Атомно-абсорбционный спектрофотометр

ЮЗ СОВЕТСКИХЦИАЛИСТИЧЕСКИСПУБЛИК 1746 П 9) 42, 1/42 5)5 6 ОМИТЕТОТКРЫТИЯМ ГОСУДАРСТВЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ- повышение быстродеиствия с сохранением точности установки длины волны, Это достигается введением в устройство блока управления скоростью, блока анализа граничньх частот, датчика импульсов, ключей управления. блока переходов, блока анализа ситуаций и задатчика длины волны. В зависимости от требуемого значения длины волны блок анализа ситуации определяет алгоритм подстройки длины волны, оптимальный по быстродействию и не снижаю- щий точности, установки длины волны. Блок переходов через ключи управления включает блок управления скоростью, который осуществляет перемещение привода дифракционной решетки в соответствии с алгоритмом подстройки: Функционирование при вода дифракционной решетки в рабочем диапазоне обеспецивает блок анализа граничных частот. Обратная связь по переме- ( щению дифракционной решетки замкнута через датчик импульсов. 2 ил,облака с ) е),систевающийр внительох ромаавления,литель и ф ние сигнию эле- водами носится к химическому устройствам, определяхимических элементов сорбционной спектроскии спектрофотоник монохроматиатчик, измерительгулируемым коэфзмерительный прио фотометр, содержатодом, дейтериевую им блок;м питания, уснию по рофото- внительАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ(71) Донецкий политехнический институт иСеверодонецкое опытно-конструкторскоебюро автоматики Научно-производственного обьединениЯ "Химавтоматика"(56).1. Авторское свидетельство СССРКг 667824, кл. 6 01 Л 3/42, 1979.2, Патент Великобритании М 2113830.кл. 6 01 3 1/42, 1982.3. Патент США Гч. 4519706,кл. 356-319, 1985.(57) Изобретение относится к химическимисследованиям, а именно к атомно-абсорбционной спектроскопии. Цель изобретения Изобретение отанализу, а именно кющим содержаниеметодом атомно-абс копии.Известен автомметр, содержащийческого излучения, фный усилитель, блокфициентом передачбор (1).Известен спектщий лампу с полымлампу с соответствую троиство получения(пламенное или электрому зеркал и модуляторпрохождение световогоному и измерительномутор с приводамисхфотоэлектронный умнождекодер, обеспечивающнала, пропорциональномента в пробе, управобеспечивает микропроНаиболее близкимтехнической сути являметр, содержащий исто атомноготермическо, обеспечилуча по срапутям, моемами упритель,усиий выделего содержаление прицессор (2.к иэобретеется спектчники сра10 15 2530 40 45 50 55 ного и измерительного излучения с блоком питания, модулятор, измерительную кювету, атомизатор, пробоотборник с блоком управления, привод щели с блоком управления, шаговый двигатель монохроматора с усилителем мощности фаз, через микрометр и синусную линейку вращающий дифракционную решетку, фотоэлектронный умножитель с источником высокого напряжения, выход которого подключен к регистратору через последовательно включенные предварительный усилитель, логарифмический усилитель и декодер 3.Недостатком известного устройства является невысокое быстродействие.Цель изобретения - повышение быстродействия при сохранении точности установки длины волны,Поставленная цель достигается тем, что в спектрофотометр, содержащий источник измерительного и сравнительного излучения с блоком электропитания, пробоотборник .с блоком управления, атомиэатор, продуцирующий атомное облако в кювете, привод щели с устройством управления, дифракционную решетку, закрепленную на синусной линейке, сопряженной с микрометром, соединенным с шаговым двигателем, вход которого соединен с выходом усилителя мощности фаз, фотоэлектронный умножитель с источником высокого напряжения, последовательно соединенные предварительный усилитель, логарифмический усилитель. декодер и регистратор, а также модулятор, оптически соединенный входами с источниками измерительного и сравнительного излучения и. выходом с,кюветой, пробоотборник подсоединен входом к устройству управления и выходом к кювете, соединенной с атомизатором, юовета оптически соединена через привод щели с дифракционной решеткой, оптическая ось которой совпадает с осью фотоэлектрического умножителя, подключенного входом питания к выходу источника высокого напряжения и выходом к входу предваритель ного усилителя, введены эадатчик длины волны, блок управления скоростью, блок анализа граничных скоростей, ключи управления, блок переходов, блок анализа ситуации и датчик импульсов,На фиг. 1 представлена функциональная схема атомно-абсорбционного спектрофотометра; на фиг, 2 - функциональная схема.Атомно-абсорбционный спектрофотометр содержит источник 1 измерительного излучения, источник 2 сравнительного излучения, блок 3 питания. модулятор 4, кювету 5 с атомным облаком, пробоотборник 6 с блоком 7 управления, атомизатор 8, привод щели 9 с устройством 10 управления, дифракционную решетку 11, фотоэлектронный умнокитель ФЭУ) 12 с источником 13 высокого напряжЕния. последовательно соединенные предварительный усилитель 14, логарифмический усилитель 15, декодер 16 и регистратор 17, синусную линейку 18, микрометр 19. шаговый двигатель 20, усилитель 21 мощности фаз, датчик 22 импульсов, блок 23 управления скоростью, блок 24 анализа граничных частот, ключ 25 управления, блок 26 переходов, блок 27 анализа ситуаций и задатчик 28 длины волны,Выходы источников измерительного 1 и сравнительного 2 излучения оптически соединены с входом модулятора 4, выход которого оптически соединен с кюветой 5 с атомным облаком. Блок 7 управления через 20пробоотборник 6 соединен с кюветой 5, Выход атомизатора 8 соединен с кюветой 5,выход которой соединен с входом привода щели 9, Управляющий вход привода щели соединен с выходом устройства 10 управления. а выход - с входом дифракционной решетки 11. выход которой соединен с измерительным входом ФЭУ 12, вход питания которого соединен с выходом источника 13высокого напряжения. Выход ФЭУ 12 соединен с регистратором 17 через последовательно включенные предварительный усилитель 14; логарифмический усилитель 15 и декодер 16. Дифракционная решетка 11 закреплена на синусной линейке 18, сопряженной с микрометром 19. соединенным с шаговым двигателем 20. Вход последнего соединен свыходом усилителя 21 мощности фаз, синусная линейка 18 соединена с входом датчика 22 импульсов, выход которого соединен с первым входом блока 26 переходов, Вход блока 27 анализа ситуаций соединен с выходом эадатчика 28 длины волны, а выход - с информационным входом ключей 25 через блок 26 переходов, Выход ключей 25 соединен с входом блока 23 управления скоростью, выход которого соединен с входом усилителя 21 мощности фаз, Первый выход блока 23 управления скоростью соединен с входом блока 24 анализа граничных скоростей, выход которого соединен с управляющим входом ключа 25, Второй выход блока 23,управления скоростью соединен с входом усилителя 21 мощности фаз.Атомно-абсорбционный спектрофотометр работает следующим образом,Потоки от измерительного 1 и сравнительного 2 источников поступают на модулятор 4, который подает на выход поток то от одного источника, то от другого, то перекрывает поток совсем, Пробоотборник 6 подает пробу в кювет 5. Управление пробоотборником 6 обеспечивает блок 7 управления. Режим измерительного 1 и сравнительного 2 источников (по интенсивности) изменяется под действием напряжения от блока 3 электропитания.Атомизатор 8 путем нагрева переводи образец, находящийся в кювете 5, в состояние атомного облака, Атомы вещества поглощают световые кванты измерительного и сравнительного потрков, уменьшая интенсивность проходящего света на определенных спектральных линиях, причем поглощение пропорционально концентрации атомов в атомном облаке,Привод щели 9 с устройством 10 управления и дифракционная решетка 11 образуют высокодобротный оптический фильтр с перестраиваемыми полосой пропускания и центральной частотой, который выделяет из св этового потока узкий спектральный участок, поступающий на приемное окно ФЭУ 12, причем спектральный участок выбирается содеркащим интенсивную линию поглощения исследуемого вида атомов. Пропорционально концентрации анализируемых атомов в атомном облаке изменяется интенсивность светового потока на входном окне ФЭУ 12. выходной ток которого изменяется, причем масштабирование выполняется изменением выходного напряжения источника 13 высокого напряжения питания ФЭУ 12.Выходной ток ФЭУ 12 усиливается в предварительном усилите д 14, логарифмируется в логарифмическом усилителе 15, из которого с помощью декодера 16 выделяется информация о полезном сигнале, регистрируемая в регистраторе 17.После установления задатчиком 28 требуемого значения длины волны иницируется блок 27 анализа ситуаций, который определяет потребный алгоритм перестройки длины волны и условия переключения режимов. передаваемые в блок 26 переходов, Через ключ 25, состояние кото- рого определяется сигналом с выхода блока 24 анализа граничных частот. инициируется блок 23 управления скоростью, Через согласующий по мощности 2 току) усилитель 21 мощности фаз осуществляется вращение шагового двигателя 20, который через микрометр 19 и синусную линейку 18 вращает дифракционную решетку 11, при этом на выходе датчика 22 импульсов вырабатываются импульсы, поступающие на вход блока 26 переходов.Спектрофотометр построен таким образом, что в зависимости от ситуации, связанной с требуемой длиной волны. по сигналус выхода задатчика 28 начинается перестройка с миниМальной скорости, осуществляется разгон до максимально возможной скорости, торможение и подход к требуемой длине волны на минимуме скорости.Электронная часть атомно-абсорбционного спектрофотомера работает следующим образом,Блок 23 управления скоростью содержит циклически замкнутый сдвиговый регистр 29 на четыре разряда 2 по числу фаэ шагового двигателя 20), в который в два соседних разряда загружены единицы, которые впоследствие сдвигаются. Выходы сдвигового регистра 29 соединены с соответствующими входами усилителя 21 мощности фаз, что при сдвиге единиц обеспечивает последовательную коммутацию фазовых обмоток шагового двигателя 10 25 20. Счетчик 30 и реверсивный счетчик 31 обеспечивают реализацию переменной частоты коммутации фаз по входу 32 блока 23 управления скоростью.При начальном включении по установочному импульсу с выхода задатчика 28 к 25 входу 32 блока 23 в реверсивный счетчик 31 записывается код минимальной скорости привода. Выход реверсивного счетчика 31 соединен с входом адресной записи счетчи 30 ка 30, Выход счетчика 30 соединен с его входом управления адресной записью, с входом сдвига регистра 29 и с управляющим. входом ключей 25, Тогда питаемый по входу счета импульсами времени счетчик 30 какдым выходным импульсом осуществляет 35 сдвиг регистра 29. обеспечивая последовательную коммутацию фаз шагового двигателя 20, и одновременно записывает код предустанова с выхода реверсивного счетчика 31, который определяет коэффициент 40 пересчета этого счетчика. С изменением кода предустанова меняется частота сдвиговых импульсов и, следовательно, скоростьдвижения шагового двигателя 20. вляется путем прохождения на входы суммирования и вычитания реверсивногосчетчика 31 через ключи 25 импульсов с выхода счетчика 30. 50 Блок 24 анализа граничных частот содержит два элемента 33 и 34 сравнения и два инвертора 35 и Зб, Одни входы элементов 33 и 34 сравнения соединены с выходом реверсивного счетчика 31, а другие входы -с выходами задэтчиков 37 и 38 соответственно минимальной и максимальной скоростей, блок 24 анализа граничных частот определяет факт достижения граничной частоты (максимальной или минимальной),45 Изменение кода предустанова осущестобеспечивающей предельные скорости перемещения шагового электродвигателя 20,Блок 27 анализа ситуации содержит задатчики 39-41 соответственно устанавливаемой длины волны, длины волны подхода 4 и длины волны разгона(торможения) привода, два элемента 42 и 43 сравнения, функциональный преобразователь 44 длина волны - число счетных импульсов, два вычитателя 45 и 46, делитель 47 на два, причем выход задатчика.39 длины волны соединен с входом функционального преобразователя 44, выход которого соединен с входом элемента 42 сравнения и одним входом вычитателя 45, вторые входы которых соединены с выходами задатчика 40 Яп, Выход вычитателя .45 соединен свходом делителя 47 на два и с одним входом вычитателя 46. Выход делителя 47 на два соединен с входом второго элемента 43 сравнения, а выход задатчика 41 соединен с вторыми входами вычитателя 46 и элемента 43 сравнения, Выходы элементов 43 и 42 сравнения, вычитателя 46 и делителя 47 на два соединены с входами блока 26 переходов.Спектральный участок, в течение которого к устанавливаемому положению надо подходить на минимальной скорости, назовем длиной волны подходаЛл; спектральный участок, в течениекоторого осуществляется разгон (торможение) от одной граничной скорости до другой, - . длиной разгона Я,Блок 27 анализа ситуаций выделяет три возможные ситуации управления и готовит данные для их реализации: подход к требуемой длине волны на малой скорости(длина волны: меньше длины подхода), подход к длине с неполным разгоном, полный цикл разгона - торможение,Первая ситуация характеризуется инициализацией выхода элемента 42 сравнения, второй режим - активен выход " " элемента 43 сравнения, третий режим - активен выход " г" "элемента 43 сравнения,Одновременно на выходах блоков 47 и 46 появляются длины, представляющие собой момент перехода к режиму торможения (единица изменения - импульсы от датчика положения). Результаты запоминаются в блоке 26 переходов,Блок 26 переходов содержит два вычитающих счетчика 48 и 49, элемент ИЛИ 50 и триггер 51 переключения, причем синхровход счетчика 48 соединен с выходом элемента 43 сравнения, синхровход счетчика 49 соединен с выходом "" элемента 43 сравнения. Вход значения предустанова счетчика 48 соединен с выходом элемента 46 вычитания, а вход значения предустано 55. минимальной скоростиИспользование изобретения обеспечивает повышение быстродействия эа счет определения и автоматической реализации оптимального по критерию "быстродейст 1015 203050 ва счетчика 49 - с выходом делителя 47. Входы счета счетчиков 48 и 49 соединены с выходом датчика 27 импульсов, а выходы - с входами элемента ИЛ И 50, Третий вход элемента ИЛИ 50 соединен с выходом элемента 42 сравнения, а выход - с входом сброса триггера 51 переключения, выходы которого соединены с входами ключей 25,Триггер 51 переключения устанавливается импульсом установки начальноо состояния, После подготовки данных блоком 27 результат записывается в один из счетчиков 48 или 49.Если требуемая длина волны меньше, выход элемента 42 сравнения через элемент ИЛИ 50 сбрасывае триггер 51 переключения, который своими выходами блокирует ключи 25 управления. препятствуя выполнению цикла разгона, Схема управления скоростью на минимальной скоростиобеспечивает подход к требуемой длиневолны. Если длина волны превышаете. то в один из счетчиков 48 или.49 записывается число импульсов, которое осталось до перехода в режим торможения, это значение вычисляется в блоке 27. Взведенный триггер51 переключения открывает ключи 25 и навход суммирования реверсивного счетчика 31 начинают поступать импульсы с выхода.счетчика 30, тем самым р,стет частота коммутации фаз шагового двигателя 20, а следовательно, скорость перемещениядифракционной решетки 11,При достижении максимальной скорости перемещения привода блок 24 анализаграничных частот регистрирует эта и сигналом с выхода инвертора 36 блокируютсяключи 25, при этом скорость становится равной максимальной,Если полный цикл разгона не прошел, то возможен сброс разгона по сигналу свыхода счетчика 49, свидетельствующему о переходе к торможению при неполном цикле разгона, Сброс по цепи счетчика 49, функционирующий идентично, завершает цикл в случае полного разгона - торможения,Сброшенный триггер 51 переключения сигналов открывает ключи 25, переводящиеблок 23 уп,эавления скоростью в режим торможения,Блок 24 анализа граничных частот придостижении минимальной скорости регистрирует это и блокирует ключи 25. Осуществляется подход к требуемой длине волны навие - точность" алгоритма установки длины волны монохроматора,Формула изобретения Атомно-сорбцион ный спектрофотометр, содержащий источники измерительного и сравнительного излучения с блоком электропитания, пробоотборник с блоком управления, атомизатор, продуцирущий атомное облако в кювете, щель с приводом, соединенным с устройством управления, дифракционную решетку, закрепленную на синусной линейке. сопряженной с микрометром, сОединенным с шаговым двигателем, вход которого соединен с выходом усилителя мощности фаз, фотоэлектронный умножитель с источником высокого напряжения, последовательно соединенные предварительный усилитель, логарифмический усилитель, декодер и регистратор, а также модулятор, оптически соединенный входами с источниками измерительного и сравнительного излучения и выходом с кюветой, при этом пробоотборник подсоединен .входом к устройству управления и выходом к кювете, соединенной с атомизатором, кювета оптически связана через щель с дифракционной решеткой, оптическая ось которой совпадает с осью фотоэлектронного умножителя, подключенного входом питания к выходу источника высоко го напряжения и выходом к входу предварительного усилителя. о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия при сохранении точности установки длины волны, в него введены задатчик дли ны волны, блок управления скоростью, блоканализа граничных скоростей, ключи управления, блок переходов, блок анализа ситуации и датчик импульсов, подсоединенный входом к подвижной части дифракционной 15 решетки и выходом к первому входу блокапереходов, блок анализа ситуации подключен входом к выходу задатчика длины волны и выходом к второму входу блока переходов, . выход которого соединен с информацион ным входом ключей управления, подсоединенных управляющим входом к выходу блока анализа граничных скоростей и выходом к входу блока управления скоростью, подключенного первым выходом к входу блока ана лиза граничных скоростей и вторым выходомк входу усилителя мощности фаз.1746228 оставитель В,Костюхиехред М.Моргентал Корректор Э,Лончако едактор И.Шмаков ГКНТ СССР . роиэводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10 каз 2388 ВНИИПИ Го саа ашэомЬюк ошдшлктб Тиражтвеннога комите113035, Москва Подписное о изобретениям и открыт 5. Раушская наб 4/5