RU153469U1

RU153469U1 - LUMINESCENT ANALYZER

Info

Publication number: RU153469U1
Application number: RU2015108444/28U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Петрович Санников; Юрий Борисович Иванов; Алексей Юрьевич Зёнин
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2015-03-11
Publication date: 2015-07-20

Abstract

Люминесцентный анализатор, содержащий фотоприемник, подключенный к преобразователю тока в напряжение, генератор импульсов, мультиплексор, блок сравнения, источник опорного напряжения, блок масштабирования и блок управления, отличающийся тем, что в него дополнительно введены блок самодиагностики, аналого-цифровой преобразователь, цифроаналоговый преобразователь, высоковольтный модуль, блок регулировки высоковольтного модуля, блок контроля высокого напряжения и блок интерфейса, причем выход преобразователя фототока в напряжение подключен к первому входу мультиплексора, выход которого через блок масштабирования подключен к входу аналого-цифрового преобразователя и к первому входу блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, аналоговый вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход блока сравнения подключен к первому входу блока управления, второй вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а третий вход блока управления через блок контроля высокого напряжения соединен с входом питания фотоприемника и с выходом высоковольтного модуля, вход которого через блок регулировки высоковольтного модуля подключен к первому выходу блока управления, второй выход которого через генератор импульсов и блок самодиагностики соединен с вторым входом мультиплексора, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой выходы блока управления подключены соответственно к управляющим входам цифроаналогового преобразователя, блока самодиагностики, мультиплексора, блока масштабирования, блока сравнения и аналого-цифрового пр�A luminescent analyzer containing a photodetector connected to a current to voltage converter, a pulse generator, a multiplexer, a comparison unit, a reference voltage source, a scaling unit and a control unit, characterized in that a self-diagnosis unit, an analog-to-digital converter, and a digital-to-analog converter are additionally introduced into it, a high-voltage module, a high-voltage module adjustment unit, a high voltage control unit and an interface unit, the output of the photocurrent to voltage converter It is connected to the first input of the multiplexer, the output of which through the scaling unit is connected to the input of the analog-to-digital converter and to the first input of the comparison unit, the second input of which is connected to the output of the digital-to-analog converter, the analog input of which is connected to the reference voltage source, and the output of the comparison unit is connected to the first the input of the control unit, the second input of which is connected to the output of the analog-to-digital converter, and the third input of the control unit is connected to the input via the high-voltage control unit the power supply house of the photodetector and with the output of the high-voltage module, the input of which is connected to the first output of the control unit through the adjustment block of the high-voltage module, the second output of which is connected to the second input of the multiplexer through the pulse generator and self-diagnosis unit, the third, fourth, fifth, sixth, seventh and eighth outputs the control unit is connected respectively to the control inputs of the digital-to-analog converter, self-diagnosis unit, multiplexer, scaling unit, comparison unit, and analog-to-digital

Description

Полезная модель относится к области оптического приборостроения и может быть использована в приборах для экспрессного люминесцентного анализа состава различных веществ и контроля качества сельхозпродукции.The utility model relates to the field of optical instrumentation and can be used in instruments for rapid luminescent analysis of the composition of various substances and quality control of agricultural products.

Известен люминесцентный анализатор, позволяющий измерять интенсивность и качественно определять спектральный состав люминесценции исследуемого объекта. Прибор содержит фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) с выходным усилителем, сигнал от которого поступает на микроамперметр, измеряющий относительную величину сигнала. Элементный состав исследуемого образца определяется посредством сравнения показаний микроамперметра с эталонной люминесцирующей пластинкой (см. Бердников С.Л. Зеликин Я.М. Трушин В.М. Портативный люминесцентный анализатор ЛИГА-ЭФ, Приборы и техника эксперимента, 1982, №1, с. 265).Known luminescent analyzer that allows you to measure the intensity and qualitatively determine the spectral composition of the luminescence of the investigated object. The device contains a photomultiplier tube (PMT) with an output amplifier, the signal from which is fed to a microammeter measuring the relative value of the signal. The elemental composition of the test sample is determined by comparing the readings of a microammeter with a reference luminescent plate (see Berdnikov S.L. Zelikin Ya.M. Trushin V.M. LIGA-EF portable luminescent analyzer, Instruments and experimental equipment, 1982, No. 1, p. 265).

Недостатком является то, что в известном анализаторе диапазон контроля и точность измерения количественного состава ограничиваются разрешающей способностью и пределами измерения микроамперметра. Кроме того, для получения достоверных результатов контроля необходим набор люминесцирующих пластинок-эталонов, имеющих близкий элементный состав с исследуемым объектом, что ограничивает функциональные возможности прибора при проведении люминесцентного анализа различных образцов.The disadvantage is that in the known analyzer, the control range and the accuracy of measuring the quantitative composition are limited by the resolution and the limits of measurement of the microammeter. In addition, to obtain reliable control results, a set of luminescent standard plates having a close elemental composition with the studied object is required, which limits the functionality of the device during luminescent analysis of various samples.

Известен также люминесцентный анализатор, содержащий оптическую систему для регистрации люминесценции, фотоприемник на основе ФЭУ, умножитель напряжения питания ФЭУ, усилитель выходного сигнала ФЭУ, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и источники питания (см. Патент РФ №2085911, МПК G01N 9/04, G01N 21/64, опубликован 1997 г.).Also known is a luminescent analyzer containing an optical system for detecting luminescence, a photodetector based on a photomultiplier, a photomultiplier supply voltage multiplier, a photomultiplier output signal amplifier, an analog-to-digital converter (ADC) and power sources (see RF Patent No. 2085911, IPC G01N 9/04 , G01N 21/64, published 1997).

В процессе контроля люминесцентное излучение от образца проходит через оптическую систему с набором светофильтров на ФЭУ, для питания которого применяется умножитель напряжения питания. Электрический сигнал с выхода ФЭУ поступает на вход усилителя, выходное напряжение которого кодируется с помощью АЦП, а полученный код поступает на цифровой индикатор. Для получения сопоставимых результатов контроля в данном анализаторе также применяется люминесцирующая пластинка-эталон.In the control process, the luminescent radiation from the sample passes through an optical system with a set of light filters on a PMT, for the supply of which a voltage multiplier is used. The electric signal from the output of the PMT is fed to the input of the amplifier, the output voltage of which is encoded using the ADC, and the resulting code is fed to a digital indicator. To obtain comparable control results, this analyzer also uses a luminescent standard plate.

Недостатком данного устройства является то, что на точность оказывают влияние внешняя засветка образца и нестабильность напряжения смещения усилителя. Кроме того, при постоянном коэффициенте усиления усилителя и напряжении питания ФЭУ диапазон преобразования излучения ограничивается в пределах 40 дБ, что не позволяет точно определять состав веществ с относительно низкой или высокой концентрацией элементов. Практически для контроля разных примесей нужно иметь соответствующие люминесцирующие элементы на пластинке-эталоне, имеющие близкий элементный состав с исследуемым объектом, что ограничивает функциональные возможности устройства.The disadvantage of this device is that the accuracy is influenced by the external illumination of the sample and the instability of the bias voltage of the amplifier. In addition, with a constant gain of the amplifier and the voltage of the PMT, the radiation conversion range is limited to 40 dB, which does not allow to accurately determine the composition of substances with a relatively low or high concentration of elements. In practice, to control different impurities, it is necessary to have the corresponding luminescent elements on the standard plate having a close elemental composition with the object under study, which limits the functionality of the device.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является люминесцентный анализатор, содержащий фотоприемник на основе ФЭУ, подключенный к преобразователю фототока в напряжение, генератор импульсов, мультиплексор, блок сравнения, источник опорного напряжения, блок масштабирования и блок управления, а также аналоговые интеграторы и блок выборки-хранения напряжения (см. патент РФ №2094777, МПК G01N 21/64, G01J 3/443, G01J 3/42, публ. 1997 г.).The closest in technical essence to the proposed utility model is a luminescent analyzer containing a photomultiplier based on a photomultiplier connected to a photocurrent to voltage converter, a pulse generator, a multiplexer, a comparison unit, a reference voltage source, a scaling unit and a control unit, as well as analog integrators and a unit voltage storage samples (see RF patent No. 2094777, IPC G01N 21/64, G01J 3/443, G01J 3/42, publ. 1997).

В процессе работы этого устройства люминесцентное излучение регистрируется ФЭУ, и его выходной сигнал в виде импульсов тока поступает на преобразователь тока в напряжение, затем проходит через мультиплексор и блок масштабирования на блок сравнения с опорным напряжением. При этом основные функциональные преобразования сигнала выполняются с помощью коммутации интеграторов и аналогового блока выборки-хранения. Настройку анализатора проводят на холостой и эталонной пробе: на холостой пробе компенсируют влияние напряжения начального смещения путем его запоминания в блоке выборки-хранения, а на эталонной пробе регулируют коэффициент усиления сигнала - интегратором выделяют вольт-секундную площадь импульсов люминесценции и сравнивают ее с опорным напряжением. Блок управления и генератор импульсов служат для формирования управляющих воздействий, подаваемых на функциональные узлы прибора.In the process of operation of this device, luminescent radiation is detected by a PMT, and its output signal in the form of current pulses is supplied to a current to voltage converter, then passes through a multiplexer and a scaling unit to a reference voltage comparison unit. In this case, the main functional signal transformations are performed using switching integrators and an analog sampling-storage unit. The analyzer is tuned on a blank and a reference sample: on the blank sample, the influence of the initial bias voltage is compensated by storing it in the sample-storage unit, and on the reference sample the signal gain is adjusted - the volt-second area of the luminescence pulses is extracted by the integrator and compared with the reference voltage. The control unit and the pulse generator are used to form control actions supplied to the functional units of the device.

К недостаткам такого устройства относится сравнительно низкая точность преобразования, так как для компенсации влияния внешнего фона и напряжения смещения усилительных элементов используется аналоговая коррекция погрешности, реализуемая блоком выборки-хранения, на работу которого влияют коммутационные выбросы ключевых элементов в моменты выборок и разряд накопительного конденсатора в процессе хранения зафиксированного значения напряжения. Кроме того, отсутствие регулировки чувствительности фотоприемника не позволяет реализовать люминесцентный контроль процентного состава веществ в широком динамическом диапазоне.The disadvantages of such a device include the relatively low conversion accuracy, since to compensate for the influence of the external background and the bias voltage of the amplifying elements, an analog error correction is used, which is implemented by the sampling-storage unit, whose operation is affected by switching emissions of key elements at the moments of sampling and discharge of the storage capacitor in the process storing a fixed voltage value. In addition, the lack of sensitivity adjustment of the photodetector does not allow luminescent control of the percentage composition of substances in a wide dynamic range.

Технической задачей полезной модели является создание люминесцентного анализатора, с повышенной точностью и расширенным динамическим диапазоном контроля количественного элементного состава веществ.The technical task of the utility model is the creation of a luminescent analyzer, with increased accuracy and an extended dynamic range for controlling the quantitative elemental composition of substances.

Техническая задача решается тем, что в люминесцентный анализатор, содержащий фотоприемник, подключенный к преобразователю тока в напряжение, генератор импульсов, мультиплексор, блок сравнения, источник опорного напряжения, блок масштабирования и блок управления, дополнительно введены блок самодиагностики, аналого-цифровой преобразователь, цифро-аналоговый преобразователь, высоковольтный модуль, блок регулировки высоковольтного модуля, блок контроля высокого напряжения и блок интерфейса. При этом фотоприемник через преобразователь тока в напряжение подключен к первому входу мультиплексора, выход которого через блок масштабирования соединен с входом аналого-цифрового преобразователя и с первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, аналоговый вход которого соединен с источником опорного напряжения. Выход блока сравнения подключен к первому входу блока управления, второй вход которого соединен с информационным выходом аналого-цифрового преобразователя, а третий вход блока управления через блок контроля высокого напряжения соединен с входом питания фотоприемника и с выходом высоковольтного модуля, вход которого через блок регулировки высоковольтного модуля подключен к первому выходу блока управления, второй выход которого через генератор импульсов и блок самодиагностики соединен со вторым входом мультиплексора. Кроме того, третий, четвертый, пятый шестой, седьмой и восьмой выходы блока управления подключены соответственно к управляющим входам цифроаналогового преобразователя, блока самодиагностики, мультиплексора, блока масштабирования, блока сравнения и аналого-цифрового преобразователя, а девятый выход блока управления через блок интерфейса соединен с выходом устройства для связи с внешней ПЭВМ.The technical problem is solved in that a luminescent analyzer containing a photodetector connected to a current to voltage converter, a pulse generator, a multiplexer, a comparison unit, a reference voltage source, a scaling unit and a control unit additionally includes a self-diagnosis unit, an analog-to-digital converter, a digital-to-digital converter an analog converter, a high voltage module, a high voltage module adjustment unit, a high voltage control unit and an interface unit. In this case, the photodetector is connected through the current to voltage converter to the first input of the multiplexer, the output of which is connected via the scaling unit to the input of the analog-to-digital converter and to the first input of the comparison unit, the second input of which is connected to the output of the digital-to-analog converter, whose analog input is connected to the reference voltage source . The output of the comparison unit is connected to the first input of the control unit, the second input of which is connected to the information output of the analog-to-digital converter, and the third input of the control unit is connected through the high voltage control unit to the power input of the photodetector and to the output of the high-voltage module, the input of which is through the adjustment block of the high-voltage module connected to the first output of the control unit, the second output of which through the pulse generator and self-diagnosis unit is connected to the second input of the multiplexer. In addition, the third, fourth, fifth, sixth, seventh and eighth outputs of the control unit are connected respectively to the control inputs of the digital-to-analog converter, self-diagnosis unit, multiplexer, scaling unit, comparison unit, and analog-to-digital converter, and the ninth output of the control unit is connected via an interface unit to the output device for communication with an external PC.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства.The drawing shows a functional diagram of the proposed device.

Люминесцентный анализатор содержит фотоприемник 1, который через преобразователь 2 тока в напряжение соединен с первым входом мультиплексора 3, второй вход которого подключен к блоку 4 самодиагностики. Выход мультиплексора 3 через блок 5 масштабирования соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 6 и первым входом блока 7 сравнения, второй вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя 8, а выход блока 7 сравнения подключен к первому входу блока 9 управления, второй вход которого подключен к информационному выходу аналого-цифрового преобразователя 6. Первый выход блока 9 управления через блок 10 регулировки высоковольтного модуля подключен к управляющему входу высоковольтного модуля 11, выход которого соединен с входом питания фотоприемника 1, а также через блок 12 контроля высокого напряжения подключен к третьему входу блока 9 управления. Второй выход блока 9 управления через генератор 13 импульсов соединен с блоком 4 самодиагностики. Третий выход блока 9 управления подключен к управляющему входу цифроаналогового преобразователя 8, аналоговый вход которого соединен с источником 14 опорного напряжения. Четвертый выход блока 9 управления подключен к управляющему входу блока 4 самодиагностики, пятый выход блока 9 управления соединен с управляющим входом мультиплексора 3, шестой выход блока 9 управления подключен к управляющему входу блока 5 масштабирования, седьмой выход блока 9 управления соединен с управляющим входом блока 7 сравнения, а восьмой выход блока 9 управления подключен к управляющему входу аналого-цифрового преобразователя 6. Информационный девятый выход блока 9 управления через блок 15 интерфейса соединен с выходом устройства.The luminescent analyzer contains a photodetector 1, which is connected through a current to voltage converter 2 to the first input of the multiplexer 3, the second input of which is connected to the self-diagnosis unit 4. The output of the multiplexer 3 through the scaling unit 5 is connected to the input of the analog-to-digital converter 6 and the first input of the comparison unit 7, the second input of which is connected to the output of the digital-analog converter 8, and the output of the comparison unit 7 is connected to the first input of the control unit 9, the second input of which is connected to the information output of the analog-to-digital converter 6. The first output of the control unit 9 through the high-voltage module adjustment unit 10 is connected to the control input of the high-voltage module 11, the output of which is connected power input of the photodetector 1 and the unit 12 through a high voltage control connected to a third input of the control unit 9. The second output of the control unit 9 through the pulse generator 13 is connected to the self-diagnosis unit 4. The third output of the control unit 9 is connected to the control input of the digital-to-analog converter 8, the analog input of which is connected to the reference voltage source 14. The fourth output of the control unit 9 is connected to the control input of the self-diagnosis unit 4, the fifth output of the control unit 9 is connected to the control input of the multiplexer 3, the sixth output of the control unit 9 is connected to the control input of the scaling unit 5, the seventh output of the control unit 9 is connected to the control input of the comparison unit 7 and the eighth output of the control unit 9 is connected to the control input of the analog-to-digital converter 6. The information ninth output of the control unit 9 through the interface unit 15 is connected to the output of the device.

Принцип работы люминесцентного анализатора основан на возбуждении рентгеновским излучением исследуемых образцов и измерении энергии импульсов люминесценции, амплитудой которых определяется элементный состав вещества. В процессе работы импульсы люминесцентного потока излучения Ф_Х поступают на вход фотоприемника 1, содержащего фотоэлектронный умножитель или пропорциональную камеру, который формирует импульсы тока I_Х, из которых преобразователем тока 2 в напряжение формируются импульсы напряжения U_Х. Эти импульсы проходят через мультиплексор 3, усиливаются блоком 5 масштабирования и сравниваются блоком 7 сравнения с выходным напряжением U_ЦАП цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 8. Блок 7 сравнения содержит два аналоговых компаратора, имеющих два пороговых уровня напряжения срабатывания U_ПОР1 и U_ПОР2, разность которых ΔU_ЦАП=U_ПОР1-U_ПОР2 равна ступени квантования ЦАП 8. При этом блок 7 сравнения формирует на выходе уровень “Лог. 1” только при выполнении условия U_ПОР1≤U_Х≤U_ПОР2, т.е. когда амплитуда импульсов напряжения U_Х превышает нижний пороговый уровень U_ПОР1 и находится ниже верхнего порогового уровня U_ПОР2. Блок 9 управления на основе микропроцессора задает длительность цикла измерения в пределах 0,1 с - 10 мин, в течение которого выполняется счет количества срабатываний блока 7 сравнения, которое прямо пропорционально процентному содержанию исследуемых элементов в контролируемом образце.The principle of operation of the luminescent analyzer is based on the x-ray excitation of the samples under study and the measurement of the energy of the luminescence pulses, the amplitude of which determines the elemental composition of the substance. In the process, the pulses of the luminescent radiation flux Φ _X are fed to the input of a photodetector 1 containing a photoelectronic multiplier or a proportional camera that generates current pulses I _X , from which voltage pulses U _X are formed by the current transducer 2 to voltage. These pulses pass through the multiplexer 3, are amplified by the scaling unit 5 and compared by the comparing unit 7 with the output voltage U of the _{DAC of the} digital-to-analog converter (DAC) 8. The comparing unit 7 contains two analog comparators having two threshold threshold voltage levels U _POR1 and U _POR2 , the difference of which ΔU _DAC = U _POR1 -U _POR2 is equal to the quantization stage of DAC 8. In this case, the comparison unit 7 generates the “Log. 1 ”only if the condition U _POR1 ≤U _X ≤U _POR2 , ie when the amplitude of the voltage pulses U _X exceeds the lower threshold level U _POR1 and is below the upper threshold level U _POR2 . The microprocessor-based control unit 9 sets the duration of the measurement cycle within 0.1 s - 10 min, during which the count of the number of operations of the comparison unit 7 is performed, which is directly proportional to the percentage of the elements under study in the controlled sample.

Повышение точности контроля в предлагаемом люминесцентном анализаторе обеспечивается за счет автоматической коррекции погрешностей, реализуемой по командам блока 9 управления перед началом цикла измерений. Процесс коррекции выполняется, во-первых, для компенсации начального уровня засветки фотоприемника перед подачей рентгеновского излучения на контролируемый образец. При этом выходное напряжение смещения U_СМ преобразователя 2 тока в напряжение подается через мультиплексор 3 и блок 5 масштабирования на вход аналого-цифрового преобразователя 6 для формирования начального кода N_СМ, который хранится в памяти блока 9 управления и используется для введения поправки в результаты дальнейших измерений. В следующем такте коррекции блок 9 управления подключает блок 4 самодиагностики через мультиплексор 3 к входу блока 5 масштабирования, запускает генератор 13 импульсов и устанавливает в нем заданную длительность и частоту импульсов. Амплитуда этих импульсов регулируется в блоке 4 самодиагностики и устанавливается аналогичной амплитуде импульсов люминесценции исследуемого вещества. После этого по командам блока 9 управления начинают увеличиваться значения кода, подаваемого на ЦАП 8, что приводит к ступенчатому нарастанию его выходного напряжения U_ЦАП до момента срабатывания блока 7 сравнения, т.е. до появления уровня “Лог. 1” на его выходе. После срабатывания блока 7 сравнения прекращается изменение напряжения U_ЦАП на выходе ЦАП 8, которое в дальнейшем используется в качестве порогового напряжения - уставки блока 7 сравнения. На этом режим калибровки заканчивается, и выполняется цикл измерения выходного напряжения U_Х преобразователя 2 тока в напряжение, пропорционального импульсам потока люминесценции Ф_Х исследуемого вещества.Improving the accuracy of control in the proposed luminescent analyzer is ensured by automatic correction of errors implemented by the commands of control unit 9 before the start of the measurement cycle. The correction process is performed, firstly, to compensate for the initial exposure level of the photodetector before applying x-ray radiation to the controlled sample. In this case, the output bias voltage U _СМ of the current transducer 2 to the voltage is supplied through the multiplexer 3 and the scaling unit 5 to the input of the analog-to-digital converter 6 to form the initial code N _СМ , which is stored in the memory of the control unit 9 and is used to introduce corrections into the results of further measurements . In the next correction step, the control unit 9 connects the self-diagnosis unit 4 through the multiplexer 3 to the input of the scaling unit 5, starts the pulse generator 13 and sets the specified pulse duration and frequency in it. The amplitude of these pulses is regulated in the self-diagnosis unit 4 and is set to a similar amplitude of the luminescence pulses of the test substance. After that, by the commands of the control unit 9, the values of the code supplied to the DAC 8 begin to increase, which leads to a stepwise increase in its output voltage U of the _DAC until the operation of the comparison unit 7, i.e. until the level “Log. 1 ”at its output. After the operation of the comparison unit 7, the voltage U of the _DAC at the output of the DAC 8 is stopped, which is then used as a threshold voltage - the settings of the comparison unit 7. At this point, the calibration mode ends, and a cycle of measuring the output voltage U _X of the current to voltage converter 2 is performed, proportional to the pulses of the luminescence flux Ф _{X of the} test substance.

Расширение динамического диапазона измерения в предлагаемом люминесцентном анализаторе достигается за счет регулирования и стабилизации высоковольтного напряжения питания фотоприемника излучения, которое выполняется блоком регулировки высоковольтного модуля 10 и блоком 12 контроля высокого напряжения по команде блока 9 управления. Повышением напряжения на выходе высоковольтного модуля 11 увеличивается чувствительность фотоприемника 1 на основе ФЭУ при исследовании образцов с малой концентрацией исследуемых элементов, а при анализе веществ с большой концентрацией чувствительность фотоприемника 1 ослабляется путем понижения напряжения на выходе высоковольтного модуля 11. Одновременно с изменением чувствительности фотоприемника 1 блок 9 управления переключает коэффициент усиления блока 5 масштабирования, чтобы обеспечить сравнение исследуемого U_Х и порогового U_ЦАП напряжений в вольтовом диапазоне. Этим ослабляется влияние температурной нестабильности уровней срабатывания компараторов в блоке 7 сравнения на достоверность результатов контроля.The dynamic range of the measurement in the proposed luminescent analyzer is achieved by regulating and stabilizing the high-voltage supply voltage of the photodetector, which is performed by the adjustment unit of the high-voltage module 10 and the high-voltage monitoring unit 12 by the command of the control unit 9. By increasing the voltage at the output of the high-voltage module 11, the sensitivity of the photodetector 1 based on a PMT increases when studying samples with a low concentration of the studied elements, and when analyzing substances with a high concentration, the sensitivity of the photodetector 1 is weakened by lowering the voltage at the output of the high-voltage module 11. At the same time, the sensitivity of the photodetector 1 is changed control means 9 switches the gain of the scaling unit 5, to provide a comparison of the test and the threshold _X U U _AP voltages in volt range. This attenuates the influence of temperature instability of the response levels of the comparators in block 7 of the comparison on the reliability of the control results.

Для расширения функциональных возможностей в предлагаемом люминесцентном анализаторе предусмотрены два режима работы, которые задаются оператором через блок 15 интерфейса от внешней ПЭВМ.To expand the functionality in the proposed luminescent analyzer, two operating modes are provided, which are set by the operator through the interface unit 15 from an external PC.

Первый режим работы предназначен для исследования элементного состава контролируемых образцов. При этом по командам блока 9 управления, поступающим на управляющие входы ЦАП 8, формируются ступенчато нарастающие ступени напряжения U_ЦАП в диапазоне измерения. При наличии нескольких элементов в исследуемом веществе блок 7 сравнения срабатывает несколько раз и формирует выходной сигнал “Лог. 1” при разных уровнях выходного напряжения ЦАП 8, значения которых определяются потоками люминесцентного излучения отдельных элементов, входящих в состав контролируемого образца.The first mode of operation is designed to study the elemental composition of controlled samples. In this case, according to the commands of the control unit 9, arriving at the control inputs of the DAC 8, stepwise increasing voltage steps U of the _{DAC are formed} in the measurement range. If there are several elements in the test substance, the comparison unit 7 is activated several times and generates an output signal “Log. 1 ”at different levels of the output voltage of the DAC 8, the values of which are determined by the fluorescent fluxes of the individual elements that make up the sample.

Второй режим работы предназначен для количественной оценки содержания конкретных элементов в образцах. При этом устанавливается расчетное постоянное значение напряжения на выходе ЦАП 8, которое не изменяется в течение длительности цикла контроля, и по числу срабатываний блока 7 сравнения можно судить о количественном или процентном содержании конкретного элемента в составе исследуемого вещества.The second mode of operation is designed to quantify the content of specific elements in the samples. In this case, a calculated constant value of the voltage at the output of the DAC 8 is established, which does not change during the duration of the control cycle, and by the number of operations of the comparison unit 7, one can judge the quantitative or percentage content of a particular element in the composition of the test substance.

Применение блока 15 интерфейса в предлагаемом люминесцентном анализаторе позволяет реализовать дистанционное управление и перепрограммирование памяти блока 9 управления для решения различных исследовательских задач и анализа состава сложных веществ.The use of interface unit 15 in the proposed luminescent analyzer allows for remote control and reprogramming of the memory of control unit 9 to solve various research problems and analyze the composition of complex substances.

Промышленная применимость предлагаемого анализатора обусловлена наличием современной элементной базы: в фотоприемнике можно использовать ФЭУ-85; преобразователь тока в напряжение, блок масштабирования и блок самодиагностики реализовать на микросхемах усилителей AD8031ART с резисторами в обратной связи, мультиплексор - на микросхеме ADG1219, АЦП - на микросхеме AD1175, цифроаналоговый преобразователь - на микросхеме AD8400AR, источник опорного напряжения - на микросхеме ADR530B, блок контроля высокого напряжения - на резистивном делителе напряжения с компаратором встроенном в микроконтроллер, блок регулировки высокого напряжения и высоковольтный модуль - на высоковольтном источнике питания типа 2М12-Р0.8, блок управления и блок интерфейса - на микроконтроллере ATXmega256A3U.The industrial applicability of the proposed analyzer is due to the presence of a modern element base: in the photodetector, a PMT-85 can be used; the current-to-voltage converter, the scaling unit and the self-diagnosis unit should be implemented on AD8031ART amplifier circuits with feedback resistors, the multiplexer on the ADG1219 chip, the ADC on the AD1175 chip, the digital-to-analog converter on the AD8400AR chip, the reference voltage source on the ADR530B control chip, high voltage - on a resistive voltage divider with a comparator built into the microcontroller, a high voltage adjustment unit and a high voltage module - on a high voltage power supply of type 2M 12-P0.8, control unit and interface unit - on the ATXmega256A3U microcontroller.

В предложенном анализаторе обеспечивается выигрыш в точности за счет автоматической коррекции результатов контроля и ослабления внешней засветки при расширении диапазона контроля регулировкой чувствительности ФЭУ и коэффициента усиления блока масштабирования. Экспериментально установлено, что применение 12-разрядного ЦАП позволяет скомпенсировать влияние внешней засветки и начального напряжения смещения до уровня менее ±0,25 мВ, а также выполнять исследования состава веществ с относительной погрешностью не более 0,03% при расширении диапазона контроля до 72 дБ за счет регулировки чувствительности ФЭУ-85 автоматическим изменением его напряжения питания. Кроме того, предусмотрена возможность изменения алгоритмов работы по командам внешней ПЭВМ, что позволяет повысить универсальность применения предлагаемого люминесцентного анализатора. Все это подтверждает решение поставленной технической задачи создания люминесцентного анализатора с повышенной точностью и расширенным динамическим диапазоном контроля количественного элементного состава веществ.The proposed analyzer provides a gain in accuracy due to automatic correction of the control results and attenuation of external illumination while expanding the control range by adjusting the sensitivity of the PMT and the gain of the scaling unit. It was experimentally established that the use of a 12-bit DAC allows one to compensate for the influence of external illumination and the initial bias voltage to a level of less than ± 0.25 mV, as well as to study the composition of substances with a relative error of not more than 0.03% when expanding the control range to 72 dB per the sensitivity adjustment of the FEU-85 by automatically changing its supply voltage. In addition, there is the possibility of changing the algorithms of working on external PC commands, which improves the versatility of the proposed luminescent analyzer. All this confirms the solution of the technical task of creating a luminescent analyzer with increased accuracy and an extended dynamic range for controlling the quantitative elemental composition of substances.

Claims

A luminescent analyzer containing a photodetector connected to a current to voltage converter, a pulse generator, a multiplexer, a comparison unit, a reference voltage source, a scaling unit and a control unit, characterized in that a self-diagnosis unit, an analog-to-digital converter, and a digital-to-analog converter are additionally introduced into it, a high-voltage module, a high-voltage module adjustment unit, a high voltage control unit and an interface unit, the output of the photocurrent to voltage converter It is connected to the first input of the multiplexer, the output of which through the scaling unit is connected to the input of the analog-to-digital converter and to the first input of the comparison unit, the second input of which is connected to the output of the digital-to-analog converter, the analog input of which is connected to the reference voltage source, and the output of the comparison unit is connected to the first the input of the control unit, the second input of which is connected to the output of the analog-to-digital converter, and the third input of the control unit is connected to the input via the high-voltage control unit the power supply house of the photodetector and with the output of the high-voltage module, the input of which is connected to the first output of the control unit through the adjustment block of the high-voltage module, the second output of which is connected to the second input of the multiplexer through the pulse generator and self-diagnosis unit, the third, fourth, fifth, sixth, seventh and eighth outputs the control unit is connected respectively to the control inputs of the digital-to-analog converter, self-diagnosis unit, multiplexer, scaling unit, comparison unit, and analog-to-digital the forming, and the ninth output of the control unit via the interface unit connected to the output device.