Patents

Search tools Text Classification Chemistry Measure Numbers Full documents Title Abstract Claims All Any Exact Not Add AND condition These CPCs and their children These exact CPCs Add AND condition
Exact Exact Batch Similar Substructure Substructure (SMARTS) Full documents Claims only Add AND condition
Add AND condition
Application Numbers Publication Numbers Either Add AND condition

Procedure measuring concentration of sugar and saccharimeter for its realization

Abstract

FIELD: optical instrumentation engineering. SUBSTANCE: invention refers to polarimetric measurements of concentration of saccharose in solutions which can be utilized in medical, sugar and chemical industries. Intensity of linearly polarized light beam passed through light filter, first polarization filter, examined solution and second polarization filter is measured in first measurement channel. Second measurement channel is inserted in which light beam is directed through light filter, polarization filter and examined solution. Transmission factor of each channel relative to blank test carrying no examined substance is measured and concentration C of sugar is found by formula
Figure 00000003
, where l is length of optical channel; [α] is specific rotation of polarization plane of sugar; T1 is transmission factor of first channel; T2- is transmission factor of second channel. EFFECT: diminished overall dimension of saccharimeter, simplified design of optical unit and complete elimination of kinematics in saccharimeter. 2 cl, 1 dwg

Landscapes

Show more

RU2224240C2

Russia

Other languages
Russian
Inventor
А.И. Иванов
А.Д. Абрамов
М.Ю. Мануйлов

Worldwide applications
2002 RU

Application RU2002106950/28A events
2004-02-20
Application granted

Description
translated from Russian

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к поляриметрическим измерениям концентрации сахарозы в растворах и может применяться в медицинской, сахарной и химической промышленности. The invention relates to optical instrumentation, namely to polarimetric measurements of the concentration of sucrose in solutions and can be used in the medical, sugar and chemical industries.

Известен способ измерения концентрации сахара (Бугаенко И.Ф. Технохимический контроль сахарного производства. - М.: Агропромиздат, 1989. с. 16-21.), по которому концентрацию находят измерением угла, на который необходимо повернуть поляризационный фильтр для компенсации поворота плоскости поляризации линейно поляризованного света, либо измерением толщины кварцевого клина, компенсирующей вращение плоскости поляризации. A known method of measuring the concentration of sugar (Bugaenko IF Technochemical control of sugar production. - M .: Agropromizdat, 1989. S. 16-21.), By which the concentration is determined by measuring the angle by which you need to rotate the polarizing filter to compensate for the rotation of the plane of polarization linearly polarized light, or by measuring the thickness of a quartz wedge, compensating for the rotation of the plane of polarization.

Недостатком описанного способа является наличие кинематики и необходимость точной механической градуировки. The disadvantage of the described method is the presence of kinematics and the need for accurate mechanical calibration.

Известны портативные визуальные поляриметры (Оптико-электронные приборы для научных исследований: Учеб. пособие/Л.А.Новицкий, А.С.Гоменюк, В.Е.Зубарев, А.М.Хорохоров. - М.: Машиностроение, 1986. с. 337-338), построенные по схеме компенсации угла поворота плоскости поляризации путем поворота одного из поляризационных фильтров. Known portable visual polarimeters (Optoelectronic devices for scientific research: Textbook. / L.A. Novitsky, A.S. Gomenyuk, V.E. Zubarev, A.M. Khorokhorov. - M.: Mechanical Engineering, 1986. p. . 337-338), constructed according to the compensation scheme of the angle of rotation of the plane of polarization by rotating one of the polarizing filters.

Известен также сахариметр (А.с. СССР 1778637, кл. G 01 N 21/21, 1992.), содержащий кювету, на одном торце которой по оптической оси расположен поляризатор и линза, а на другом торце - анализатор. Also known is a saccharimeter (A.S. USSR 1778637, class G 01 N 21/21, 1992.), containing a cuvette, on one end of which there is a polarizer and a lens along the optical axis, and an analyzer on the other end.

Недостатком аналогов является наличие субъективной погрешности измерений, наличие кинематики и необходимость точной механической градуировки приборов. The disadvantage of analogues is the presence of subjective measurement error, the presence of kinematics and the need for accurate mechanical calibration of devices.

Известны фотоэлектрические (объективные) сахариметры (Оптико-электронные приборы для научных исследований: Учеб. пособие/Л.А. Новицкий, А.С.Гоменюк, В.Е.Зубарев, А.М.Хорохоров. - М.: Машиностроение, 1986. с. 338-341), построенные по схеме компенсации угла поворота плоскости поляризации путем поворота одного из поляризационных фильтров на величину, определяемую сигналом рассогласования с фотоприемника. Known photoelectric (objective) saccharimeters (Optoelectronic devices for scientific research: Textbook. Manual / L.A. Novitsky, A.S. Gomenyuk, V.E. Zubarev, A.M. Khorokhorov. - M .: Mechanical Engineering, 1986 (p. 338-341), constructed according to the compensation scheme for the angle of rotation of the plane of polarization by rotating one of the polarization filters by an amount determined by the error signal from the photodetector.

Известен также поляриметр (А.с. СССР 1272192, кл. G 01 N 21/21, 1986.), состоящий из источника света, светофильтра, поляризатора, анализатора и фотоприемника. Also known is a polarimeter (A.S. USSR 1272192, class G 01 N 21/21, 1986.), consisting of a light source, a light filter, a polarizer, an analyzer and a photodetector.

Недостатком аналогов является наличие кинематики и электродвигателей, что усложняет оптический блок и существенно увеличивает массогабаритные показатели устройства. The disadvantage of analogues is the presence of kinematics and electric motors, which complicates the optical unit and significantly increases the overall dimensions of the device.

Наиболее близким по сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ измерения концентрации сахара (А.с. СССР 1749783, кл. G 01 N 21/21, 1992), по которому в ходе измерения луч поляризованного света разделяется в призме Волластона на два линейно поляризованных пучка, р- и s-компоненты которых составляют ±45o по отношению к плоскости пропускания поляризационного фильтра. С помощью подвижной маски эти два пучка по очереди подаются на фотоприемник. При наличии оптически активного вещества в кювете на фотоприемнике появляется переменная составляющая с амплитудой, пропорциональной углу поворота плоскости поляризации.The closest in essence and the achieved result to the claimed one is a method for measuring sugar concentration (A.S. USSR 1749783, class G 01 N 21/21, 1992), according to which, during the measurement, the beam of polarized light in the Wollaston prism is divided into two linearly polarized beam, p- and s-components of which are ± 45 o with respect to the transmission plane of the polarizing filter. Using a movable mask, these two beams are fed to the photodetector in turn. In the presence of an optically active substance in the cuvette, a variable component with an amplitude proportional to the angle of rotation of the plane of polarization appears on the photodetector.

К недостаткам способа - прототипа относится наличие кинематики в модуляторе. The disadvantages of the prototype method are the presence of kinematics in the modulator.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является поляриметр для измерения концентрации сахара в моче (А.с. СССР 1749783, кл. G 01 N 21/21. 1992) с неподвижными поляризационными фильтрами, содержащий источник света, диафрагму, коллиматор, светофильтр, поляризационный фильтр и двулучепреломляющую призму Волластона, за которой установлен мору ля-юр в виде подвижной маски с окнами, расположенными со смещением на величину окна вдоль направления перемещения. The closest in technical essence and the achieved result to the claimed one is a polarimeter for measuring the concentration of sugar in urine (A.S. USSR 1749783, class G 01 N 21/21. 1992) with stationary polarizing filters containing a light source, a diaphragm, a collimator, a light filter, a polarizing filter and a birefringent prism of Wollaston, behind which a mor-la-jure is installed in the form of a movable mask with windows located with an offset by the size of the window along the direction of movement.

К недостаткам устройства - прототипа относится наличие кинематики в модуляторе, и, как следствие, значительные массогабаритные показатели. The disadvantages of the prototype device include the presence of kinematics in the modulator, and, as a result, significant overall dimensions.

Технический результат изобретения - уменьшение массогабаритных показателей сахариметра, упрощение конструкции оптического блока и полное устранение кинематики в устройстве. The technical result of the invention is the reduction of overall dimensions of the saccharimeter, simplifying the design of the optical unit and the complete elimination of kinematics in the device.

Технический результат достигается тем, что в способе измерения концентрации сахара в растворе, по которому проводят измерение интенсивности прошедшего светофильтр, первый поляризационный фильтр, исследуемый раствор и второй поляризационный фильтр пучка света в первом канале измерения, в отличие от прототипа вводят второй канал измерения, в котором пучок света направляют через светофильтр, поляризационный фильтр и исследуемый раствор, производят измерение коэффициента пропускания каждого из каналов относительно холостой пробы, не содержащей исследуемого вещества, а концентрацию сахара С находят по формуле:

Figure 00000004

где l - длина оптического канала;
[[α]] - удельное вращение плоскости поляризации сахара;
T1 - коэффициент пропускания первого канала;
Т2 - коэффициент пропускания второго канала.The technical result is achieved by the fact that in the method for measuring the concentration of sugar in a solution by which the intensity of the filter passed is measured, the first polarizing filter, the test solution and the second polarizing filter of the light beam in the first measurement channel, in contrast to the prototype, introduce a second measurement channel in which the light beam is sent through a filter, a polarizing filter and the test solution, the transmittance of each channel is measured relative to a blank sample, not with holding the test substance, and the concentration of sugar C is found by the formula:
Figure 00000004

where l is the length of the optical channel;
[[α]] - specific rotation of the plane of polarization of sugar;
T 1 - transmittance of the first channel;
T 2 - transmittance of the second channel.

Технический результат достигается также сахариметром, содержащим первый оптический канал, включающий в себя первый источник света, первую фокусирующую линзу, светофильтр, неподвижно установленные поляризационные фильтры, установленную между ними кювету с исследуемой средой, и первый фотоприемник, причем первый источник света оптически связан с первым фотоприемником, в котором, в отличие от прототипа, введен второй оптический канал, содержащий второй источник света, вторую фокусирующую линзу и второй фотоприемник, оптически связанный со вторым источником света, причем оси пропускания поляризационных фильтров первого оптического канала ориентированы строго параллельно, а также введены коммутатор, измерительный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор и устройство индикации, при этом выходы первого и второго фотоприемника через коммутатор соединены с входом измерительного усилителя, выход измерительного усилителя соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом микропроцессора, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым источниками света соответственно, третий выход соединен с коммутатором, четвертый выход соединен с измерительным усилителем, пятый выход соединен с аналого-цифровым преобразователем, а шестой выход соединен с устройством индикации. The technical result is also achieved by a saccharimeter containing a first optical channel, including a first light source, a first focusing lens, a filter, fixed polarizing filters, a cuvette with a test medium between them, and a first photodetector, the first light source being optically coupled to the first photodetector , in which, unlike the prototype, a second optical channel is introduced containing a second light source, a second focusing lens and a second photodetector optically coupled with a second light source, the transmission axes of the polarization filters of the first optical channel being oriented strictly parallel, and also introduced a switch, a measuring amplifier, an analog-to-digital converter, a microprocessor and an indication device, while the outputs of the first and second photodetectors are connected through the switch to the input of the measuring amplifier, the output of the measuring amplifier is connected to the input of the analog-to-digital converter, the output of the analog-to-digital converter is connected to the input of the microprocessor, p the first and second outputs of which are connected to the first and second light sources, respectively, the third output is connected to a switch, the fourth output is connected to a measuring amplifier, the fifth output is connected to an analog-to-digital converter, and the sixth output is connected to an indication device.

Существо изобретения поясняется чертежом. На фиг.1 изображена блок-схема устройства. The invention is illustrated in the drawing. Figure 1 shows a block diagram of a device.

Сахариметр содержит первый и второй источники оптического излучения, первую и вторую фокусирующие линзы, светофильтр, два неподвижно закрепленных поляризационных фильтра со строго параллельными осями пропускания, между которыми помещена кювета с исследуемым раствором, первый и второй фотоприемники, коммутатор, измерительный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор и устройство индикации, причем излучение первого источника света 1 через фокусирующую линзу 2, светофильтр 3, поляризационный фильтр 4, кювету с измеряемым раствором 5 и поляризационный фильтр 6 оптически связано с первым фотоприемником 7, а излучение второго источника света 8 через фокусирующую линзу 9, светофильтр 3, поляризационный фильтр 4 и кювету с измеряемым раствором 5 оптически связано со вторым фотоприемником 10, причем выходы фотоприемников 7 и 10 через коммутатор 11 соединены с входом измерительного устройства 12, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 13, выход которого соединен с входов микропроцессора 14, причем первый выход микропроцессора 14 соединен с первым источником света 1, второй выход микропроцессора 14 соединен со вторым источником света 8, третий выход микропроцессора 14 соединен с коммутатором 11, четвертый выход микропроцессора 14 соединен с измерительным усилителем 12, пятый выход микропроцессора 14 соединен с аналого-цифровым преобразователем 13, а шестой выход микропроцессора 14 соединен с устройством индикации 15. The saccharimeter contains the first and second optical radiation sources, the first and second focusing lenses, a light filter, two fixed polarizing filters with strictly parallel transmission axes, between which a cuvette with the test solution is placed, the first and second photodetectors, a switch, a measuring amplifier, an analog-to-digital converter , a microprocessor and an indication device, the radiation of the first light source 1 through a focusing lens 2, a filter 3, a polarizing filter 4, a cell with a measured m solution 5 and a polarizing filter 6 is optically connected to the first photodetector 7, and the radiation of the second light source 8 through a focusing lens 9, a filter 3, a polarizing filter 4 and a cuvette with the measured solution 5 are optically connected to the second photodetector 10, and the outputs of the photodetectors 7 and 10 through a switch 11 connected to the input of the measuring device 12, the output of which is connected to the input of an analog-to-digital converter 13, the output of which is connected to the inputs of the microprocessor 14, and the first output of the microprocessor 14 is connected to the first light source 1, the second output of the microprocessor 14 is connected to the second light source 8, the third output of the microprocessor 14 is connected to the switch 11, the fourth output of the microprocessor 14 is connected to the measuring amplifier 12, the fifth output of the microprocessor 14 is connected to the analog-to-digital converter 13, and the sixth output microprocessor 14 is connected to the indicating device 15.

Измерение концентрации сахара в растворе по заявляемой методике состоит из двух этапов. На первом этапе производят измерение холостой пробы (раствора, идентичного исследуемому, но не содержащего сахара) по обоим оптическим каналам. Для первого канала значение фототока первого фотоприемника 7 I1ХП может быть выражено в аналитической форме как
I1ХП=0.5•Ф1•ТХП•ТХТ2•К1,
где Ф1 - мощность излучения источника света 1;
ТПФ1 - коэффициент пропускания первого поляризационного фильтра 4;
ТХП - коэффициент пропускания холостой пробы;
ТПФ2 - коэффициент пропускания второго поляризационного фильтра 6;
К1 - коэффициент преобразования оптического излучения в ток первого фотоприемника 7.
Measurement of the concentration of sugar in solution according to the claimed method consists of two stages. At the first stage, a blank sample is measured (a solution identical to the test one, but not containing sugar) through both optical channels. For the first channel, the value of the photocurrent of the first photodetector 7 I 1HP can be expressed in analytical form as
I 1ХП = 0.5 • Ф 1 • Т ХП • Т ХТ2 • К 1 ,
where f 1 - the radiation power of the light source 1;
T PF1 - transmittance of the first polarizing filter 4;
T HP - transmittance of blank sample;
T PF2 - transmittance of the second polarizing filter 6;
To 1 - the conversion factor of optical radiation into the current of the first photodetector 7.

Для второго канала значение фототока второго фотоприемника 10 I2ХП может быть выражено в аналитической форме как
I2ХП=0.5•Ф2•ТПФ1•ТХТ•К2;
где Ф2 - мощность излучения источника света 8;
К2 - коэффициент преобразования оптического излучения в ток второго фотоприемника 10.
For the second channel, the value of the photocurrent of the second photodetector 10 I 2XP can be expressed in analytical form as
I 2ХП = 0.5 • Ф 2 • Т ПФ1 • Т ХТ • К 2 ;
where f 2 is the radiation power of the light source 8;
To 2 - the conversion factor of optical radiation into the current of the second photodetector 10.

Значения I1ХП и I2ХП последовательно усиливаются и преобразуются в напряжения измерительным усилителем 12, которые преобразуются в цифровой код аналого-цифровым преобразователем 13 и поступают в микропроцессор 14, где запоминаются для вычисления окончательного результата в ходе второго этапа.The values of I 1HP and I 2HP are successively amplified and converted into voltages by a measuring amplifier 12, which are converted into a digital code by an analog-to-digital converter 13 and fed to a microprocessor 14, where they are stored to calculate the final result during the second stage.

На втором этапе проводят измерение исследуемого раствора по обоим оптическим каналам. Для первого оптического канала значение фототока первого фотоприемника 7 I1СП может быть выражено в аналитической форме как
I1СП = 0,5•Ф1•TПФ1•TСП•TПФ2•cos2(α)•K1,
где TСП - коэффициент пропускания исследуемой пробы;
α - угол поворота плоскости поляризации пучка света, вызванный наличием сахара в исследуемой пробе.
At the second stage, the measurement of the test solution is carried out through both optical channels. For the first optical channel, the photocurrent value of the first photodetector 7 I 1SP can be expressed in analytical form as
I 1SP = 0.5 • Ф 1 • T PF1 • T SP • T PF2 • cos 2 (α) • K 1 ,
where T SP - transmittance of the test sample;
α is the angle of rotation of the plane of polarization of the light beam caused by the presence of sugar in the test sample.

Появление члена cos2(α) объясняется законом Малюса, согласно которому коэффициент пропускания Т 100%-но линейно поляризованного луча света, ориентированного под углом α относительно оси пропускания идеального поляризатора выражается как
T = cos2(α).
Для второго оптического канала значение фототока второго фотоприемника 10 I2СП может быть выражено в аналитической форме как
I2СП=0.5•Ф2•TПФ1•ТСП•К2.
The appearance of the term cos 2 (α) is explained by the Malus law, according to which the transmittance T of a 100% linearly polarized light beam oriented at an angle α relative to the transmission axis of an ideal polarizer is expressed as
T = cos 2 (α).
For the second optical channel, the photocurrent value of the second photodetector 10 I 2SP can be expressed in analytical form as
I 2SP = 0.5 • F 2 • T PF1 • T SP • K 2 .

Значения I1СП и I2СП последовательно усиливаются и преобразуются в напряжения измерительным усилителем 12, которые преобразуются в цифровой код аналого-цифровым преобразователем 13 и поступают в микропроцессор 14, который производит следующие вычисления:
а) Вычисляет коэффициент пропускания первого оптического канала T1 как

Figure 00000005

где ТСР - коэффициент пропускания исследуемой среды.The values of I 1SP and I 2SP are successively amplified and converted into voltages by a measuring amplifier 12, which are converted into a digital code by an analog-to-digital converter 13 and fed to a microprocessor 14, which performs the following calculations:
a) Calculates the transmittance of the first optical channel T 1 as
Figure 00000005

where T SR - transmittance of the investigated medium.

б) Вычисляет коэффициент пропускания второго оптического канала Т2 как

Figure 00000006

в) Вычисляет отношение коэффициентов пропускания первого и второго каналов К как
Figure 00000007

г) Вычисляет значение α как
Figure 00000008

д) Вычисляет значение концентрации сахара в исследуемом растворе Скак
Figure 00000009

где l - длина оптического канала;
[α] - удельное вращение плоскости поляризации сахара для рабочей длины волны. Для длины волны 589.3 нм значение [α] составляет 66.33o. b) Calculates the transmittance of the second optical channel T 2 as
Figure 00000006

c) Calculates the ratio of transmittances of the first and second channels K as
Figure 00000007

d) Calculates the value of α as
Figure 00000008

d) Calculates the value of the concentration of sugar in the test solution Skak
Figure 00000009

where l is the length of the optical channel;
[α] is the specific rotation of the plane of polarization of sugar for the working wavelength. For a wavelength of 589.3 nm, the value of [α] is 66.33 o .

Заявляемый сахариметр работает в двух режимах: в режиме тарировки и в режиме измерения. Отличия режимов работы заключаются в вычислительном процессе микропроцессора 14. The inventive saccharimeter operates in two modes: in calibration mode and in measurement mode. The differences between the modes of operation are in the computing process of the microprocessor 14.

Измерительный процесс в обоих режимах построен одинаково: сначала микропроцессор 14 с помощью коммутатора 11 переключает первый фотоприемннк 7 на вход измерительного усилителя 12, затем включает первый источник света 1. Световой поток фокусируется линзой 2 и последовательно проходит светофильтр 3, первый поляризационный фильтр 4, кювету с измеряемым раствором 5, второй поляризационный фильтр б и попадает на фотоприемник 9, где преобразуется в фототок. Фототек с помощью коммутатора 11 подается на измерительный усилитель 12, где усиливается, преобразуется в напряжение и подается на вход аналого-цифрового преобразователя 13. Измеренное значение подается на вход микропроцессора 14, где запоминается в оперативной памяти. Затем микропроцессор 14 отключает первый источник света 1, с помощью коммутатора 11 переключает второй фотоприемник 10 на вход измерительного усилителя 12, при необходимости корректирует коэффициент усиления измерительного усилителя 12 и включает второй источник света 8. Световой поток фокусируется линзой 9 и последовательно проходит светофильтр 3, первый поляризационный фильтр 4, кювету с измеряемым раствором 5 и попадает на второй фотоприемник 10, где преобразуется в фототек. Фототок с помощью коммутатора 11 подается на измерительный усилитель 12, где усиливается, преобразуется в напряжение и подается на вход аналого-цифрового преобразователя 13. Измеренное значение подается на вход микропроцессора 14, где запоминается в оперативной памяти. Затем микропроцессор 14 отключает второй источник света 8. The measurement process in both modes is constructed in the same way: first, the microprocessor 14 switches the first photodetector 7 to the input of the measuring amplifier 12 using the switch 11, then turns on the first light source 1. The light flux is focused by lens 2 and the filter 3 passes through it, the first polarizing filter 4, the cell with measured solution 5, the second polarizing filter b and gets on the photodetector 9, where it is converted into a photocurrent. The photo library using the switch 11 is fed to the measuring amplifier 12, where it is amplified, converted to voltage and fed to the input of the analog-to-digital converter 13. The measured value is fed to the input of the microprocessor 14, where it is stored in RAM. Then the microprocessor 14 turns off the first light source 1, by means of a switch 11 switches the second photodetector 10 to the input of the measuring amplifier 12, if necessary, adjusts the gain of the measuring amplifier 12 and turns on the second light source 8. The light flux is focused by the lens 9 and the filter 3 passes sequentially, the first polarizing filter 4, the cell with the measured solution 5 and gets on the second photodetector 10, where it is converted into a photo library. The photocurrent using the switch 11 is fed to the measuring amplifier 12, where it is amplified, converted to voltage and fed to the input of an analog-to-digital converter 13. The measured value is fed to the input of the microprocessor 14, where it is stored in RAM. Then the microprocessor 14 turns off the second light source 8.

При работе в первом режиме оба измеренных значения запоминаются в оперативной памяти для дальнейшего использования во втором режиме. При работе во втором режиме микропроцессор 14 производит вычисления согласно описанной выше методике, а затем осуществляет вывод вычисленного значения концентрации на устройство индикации 15. When working in the first mode, both measured values are stored in RAM for future use in the second mode. When working in the second mode, the microprocessor 14 performs the calculations according to the method described above, and then outputs the calculated concentration to the display device 15.

Пример конкретной реализации способа:
В качестве источников света 1 и 8 используются светодиоды. В качестве поляризационных фильтров 4 и 6 используются поляроидные пленки типа LLC2-80-12(18) со степенью поляризации 99.987%. В качестве фотоприемников 7 и 10 используются фотодиоды типа BPW21. В качестве коммутатора 11 используется аналоговые ключи из состава микросхемы К590КН13. Измерительный усилитель 12 собран по схеме с возможностью регулировки коэффициента усиления на трех операционных усилителях типа К140УД20 (два усилителя) и К140УД14 (один усилитель). Аналого-цифровой преобразователь 13 построен по схеме двойного интегрирования на двух операционных усилителях из состава микросхемы К140УД20 и обеспечивает 16-ти разрядное преобразование напряжение во временной интервал, который микропроцессор 14 преобразует в код. В качестве микропроцессора 14 используется микроконтроллер АТ89С4051 со встроенным ОЗУ данных на 128 байт и встроенным ПЗУ команд на 4 килобайта. В качестве устройства индикации 15 используется жидкокристаллический индикатор DV08020 S1PBLY/R. Время измерения концентрации не превышает одной секунды.
An example of a specific implementation of the method:
As light sources 1 and 8, LEDs are used. As polarization filters 4 and 6, polaroid films of LLC2-80-12 type (18) with a degree of polarization of 99.987% are used. As photodetectors 7 and 10, photodiodes of the BPW21 type are used. As switch 11, analog keys are used from the composition of the K590KN13 chip. The measuring amplifier 12 is assembled according to the scheme with the possibility of adjusting the gain on three operational amplifiers of the K140UD20 type (two amplifiers) and K140UD14 (one amplifier). The analog-to-digital converter 13 is built according to the double integration scheme on two operational amplifiers from the K140UD20 microcircuit and provides 16-bit voltage conversion into a time interval that the microprocessor 14 converts to code. As the microprocessor 14, the AT89C4051 microcontroller is used with a built-in 128-byte data RAM and a 4 kilobyte built-in instruction ROM. As the indicating device 15, a liquid crystal display DV08020 S1PBLY / R is used. The concentration measurement time does not exceed one second.

Размер устройства определяется длиной оптического канала. Уменьшение длины оптического канала влечет пропорциональное уменьшение угла поворота плоскости поляризованного света для того же раствора сахара, то есть уменьшение чувствительности. Однако одновременно с уменьшением угла поворота плоскости поляризации уменьшается поглощение пучка света в растворе, что повышает отношение сигнал-шум на входе измерительного усилителя и позволяет проводить измерение с большей точностью. В описываемой реализации длина оптического канала выбрана равной 30 мм. Как следствие, габариты устройства вместе с платой не превышают 100•150•30 мм при наличии внешнего блока питания, а масса устройства без корпуса и блока питания не превышает 250 грамм. The size of the device is determined by the length of the optical channel. A decrease in the length of the optical channel entails a proportional decrease in the angle of rotation of the plane of polarized light for the same sugar solution, i.e., a decrease in sensitivity. However, simultaneously with a decrease in the angle of rotation of the plane of polarization, the absorption of the light beam in the solution decreases, which increases the signal-to-noise ratio at the input of the measuring amplifier and allows measurements to be made with greater accuracy. In the described implementation, the length of the optical channel is selected equal to 30 mm. As a result, the dimensions of the device together with the board do not exceed 100 • 150 • 30 mm with an external power supply, and the mass of the device without a case and power supply does not exceed 250 grams.

Описанная реализация позволяет уменьшить массогабаритные показатели оптического блока и всего устройства в целом за счет использования поляризационных пленок, обладающих сильным дихроизмом, полного отсутствия кинематики и использования микроконтроллера для обработки и выдачи результата. Монохроматичность излучения достигается использованием светофильтра 3, разбросы параметров светодиодов и фотодиодов взаимно компенсируются в ходе обработки измеренных значений. The described implementation allows to reduce the overall dimensions of the optical unit and the entire device as a whole through the use of polarizing films with strong dichroism, the complete absence of kinematics and the use of a microcontroller for processing and outputting the result. The monochromaticity of radiation is achieved by using a filter 3, the spread of the parameters of the LEDs and photodiodes are mutually compensated during the processing of the measured values.

Итак, заявляемый сахариметр позволяет быстро проводить объективное измерение концентрации сахара в растворах. При упрощении конструкции понижаются массогабаритные показатели и стоимость прибора. Использование микроконтроллера и отсутствие кинематики повышают надежность устройства. So, the inventive saccharimeter allows you to quickly conduct an objective measurement of the concentration of sugar in solutions. When simplifying the design, the overall dimensions and cost of the device are reduced. The use of a microcontroller and the absence of kinematics increase the reliability of the device.

Claims (2)
Hide Dependent
translated from Russian

1. Способ измерения концентрации сахара в растворе, по которому проводят измерение интенсивности прошедшего светофильтр, первый поляризационный фильтр, исследуемый раствор и второй поляризационный фильтр пучка света в первом канале измерения, отличающийся тем, что вводят второй канал измерения, в котором пучок света направляют через светофильтр, поляризационный фильтр и исследуемый раствор, производят измерение коэффициента пропускания каждого из каналов относительно холостой пробы, не содержащей исследуемого вещества, а концентрацию сахара С находят по формуле1. The method of measuring the concentration of sugar in a solution, which measure the intensity of the passed filter, the first polarizing filter, the test solution and the second polarizing filter of the light beam in the first measurement channel, characterized in that a second measurement channel is introduced, in which the light beam is sent through the filter , a polarizing filter and the test solution, measure the transmittance of each channel relative to a blank sample that does not contain the test substance, and the concentration w sugar C are according to the formula
Figure 00000010
Figure 00000010
где l - длина оптического канала;where l is the length of the optical channel; [α] - удельное вращение плоскости поляризации сахара;[α] is the specific rotation of the plane of polarization of sugar; T1 - коэффициент пропускания первого канала;T 1 - transmittance of the first channel; Т2 - коэффициент пропускания второго канала.T 2 - transmittance of the second channel.
2. Сахариметр, содержащий первый оптический канал, включающий в себя первый источник света, первую фокусирующую линзу, светофильтр, неподвижно установленные поляризационные фильтры, установленную между ними кювету с исследуемой средой и первый фотоприемник, причем первый источник света оптически связан с первым фотоприемником, отличающийся тем, что введен второй оптический канал, содержащий второй источник света, вторую фокусирующую линзу и второй фотоприемник, оптически связанный со вторым источником света, причем оси пропускания поляризационных фильтров первого оптического канала ориентированы строго параллельно, а также введены коммутатор, измерительный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор и устройство индикации, при этом выходы первого и второго фотоприемников через коммутатор соединены с входом измерительного усилителя, выход измерительного усилителя соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом микропроцессора, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым источниками света соответственно, третий выход соединен с коммутатором, четвертый выход соединен с измерительным усилителем, пятый выход соединен с аналого-цифровым преобразователем, а шестой выход соединен с устройством индикации.2. A saccharimeter comprising a first optical channel including a first light source, a first focusing lens, a light filter, fixed polarizing filters, a cuvette with a test medium between them and a first photodetector, the first light source being optically coupled to the first photodetector, characterized in that introduced a second optical channel containing a second light source, a second focusing lens and a second photodetector optically coupled to a second light source, and the transmission axis of the floor The filters of the first optical channel are oriented strictly parallel, and a commutator, a measuring amplifier, an analog-to-digital converter, a microprocessor and an indication device are introduced, while the outputs of the first and second photodetectors are connected through the switch to the input of the measuring amplifier, the output of the measuring amplifier is connected to the input of the analog digital converter, the output of the analog-to-digital converter is connected to the input of the microprocessor, the first and second outputs of which are connected to the first and W eye light sources, respectively, a third output connected to the switch, a fourth output is connected to the measuring amplifier, a fifth output is connected to an analog-digital converter, a sixth output is connected to the display device.