RU2420728C2 - Способ коррекции выходного сигнала фотометрического датчика - Google Patents
Способ коррекции выходного сигнала фотометрического датчика Download PDFInfo
- Publication number
- RU2420728C2 RU2420728C2 RU2009124494/28A RU2009124494A RU2420728C2 RU 2420728 C2 RU2420728 C2 RU 2420728C2 RU 2009124494/28 A RU2009124494/28 A RU 2009124494/28A RU 2009124494 A RU2009124494 A RU 2009124494A RU 2420728 C2 RU2420728 C2 RU 2420728C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transmittance
- sensor
- output signal
- hardware
- measured
- Prior art date
Links
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для метрологической аттестации и периодической поверки устройств фотометрического анализа жидких сред. Для коррекции выходного сигнала фотометрического датчика воздействуют излучением на измеряемый объект и выполняют измерения путем приема излучения, проходящего через измеряемый объект с помощью датчика, имеющего нелинейную выходную характеристику, осуществляют линеаризацию выходного сигнала датчика, так что выходной сигнал с указанного датчика в ответ на изменение количества принятого излучения становится пропорциональным количеству принятого излучения. Измеряют аппаратное значение коэффициентов пропускания в произвольных точках диапазона измерения на проверяемом датчике и корректируют их с учетом аппроксимирующей функции. Изобретение направлено на повышение достоверности измерения истинных коэффициентов пропускания контролируемых жидких сред за счет обеспечения возможности учета неидеальностей основных характеристик оптического тракта. 2 з.п. ф-лы.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для метрологической аттестации и периодической поверки устройств, предназначенных для фотометрического анализа жидких сред.
Фотометрический датчик используется в устройствах для определения содержания веществ путем измерения коэффициентов (Т) пропускания растворов.
где I0 - интенсивность падающего светового потока,
I - интенсивность светового потока, прошедшего слой контролируемой среды;
U0, В - значение выходного напряжения детектора, измеренного на фоновом растворе;
UT, В - значение выходного напряжения детектора при выключенном светодиоде;
U, В - текущее значение выходного напряжения детектора при подаче контрольного раствора.
При оценке метрологических характеристик устройств, применяемых для фотометрического анализа, основными параметрами являются коэффициент пропускания и диапазон его изменения.
В зависимости от класса прибора погрешность определения коэффициента пропускания нормируется в диапазоне 0,1-2%, а диапазон его изменения от 1 до 0,01.
Соотношение (1) строго выполняется при соблюдении следующих условий:
- монохроматичности светового потока;
- параллельности падающего светового потока;
- перпендикулярности падающего светового потока поверхности контролируемой среды,
- линейности выходной характеристики датчиков в ответ на количество принятого излучения.
Указанные условия реализуются только в лабораторных спектрофотометрах высокого класса точности. Для портативных фотометров и проточных анализаторов ни одно из указанных требований не выполняется. В связи с этим при проверке метрологических характеристик подобных приборов необходимо введение поправочных коэффициентов, учитывающих отклонение аппаратных значений коэффициентов пропускания (Тап) от их истинных значений (Тист).
Значение поправочного коэффициента определяется как длиной волны, так и конкретным значением истинного коэффициента пропускания внутри нормируемого диапазона измерений Т (1-0,1).
Обычным способом учета отклонений подобного типа является экспериментальное определение Тист и Тап коэффициентов пропускания при рабочих длинах волн в 10 точках рабочего диапазона изменений коэффициентов пропускания и построение по полученным данным поправочной функции в кусочно-линейном приближении.
При использовании данного способа для каждого датчика и при трех рабочих длинах волн необходимо проведение 30 серий измерений с использованием тридцати контрольных растворов. Учитывая общие затраты времени, данная процедура занимает приблизительно 2 рабочих дня для каждого датчика.
Известен способ коррекции выходного сигнала датчика (патент США №7110901, опубл. 19.09.2006), согласно которому воздействуют излучением на измеряемый объект и выполняют измерения путем приема излучения отраженного от части детектируемого объекта с помощью датчика, причем указанный датчик имеет нелинейную выходную характеристику в ответ на количество принятого излучения, а указанный способ содержит процесс линеаризации, корректирующий выходной сигнал датчика, так что выходной сигнал с указанного датчика в ответ на изменение количества принятого излучения становится пропорциональным количеству принятого излучения, причем указанный процесс линеаризации включает этапы (А) и (В), где (А) представляет собой процесс, в котором фотодатчик, имеющий линейную выходную характеристику в ответ на количество принятого излучения, расположен таким образом, что излучение, падающее на датчик, одновременно падает на указанный образцовый фотодатчик, и в случае изменения количества падающего излучения соотношение выходного сигнала датчика и выходного сигнала образцового фотодатчика хранится как линеаризационные данные, а этап (В) представляет собой процесс, в котором в процессе проведения измерений результирующий выходной сигнал датчика корректируется таким образом, чтобы стать пропорциональным выходному сигналу указанного фотодатчика на основе указанных линеаризационных данных.
Включение образцового фотодатчика, имеющего линейную выходную характеристику, в состав самого детектора обеспечивает проведение линеаризации непрерывно в процессе проведения измерений.
Недостатком прототипа является то, что в процессе линеаризации учитывается только нелинейность выходного сигнала самого датчика.
Технический результат изобретения заключается в повышении достоверности измерения истинных коэффициентов пропускания контролируемых жидких сред, за счет обеспечения возможности учета неидеальностей основных характеристик оптического тракта.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе коррекции выходного сигнала датчика, согласно которому воздействуют излучением на измеряемый объект и выполняют измерения путем приема излучения, проходящего через измеряемый объект с помощью датчика, имеющего нелинейную выходную характеристику, осуществляют линеаризацию выходного сигнала датчика, так что выходной сигнал с указанного датчика в ответ на изменение количества принятого излучения становится пропорциональным количеству принятого излучения, согласно изобретению в качестве аппроксимирующей функции при линеаризации во всем диапазоне изменений коэффициентов пропускания принимается соотношение
где Тист - истинное значение коэффициента пропускания;
Тап - аппаратное значение коэффициента пропускания;
а0, a1, a2,…an - коэффициенты аппроксимирующей функции, причем истинное значение коэффициента пропускания измеряют для градуировочных растворов на образцовом фотометре, аппаратное значение коэффициента пропускания градуировочных растворов измеряют на проверяемом датчике, затем вычисляют коэффициенты аппроксимирующей функции, после чего измеряют аппаратное значение коэффициентов пропускания в произвольных точках диапазона измерения на проверяемом датчике и корректируют их с учетом аппроксимирующей функции.
Причем истинное и аппаратное значения коэффициента пропускания можно определять для (n+1) градуировочных растворов или для n градуировочных растворов. Во втором случае при вычислении коэффициентов аппроксимирующей функции принимается условие, что при коэффициенте пропускания, равном 1, истинное значение коэффициента пропускания совпадает с аппаратным.
Анализ данных, полученных для серии измерений, проведенных на разных датчиках, показал, что при Х=const во всем диапазоне изменения коэффициентов пропускания выполняется соотношение:
Таким образом, аппроксимирующая функция для любого из анализаторов и каждой рабочей длины волны с хорошей степенью приближения может быть описана полиномом n-й степени. Вычисление коэффициентов полинома производится по результатам измерения аппаратных и истинных коэффициентов пропускания.
Использование при линеаризации выходного сигнала датчика измеренных истинного и аппаратного значений коэффициентов пропускания обеспечивает нам учет неидеальностей основных характеристик оптического тракта - немонохроматичности светового потока, непараллельности падающего светового потока, неперпендикулярности падающего светового потока к поверхности контролируемой среды.
Рассмотрим реализацию заявляемого способа коррекции выходного сигнала на примере выполнения процедуры коррекции показаний фотометрического датчика проточно-инжекционного анализатора.
В качестве аппроксимирующей функции выбираем полином второго порядка. Поэтому измерение коэффициента пропускания для каждой длины волны проводится с использованием двух градуировочных растворов и одного фонового, для которого коэффициент пропускания принимается равным 1.
По стандартной процедуре готовятся фоновый раствор и градуировочные растворы с коэффициентами пропускания около 0,2 и около 0,5.
Подготавливают к измерениям образцовый спектрофотометр с пределами допускаемого значения абсолютной погрешности измерения коэффициента пропускания ±0,5%.
Заполняют одну кювету градуировочным раствором, другую кювету (кювету сравнения) - фоновым раствором. Помещают обе кюветы в кюветное отделение спектрофотометра. Измеряют коэффициент пропускания градуировочного раствора относительно фонового раствора. Повторяют процедуру для второго градуировочного раствора.
На проверяемом датчике в автоматическом режиме измеряют для каждого из градуировочных растворов аппаратное значение коэффициента пропускания относительно фонового раствора.
По полученным значениям истинных и аппаратных коэффициентов пропускания вычисляют коэффициенты полинома с использованием стандартных математических процедур, принимая, при этом, что при коэффициенте пропускания, равном 1, истинное значение коэффициента пропускания совпадает с аппаратным.
Полученные значения коэффициентов полинома в дальнейшем используются для линеаризации показаний датчика во всем диапазоне проведения измерений.
Проверка данного алгоритма коррекции выходного сигнала проводилась более чем на 20 датчиках и ни в одном случае погрешность определения коэффициента пропускания не превышала нормированного значения 1,5% во всем диапазоне его изменения - 1-0,1
Claims (3)
1. Способ коррекции выходного сигнала фотометрического датчика, согласно которому воздействуют излучением на измеряемый объект и выполняют измерения путем приема излучения, проходящего через измеряемый объект с помощью датчика, имеющего нелинейную выходную характеристику, осуществляют линеаризацию выходного сигнала датчика так, что выходной сигнал с указанного датчика в ответ на изменение количества принятого излучения становится пропорциональным количеству принятого излучения, отличающийся тем, что в качестве аппроксимирующей функции при линеаризации во всем диапазоне изменений коэффициентов пропускания принимается соотношение
где Тист - истинное значение коэффициента пропускания;
Тап - аппаратное значение коэффициента пропускания;
а0, a1, a2, an - коэффициенты аппроксимирующей функции, причем истинное значение коэффициента пропускания измеряют для градуировочных растворов на образцовом фотометре, аппаратное значение коэффициента пропускания градуировочных растворов измеряют на проверяемом датчике, затем вычисляют коэффициенты аппроксимирующей функции, после чего измеряют аппаратное значение коэффициентов пропускания в произвольных точках диапазона измерения на проверяемом датчике и корректируют их с учетом аппроксимирующей функции.
где Тист - истинное значение коэффициента пропускания;
Тап - аппаратное значение коэффициента пропускания;
а0, a1, a2, an - коэффициенты аппроксимирующей функции, причем истинное значение коэффициента пропускания измеряют для градуировочных растворов на образцовом фотометре, аппаратное значение коэффициента пропускания градуировочных растворов измеряют на проверяемом датчике, затем вычисляют коэффициенты аппроксимирующей функции, после чего измеряют аппаратное значение коэффициентов пропускания в произвольных точках диапазона измерения на проверяемом датчике и корректируют их с учетом аппроксимирующей функции.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что истинное и аппаратное значения коэффициента пропускания определяют для (n+1) градуировочных растворов.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что истинное и аппаратное значения коэффициента пропускания измеряют для n градуировочных растворов, а при вычислении коэффициентов аппроксимирующей функции учитывают, что при коэффициенте пропускания, равном 1, истинное значение коэффициента пропускания совпадает с аппаратным.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009124494/28A RU2420728C2 (ru) | 2009-06-26 | 2009-06-26 | Способ коррекции выходного сигнала фотометрического датчика |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009124494/28A RU2420728C2 (ru) | 2009-06-26 | 2009-06-26 | Способ коррекции выходного сигнала фотометрического датчика |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009124494A RU2009124494A (ru) | 2011-01-10 |
| RU2420728C2 true RU2420728C2 (ru) | 2011-06-10 |
Family
ID=44054090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009124494/28A RU2420728C2 (ru) | 2009-06-26 | 2009-06-26 | Способ коррекции выходного сигнала фотометрического датчика |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2420728C2 (ru) |
-
2009
- 2009-06-26 RU RU2009124494/28A patent/RU2420728C2/ru active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009124494A (ru) | 2011-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7957001B2 (en) | Wavelength-modulation spectroscopy method and apparatus | |
| US4373818A (en) | Method and device for analysis with color identification test paper | |
| Crosson | A cavity ring-down analyzer for measuring atmospheric levels of methane, carbon dioxide, and water vapor | |
| JP5603870B2 (ja) | 波長変調スペクトロスコピー装置の較正方法 | |
| US10151633B2 (en) | High accuracy absorbance spectrophotometers | |
| WO2009093453A1 (ja) | 分析装置および分析方法 | |
| Fratini et al. | Eddy-covariance flux errors due to biases in gas concentration measurements: origins, quantification and correction | |
| CN102042873B (zh) | 基于光场均匀性传递的平行光场强度均匀性的认定方法及系统 | |
| US6218666B1 (en) | Method of determining the concentration of a gas in a gas mixture and analyzer for implementing such a method | |
| US7751051B2 (en) | Method for cross interference correction for correlation spectroscopy | |
| RU2420728C2 (ru) | Способ коррекции выходного сигнала фотометрического датчика | |
| JP5548989B2 (ja) | 積分型光検出器を使用したフーリエ係数測定法 | |
| CN105606220B (zh) | 一种优化波长矫正方法及采用该方法的分光测色仪 | |
| US5402242A (en) | Method of and an apparatus for measuring a concentration of a fluid | |
| JP2010101715A (ja) | 分析方法および分析装置 | |
| Neyezhmakov et al. | Increasing the measurement accuracy of wide-aperture photometer based on digital camera | |
| JP4233423B2 (ja) | 定量方法及びスペクトル測定装置 | |
| KR20110035811A (ko) | 적분형 광검출기를 사용한 푸리에 계수 측정법 | |
| JP2590307B2 (ja) | 原子吸光分析装置 | |
| CN116917716A (zh) | 校准气体传感器的方法和使用该校准来测量气体的方法 | |
| JP5020219B2 (ja) | 分析方法および分析装置 | |
| JP2020094990A (ja) | 光学分析装置、並びに光学分析装置に用いられる機械学習装置及びその方法 | |
| JP2013148376A (ja) | 測定装置 | |
| JP2621004B2 (ja) | 光の吸収を利用した濃度測定方法 | |
| RU2790063C1 (ru) | Способ градуировки акустооптического спиртомера |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |