SU1239524A1 - Двухволновый фотометр - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к фотометрии и может быть использовано дл  определени  состава, свойств и структуры веществ. Изобретение позвол ет сократить врем  измерений за счет параллельного определени  двухволно- вых свойств вещества путем создани  возможности одновременного облучени  его на двух длинах волн с использованием результата измерени  на одной длине волны дл  управлени  мощностью излучени  на другой длине олны. 1 ил. §

Description

Изобретение относитс  к фотометрии и касаетс  двухволновых фотометрических устройств дл  определени  состава, свойств и структуры различных веществ, особенно при использовании методик, св занных с проведением исследований в процессе кинетических реакций.

Цель изобретени  - сокращение времени измерений.

На чертеже представлена структурна  схема двухволнового фотометра.

Устройство содержит источник 1 опорного напр жени , подключенный к входу первого дифференциального усилител  2, первый фотоприемник 3. Выход первого дифференциального уси- ,литёл  2 соединен с первым источником 4 излучени , который оптически св зан через первый -монохроматор 5, например, на аналитическую длину волны , с первым оптическим разделителем 6. Один выход первого оптического разделител  6 св зан через первую кювету 7 с фотоприемником 3, а второй выход св зан с вторым фотоприемником 8, Первый фотоприемник 3 подключен к одному входу второго дифференциального усилител  9, выход которого соединен с вторым источником 10 излучени , который оптически св зан с вторым монохроматором 11, например, на эталонную длину волны. Второй монохроматор 11 св зан с вторым оптическим разделителем 12, один выход которого через вторую кювету 13 св зан с.третьим фотоприемником 14, подключенным к второму входу второго дифференциального усилител  9. Второй выход оптического разделител  12 св зан с четвертым фотоприемником 15, подключенным к регистратору 16.

Устройство работает следующим образом.

Источник 1 опорного напр жени  формирует сигнал, который поступает на вход первого дифференциального усилител  2, на второй вход которого поступает сигнал с второго фотоприемника 8. Разность сигналов, усиленна  первым дифференциальным усилителем 2 поступает на первый источник 4 излучени  . Сигнал на выходе первого дифференциального усилител  2 должен быть достаточной мощности, чтобы уп- |равл ть величиной лучистого потока jnepBoro источника 4 излучени . Лучис2395241

тый поток первого источника 4 излу- чени  поступает на первый монохроматор 5, с помощью которого выдел етс  излучение, например, с аналитической

5 длиной волны А . После первого моно- хроматора 5 лучистый поток Р ( А, ) падает на первый оптический разделитель 6. Часть К, лучистого потока Ф(/) пройдет первый оптический раз0 делитель 6 в направлении первой кюветы 7. Если обозначить дл  длины волны А, коэффициент пропускани  первой кюветы 7 с наход щимс  в ней исследуемым веществом через (А ) ,

15 то на первый фотоприемник 3 поступит лучистый поток К, Т , ( А ,) t ( Л) . На выходе первого фотоприемника 3 будет сформирован электрический сигнал V, V, 5/А,)КД(А,)Ф„(А,), (1)

20 где S,(/l,) - чувствительность первого фотоприемника 3 к излучению с длиной волны А . Друга  часть К лучистого потока

пройдет первый оптический разделитель 6 в направлении второго фотоприемника 8 и будет им преобразована в электрический сигнал V

V, 5,(А,)К,Ф/А,), (2)

30 где S,. ( А,) чувствительность второго фотоприемника 8 к излучению с длиной волны А, .

Сигнал с выхода второго фотоприемника 8 поступает на вход первого

дифференциального усилител  2. В устройстве образован первый опто- электронный канал отрицательной обратной св зи, в который вход т источник 1 опорного напр жени , первый дифференциальный усилитель .2, вто- рой фотоприемник 8 и первые источник 4 излучени , монохроматор 5, оптический разделитель 6. Поскольку при достаточно большом коэффициенте уси лени  первого дифференциального усилител  2, который работает в зоне устойчивости, т.е. без самовозбуждени , можно считать, что сигналы на его входах равны, можно записать:

5°V. V, ,(3)

где Vg сигнал, формируемый источником 1 опорного напр жени .

За счет воздействи  первого опто- электронного контура отрицательной

55 обратной св зи стабилизируетс  мощность лучистого потока, падающего на второй фотоприемник 8, а значит и на первую кювету 7. Если мощность из40

лучени , падающего на второй фотоприемник 8, отличаетс  от той, котора  необходима дл  формировани  сигнала V, , удовлетвор ющего равенство (3), то на выходе первого дифферен- циального усилител  2 формируетс  сигнал, корректирующий мощность лучистого потока первого источника 4 излучени . Следовательно, измен етс  и поток ) на выходе первого MOHoxpoMatopa 5 так, чтобы часть потока, поступающего на второй фотоприемник 8 была достаточной дл  формировани  последним электрического сигнала в соответствии с равенством (3). Поскольку коэффициенты делени  лучистого потока К, и К первым оп- тическим разделителем 6  вл ютс  посто нными величинами, не завис щими от Ф( Л,), то на пер вую кювету 7 по- ступит стабилизированный по мощности лучистый поток. .

На основании выражений (2) и (3) можно найти ЯР( Л) V ,, ( А,) Подставив полученное значение лучис- того потока в вьфажение (1), запишем

V, - , (Л,)К,г(Л)/К,8,(,1,) (4),

Сигнал с выхода первого фотоприемника 3 поступает на вход второго дифференциального усилител  9, с вы- хода которого усиленный сигнал достаточной мощности подаетс  на второй источник 10 излучени , который формирует лучистый поток, поступающий на второй монохроматор 11. На выходе второго монохроматора 11 выдел етс  лучистый поток с длиной волны AJ , например эталонной, мощность которого обозначим через T oCAj.). Часть Kj лучистого потока P(Aj) пройдет второй оптический разделитель 12 и поступит на вторую кювету 13. Во второй кювете 13 находитс  то же исследуемое вещество, что и в кювете 7. Обоз1Гачим коэффициент пропускани  второй кюветы 13 с наход щимс  в ней исследуемьм веществом дл  излучени  с длиной врлны /1 через Т (Л). Лучистый поток после прохождени  второй кюветы 13 падает на третий фотоприемник 14, на выходе которого формируетс  электрический сигнал Vj, который можно записать по аналогии с выражением (1) в следующем виде:

V, 8,(Л,)К,Ф()П(,), (5)

где 5(Д) - чувствительность третьего фотоприемника 14 к излучению с длиной волны .

5 10 15 20

25

зо „.

5

5

0

С выхода третьего фотоприемника 14 сигнал поступает на второй вход второго дифференциального усилител  9. Образуетс  второй оптоэлектроиный контур отрицательной обратной св зи« в который вход т первый фотоприемник 3, второй дифференциальный усилитель 9, вторые источник 10 излучени , монохроматор 11, оптический разделитель 12, кювета 13 и третий фотоприемник 14..Первый оптоэлектронный контур отрицательной обратной св зи св зан с вторым через оптический канал, включан чий первый оптический раздели- тель 6, первую кювету 7 и фотоприем - ник 8. При достаточно большом коэффициенте усилени  второго дифференциального усилител  9 (в зоне устойчивой работы) можно считать, что сигналы на его входах равны между собой , т.е.

V V,.(6)

За счет воздействи  второго опто- электронного контура отрицательной обратной св зи стабилизируетс  мощность излучени  с длиной волны так, чтобы сигналы первого фотоприемника 3 и третьего фотоприемника 14 бьти равны, т.е. вьшолн лось равенство (6) . Опорным сигналом во втором оптоэлектронном контуре отрицательной обратной св зи служит сигнал с выхода первого фотоприемника 3, который пропорционален оптическому свойству исследуемого вещества на дпине волны А . Если р;авенство (6) нарушилось, на выходе второго дифференциального усилител  9 формируетс  сигнал, измен ющий мощность лучистого потока с длиной волныД , такого знака и величины, чтобы соотн мае- ниё (6) выполн лось.

Обозначим через К часть лучистого потока Фр (AI котора  проходит через второй оптический разделитель 12 в направлении четвертого фотоприемника 15. На его выходе формируетс  электрический сигнал

V,, (A,P(A,), (7) где ) - чувствительность четвертого фотоприемника 15 к излучению с длиной волны /( ,

Подставив в выражение (5) равенст- во (6), найдем: Ф. ( ) V. /K.S-x

/Jv./.vJL эО

;t(.Aj,). Подставив последнее выра ;ение в (7), получим: . ..

I - V, К,5,(А)/КзВ5(Л,Пи,) (8)

Подставив в выражение (8) формулу (А), получим:

V. аГ(Д )/t(,,),(9)

где а V, К,К,5Д)3()/К,КзЗ,х X ( Л,)5(-). .

В вьфажении (9) коэ4фициейт а  вл етс  посто нной величиной, поскольку ни один из сомножителей не зависит oTtCA,) илиТ:(А). Сегулиройкой значени  V этот коэффициент можно установить, например, равньп единице Сигнал с четвертого фотоприемника 15 поступает на регистратор 16, с которого считываетс  результат изме- реш1 , В качестве регистратора 16 может служить самопишущий или стрелочный прибор, цифровой регистратор или иное устройство, регистрирующее электрический сигнал.

Источниками 4 и 10 излучени  в предпагаемом устройстве могут служить лампы накаливани , светодиоды или другие источники лучистой энергии В качестве фотоприемников 8, 3, 14 и 15 могут использоватьс  фотоэлектрические преобразователи с линейной энергетической характеристикой фототока , например фотодиоды.

Устройство позвол ет регистриро- вать не только отношение коэффициентов гфопускани  исследуемого вещества на двух длинах волн, но и отношение , его коэффициентов рассе ни . Дп  этого первый 3 и третий 14 фотоприем I ниКи дсушны быть установлены под необходимым углом к соответствующим кюветам 7 и 13, чтобы на фотоприемники 3 и 14 падал рассе нный лучис- . тый роток.

Двухволновой фотометр позвол ет уменьшить врем  измерени  оптических свойств вещества за счет одновремен- ного облучени  этого вещества на двух дпинах воли без затрат времени на переключение монохроматора. При этой сохран етс  высока  точность измерени  за счет воздействи  опто- электронных контуров отрицательной обратной св зи. Функционирование этих контуров обеспечивает получение результата измерени  без дополнительных вычислительных процедур, что также уменьшает врем  измерени . Применение идентичных фотоприемников особенно первого 3 и второго 8 фотоприемников , а также третьего 14 и четвертого 15 фотоприемников соответственно значительно уменьшает погрешность измерени , котора  может возникнуть за счет изменени  чувствительности при колебани х температуры или изменени х длины волны лучистых . потоков. Это св зано с тем, что чувствительности фотоприемн ас присутствуют в коэффициенте о выражени  (9) как в числителе, так и в знаменателе соответственно.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Двухволновой фотометр, содержащий последовательно установленные и оп- .тически св занные источник излучени  первый монохроматор, оптический разделитель , кювету и первый фотоприем- ник, второй фотоприемник, оптически св занный с выходом оптического разделител  и подсоединенный к одному из входов дифференциального усилител , выход которого соединен с истопником излучени , чторой монохроматор и регистратор, отличающий- с   тем, что, с целью сокращени  времени измерений, он снабжен источником опорного напр жени , вторым источником излучени , оптическим разделителем , кюветой и дифференциальным усилителем, а также третьим и четвертым фотоприемниками, причем источник опорного напр жени  подключен к другому входу первого дифференциального усилител , второй источник излучени  через второй монохроматор оптически св зан с вторым оптическим разделителем , один выход которого через вторую кювету оптически св зан с третьим фотоприемником, а другой - с четвертым , подключенным на входе регистратора , выходы первого и третьего фотоприемника подключены к входам второго дифференциального усилител , а выход последнего - к входу второго источника излучени .

   Редактор Н.Тупица

   Составитель С.Непомн ща 

   Техред И. Попович Корректор Л. Пилипенко

   Заказ 3386/40Тираж 778Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул.Проектна , 4