответственно 16 - 18, при этом интегратор 16,входящий в преобразователь импульсов внапряжение, связан с управляющим входом управляемого резистора 11, интегратор 17 - .с управляющим входом управляемого резистора 8, интегратор 18 - суправляющим входом управляемого резистора 7 и регистратором 19. Блок 10 управления соединен с модулятором 6, совторыми входами ключей 12 - 14 и синхронизируюшими входами интеграторов16 - 18. Вход резистивного делителясоединен с источником 21 опорного напряжения,Устройство работает следуюшим образом,Ключи. обеспечивают прохождение сигналов с генератора 15 импульсов в пересчетные устройства интеграторов толькопри одновременном наличии двух управляющих сигналов, .один из которых можетпоступать с компарвтора 9, а второйблока 20 управления.Световой поток источника 1 светоделительным устройством 2 разделяетсяна два луча, один из которых проходитчерез измерительный оптический канал 3,в котором взаимодействует с анализируемой пробой.и попадает на фотопреобразователь 5,второй проходит эталонныйоптический канал 4, в котором взаимодействует с этапонной пробой и такжепопадает на фотопреобрвэователь 5. Световые потоки каждого луча модулируютсямодулятором 6 таким образом, что онипопадают на, фотопреобраэоватепь 5 вразные промежутки времени и кроме того, между ними имеются промежутки, вкоторые свет от источника 1 не попадаетна фотопреобразоват ель5,Сигналы, полученные в моменты освещения фотопреобраэователя 5, кромесоставляквпих, вызванных световыми потоками, имеют постоянную составляющую,обусловленную темновым током фотоприемника и смешением нуля усилителя, вв момент отсутствия световых потоковимеют только указанную постоянную. составляющую.Сигналы с выхода фотопреобрвэователя 5 поступают нв делитель напряжения, выполненный нв резисторах 7 и 8,при этом в начальный момент времени,когда нв фотопреобрюователь 5 световые5 9204потоки от источника 1 света не попадают, блоком 20 управления через пере-,счетные устройства соответствующих интеграторов устанавливаются; сопротивление резистора 7 равным нулю, сопротивление резистора 8 равным максимальномузначению, сопротивление резистора 11равным нулю. Поэтому в этот момент напервый вход компоратора 9 поступаетвесь электрический сигнал О , равный 10постоянной составляющей, величина которой определяется темновым током и смещением нуля фотопреобразователя 5, ана второй вход компаратора 9 поступаетсигнал равный нулю. Кроме того, компаратор обычно имеет смещение нуля, которое можно считать как величину Оприложенную к одному иэ входов компаратора 9, например, ко входу на которыйподается сигнал с делителя напряжения 20на резисторах 7 и 8. Поэтому на первыйвход компаратора 9 в этот момент поступает сигнал равный О с Ос, Таккак сигнал О 4 Н,больше нуля, то с выхода компоратора 9 на первый вход ключа 12 поступает .сигнал, разрешающийпрохождение импульсов с генератора 15импульсов в пересчетное устройство интегратора 16. Одновременно с этим с блока 20 управления на второй, вход ключа о12 поступает сигнал, разрешающий прохождение импульсов в пересчетное устройство интегратора 16, а на вторые входы ключей 13 и 14 сигналы - запрещающие прохождение импульсов в пересчетныезустройства интеграторов 17 и 18. Вэтот момент начинают проходить импульсы с генератора 1 5 импульсов только в .пересчетное устройство интегратора 16,так как одновременно с разрешающимсигналом с компаратора 9, поступа 1 ощимна первый вход ключа 12, на его второйвход с блока 20 управления, также поступает разрешающий сигнал,В накопителе пересчетного устройстваинтегратора 16 начинает увеличиватьсячисло импульсов, а, следовательно, уве-личивается сопротивление резистора 1:2.Сопротивление резистора 11 устанавливается таким, чтобы напряжение на выходе делителя напряжения, образованногорезисторами 10 и 11, поступающее навторой вход компаратора 9, было близкок напряжению О 1 ц, поступающемуна его первый вход, т.е. 00 6где г 4- новое значение сопротивления резистора 1 1.В момент наступления указанного равенства с компаратора 9 на первый вход ключа 12 поступает сигнал запрета, и прохождение импульсов с генератора 15 импульсов в пересчетное устройство интегратора 16 прекращается. С этого момента на второй вход компаратора 9 в течение периода измерений поступает сигнал, равный 0Ос.В следующий момент на фотопреобразователь 5 поступает световой сигнал, прошедший через эталонный оптический канал 4. Одновременно с этим, с блока .: 20 управления на пересчетное устройство интеграторов 17 и 18 поступают имнульсы, устанавливающие такое состояние на копителей пересчетных устройств, при ко торых на резисторе 7 устанавливается величина сопротивления, равная заданному значению к а на резисторе 8- равная нулю, и с того же блока 20 управления поступают сигналы запрета на ключи 12 и 14, а на второй вход ключа 13 поступает сигнал, разрешающий прохождение импульсов с генератора 15 импульсов в пересчетное устройство интегратора 17.На вход делителя напряжения на резисторах 7 и 8, в этот момент поступает сигнал, равный сумме ностоянной составляющей и и напряжения , пропорционального световому потоку, прошедшему через эталонный оптический канал 4.Так как сигнал, поступающий на первый вход компоратора 9, меньше сигнала равного О + 0, поступающего на его второй вход, с выхода компаратора 9 на периый вход ключа 13 поступает сигнал, разрешающий прохождение импульсов с генератора 15 импульсов и, пересчетное устройство, интегратора 17. В накопителе пересчетного устройстваинтегратора 17 начинает увеличиваться число импульсов, а, следовательно, увьличивается сопротивление цифрового ре.- зистора 8, Сопротивление резистора 8 устанавливается таким, чтобы напряжение на выходе делителя напряжения, образованного резисторами 7 и 8, поступающее в это время на первый вход компаратора 9, в сумме с Ощ было близко к напряжению, равному О О, поступающему на его второй вход с делителя напряже ния на резисторах 1 0 и 1 1те еатф "1ц -о920400 откуда откуда(ф)О где г - новое значение сопротивлениярезистора 8.В момент наступления указанного равенства с компаратора 9 на первый входключа 13 поступает сигнал. запрета ипрохождение импульсов с генератора 15импульсов в пересчетное .устройство интегратора 17 прекращается.В следующий момент на фотопреобра-.зователь 5 поступает световой сигнал,прошедший через измерительный оптический канал 3.15Одновременно с этим, с блока 20 управления на пересчетное устройство интегратора 18 поступает импульс, устанаваиваюший такое состояние его накопите ля, при котором на резисторе 7 устанавливается величина сопротивления равная нулю, и поступают сигналы запрета наключи 12 и 13, а на второй вход ключа14 поступает сигнал, разрешающий прохождение импульсов с генератора 15 им-,5пульсов в пересчетное. устройство интегратора 18.На вход делителя напряжения на резисторах 7 и 8, поступает сигнал, равный сумме постоянной составляющей 0 и ЗО напряжения 0,1, пропорционального световому потоку, прошедшему через измерительный оптический канал 3.Так как сигнал, поступающий на первый вход компаратора 9, больше сигнала, равного О ф Уо , поступающего на его второй вход, то с выхода компаратора 9 на первый вход ключа 14 поступает сигнал, разрешающий прохождение импульсов с генератора 15 импульсов в пересчетное устройство интегратора 18. В накопителе пересчетного устройства интегратора 18 увеличивается число импульсов, а следовательно, увеличивается сопротивление цифрового резистора 7. Накопление импульсов продолжается до тех пор, пока сопротивление резистора 7 не установится таким, при котором напряжение на выходе делителя напряже ния, образованного резисторами 7 и 8, поступающее в это время на первый вход компаратора 9 в сумме с Онестанет близким к напряжению равному 0 Оц, поступающему на второй вход компаратора 9 с .делителя напряжения55 на рюисторах 10 и 11, т.е. где- новое значение сопротивлениялрезистора 7,В момент наступления указанного равенства с кфмпаратора 9 на первый вход ключа 14 поступает сигнал запрета и прохождение импульсов с генратора 15 импульсов в пересчетное устройство инте 1 гратора 18 прекращается.Решая совместно (2) и (3) получим откуда величина сопротивления и характеризующая концентрацию измеряемого элемента в пробе, равна Из уравнения (4) видно, что величина , характеризующая результат измерений, который фиксируется регистратором 19, определяется отношением сигналов пропорциональных световым потокам,.прошедшим через каналы 3 и 4, и не зависит от коэффициентов передачи отдельных элементов устройства, постоянной составляющей обусловленной темновым током фотоприемника и смещением нуля усилителя и величины смешения нуля компаратора.Результат измерений может определяться за один период, либо за определенной заданное число периодов. В последнем сйучае регистратор 19 снабжается дополнительным интегратором; пред-. назначенным для суммирования результа тов измерений, полученных за определенное заданное число периодов.Предлагаемое изрбретение позволяет исключить влияния колебаний параметров всех основных аналоговых элементов, применяемых в устройстве, что повышает точность измерений. формула изобр ет ения фотометр, содержащий источник двета, светоделятельное устройство, изме рительный и. эталонный оптические каналы, модулятор с блоком управления, фотопреобразователь, выход которого соединен с последовательно соединенными первым и вторым управляемыми резисто 920400 10рами, общая точка. которых соединена с точником опорного напряжения, а один первым входом компаратора, выход кото- резистор резистивного делителя выполнен рого соединен с первым входом ключа, управляемым, и его управлщащий вход через который генератор импульсов сое- соединен с выходом первого дополнительдинен с интегратором, первый выход З ного интегратора, соединенного черезкоторого соединен с регистратором,. первый дополнительный ипоч с генератовторой выход соединен с управляющим ром импульсов, с которым также соедивходом первого управляемого резистора, нен через второй дополнительный ключ а синхронизирующий вход соединен с бло- второй дополнительный интегратор, выход ком управления модулятора, с которым 0 которого соединен с управляющим входом также соединен второй вход ключа, и ре- второго управляемого резистора, синхрозистивный делитель, о т л и ч а ю щ и й- низирующие входы всех дополнительных с я тем, что, с целью повышения точнос- интеграторов соединены с блоком управти, в него введены источник опорного на- ления модулятора.пряжения, два дополнительных интеграто- И Источники информации,.ра и два дополнительных ключа, причем принятые во внимание при экспертизе вторые входы дополнительных ключей 1. Авторское свидетельство СССР соединены с блоком управления, а первые- % 630534, кл. б 01 1/44, 1977. с выходом компаратора, второй вход,ко. Авторское свидетельство СССР торого соединен с выходом резистивного 2 р Gо заявке % 2780768, кл. Ь 017 1/44, делителя, вход которого соединен с ис (прототип).