SU1495645A1

SU1495645A1 - Spectrophotometer

Info

Publication number: SU1495645A1
Application number: SU874177235A
Authority: SU
Inventors: Сергей Юрьевич Герасимов
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6681
Priority date: 1987-01-08
Filing date: 1987-01-08
Publication date: 1989-07-23

Abstract

Изобретение относитс к оптическому спектральному приборостроению. Целью изобретени вл етс повышение точности измерений. Излучение от монохроматического осветител 1 поступает на светоделитель 2, где раздел етс на измерительный канал 3 и компенсационный канал 8. В измерительном канале 3 установлен держатель 4 образцов и фотоприемник 7, в компенсационном канале 8 - регулируема диафрагма 9 и фотоприемник 10. Выходы фотоприемников 7,10 соединены с блоком 11 измерени фототоков. В блоке 11 сигнал от фотоприемника 7 измерительного канала проходит через преобразователь 12 фототока, временной ослабитель 16 и поступает на вход дифференциального усилител 14. Сигнал от фотоприемника 10 через преобразователь 13 поступает на другой вход усилител 14. Усилитель 14 подключен к регистратору 15. Временной ослабитель 16 содержит генератор 20, соединенный с управл ющим входом первого электронного ключа 18 и через инвертор 21 с управл ющим входом второго электронного ключа 19. Ошибка измерений спектрофотометра не превышает величины ±0,01%, что на пор док точнее, чему прототипа. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.This invention relates to optical spectral instrumentation. The aim of the invention is to improve the measurement accuracy. The radiation from the monochromatic illuminator 1 is supplied to the beam splitter 2, where it is divided into measuring channel 3 and compensation channel 8. In sample channel 3, a sample holder 4 and a photodetector 7 are installed, in the compensation channel 8 there is an adjustable diaphragm 9 and a photodetector 10. Photodetector outputs 7, 10 is connected to the photocurrent measurement unit 11. In block 11, the signal from the photodetector 7 of the measuring channel passes through the converter 12 of the photocurrent, time attenuator 16 and is fed to the input of the differential amplifier 14. The signal from the photoreceiver 10 through the converter 13 is fed to another input of the amplifier 14. The amplifier 14 is connected to the recorder 15. The time attenuator 16 contains a generator 20 connected to the control input of the first electronic switch 18 and through the inverter 21 to the control input of the second electronic switch 19. The measurement error of the spectrophotometer does not exceed ± 0.01%, which is a bit more accurate than the prototype. 1 hp f-ly, 2 ill.

Description

со СП ot N ел with joint venture ot n ate

Изобретение относитс к области оптического спектрального приборостроени .The invention relates to the field of optical spectral instrumentation.

Целью изобретени вл етс повышение точности измерений.The aim of the invention is to improve the measurement accuracy.

поступает на вход временного ослабител 16 и далее вход дифференциального усилител 14. С выхода преобразовател 13 напр жение, соответствующее фототокуthe input of the temporary attenuator 16 and then the input of the differential amplifier 14. From the output of the converter 13, the voltage corresponding to the photocurrent

На фиг. 1 приведена структурна схе- компенсационного канала 8, поступает на ма спектрофотометра; на фиг. 2 - прин- -FIG. Figure 1 shows the structural scheme of the compensation channel 8, goes to the spectrophotometer; in fig. 2 - prin- -

ципиальна схема блока измерени фототоков .Circuit diagram of the photocurrent measurement unit.

Спектрофотометр содержит осветитель 1 с монохроматором и расположенные по ходу луча светоделитель 2 и далее в измерительном канале 3 держатель 4 образцов с образцами 5 и 6 исследуемого материала , фотоприемник 7, встроенный в фотометрический шар. В компенсационном канале 8The spectrophotometer contains an illuminator 1 with a monochromator and a beam splitter 2 along the beam and then in the measuring channel 3 a holder of 4 samples with samples 5 and 6 of the material under investigation, a photodetector 7 embedded in a photometric ball. In the compensation channel 8

другой вход усилител 14. Усиленный разностный сигнал с выхода усилител 14 поступает на вход регистратора 15.another input of the amplifier 14. The amplified differential signal from the output of the amplifier 14 is fed to the input of the recorder 15.

Работа временного ослабител 16 производитс следующим образом. В данной схеме применение пары ключей , один из которых соединен последовательно между источником и приемником сигнала, а другой включен между входом и землей, позвол ет значительно уменьшитьThe operation of the temporary attenuator 16 is performed as follows. In this scheme, the use of a pair of keys, one of which is connected in series between the source and receiver of the signal, and the other is connected between the input and the ground, can significantly reduce

по ходу луча расположена регулируема 15 емкостную проводимость ключей на поле- диафрагма 9 и фотоприемник 10, встроен- вом транзисторе. При противофазной работе этих двух ключей, т. е. всегда открыт только один, в обоих состо ни х схемы получаетс хорошее сочетание параметров, а именно дает очень малую утечку в выключенков каналов в напр жение и последова- 20 цом состо нии и хорошую линейность без тельно соединенных усилител 14, регистра- существенного ослаблени во включенномalong the beam there is an adjustable 15 capacitive conductivity of the keys in the field - aperture 9 and the photodetector 10, the built-in transistor. With the antiphase operation of these two keys, i.e., only one is always open, in both states of the circuit a good combination of parameters is obtained, namely, a very small leakage into the channel off to a voltage and a consistent 20th state and good linearity without of the amplifier 14, the register is a significant weakening in the included

состо нии. Различное ослабление сигнала производитс регулировкой скважности импульсов , поступающих с выхода генератоный в фотометрический шар. Выходы фотоприемников 7 и 10 подключены к входу блока 11 измерени фототоков, состо щего из двух преобразователей 12 и 13 фотототора 15. Между преобразователем 12 фототока измерительного канала и усилителем 14 введен временной ослабитель 16. На оптические каналы и светоделитель установлен тс ра 20 импульсов на затворы ключей 18condition. Various attenuation of the signal is made by adjusting the pulse duty ratio of the output from the generator to the photometric ball. The outputs of the photodetectors 7 and 10 are connected to the input of the photocurrent measurement unit 11, which consists of two transducers 12 and 13 of the photototor 15. A time attenuator 16 is inserted between the photocurrent converter of the measuring channel 12 and the amplifier 14 and the pulses are set to 20 optical pulses keys 18

ол ..-It-.1-ol ..- It-.1-

светозащитный кожух 17. Временной ослабитель состоит из двух электронных ключей 18 и 19. Ключ 18 соединен последовательно выходу преобразовател 12 фототока и входу усилител 14, а затвор его соеи 19. Значение сопротивлени нагрузки RH выбираетс компромиссным. При большом увеличиваетс емкостное прохождение сигнала в состо нии «Выкл., малое сопротивление с другой стороны вызывает ослабдинен с выходом генератора 20 импуль- 30 ление сигнала из-за делител напр жени .light shielding 17. The temporal attenuator consists of two electronic switches 18 and 19. The key 18 is connected in series to the output of the photocurrent converter 12 and the input of the amplifier 14, and the gate of its socket 19. The load resistance value RH is chosen to be a compromise. At large, the capacitive passage of the signal in the “Off” state increases, while the small resistance on the other hand weakens the signal from the generator 20 due to a voltage divider.

сов. Ключ 19 включен параллельно выходу временного ослабител , а его затвор соединен с выходом генератора импульсов через инвертор 21.owls The key 19 is connected in parallel with the output of the temporary attenuator, and its gate is connected to the output of the pulse generator through the inverter 21.

Спектрофотометр работает следуюолим образом .The spectrophotometer works in the following way.

Подаетс питание в осветитель 1, блок 11 измерени .фототоков, временной ослабитель 16. Световой пучок формируетс осветителем 1 и попадает в светоделитель 2, который делит его на две примерно равных по интенсивности части. Пр мо прошедший световой пучок попадает в измерительный канал 3, а отраженный от полупрозрачной грани светоделител 2 пучок попадает в компенсационный канал 8. ВPower is supplied to illuminator 1, measurement unit 11. Photocurrent, temporal attenuator 16. The light beam is formed by illuminator 1 and enters beam splitter 2, which divides it into two parts of approximately equal intensity. The transmitted light beam passes directly into the measuring channel 3, and the beam reflected from the translucent face of the splitter 2 enters the compensation channel 8. In

образованного сопротивлением провод щего полевого транзистора и сопротивлением нагрузки . Слишком аизкое сопротивление нагрузки про вл етс и на входе ключа, нагружа входной сигнал. В предлагаемом 35 варианте происходит компенсаци емкостной утечки ключей на полевом тран; исто- ре, поэтому выбрано достаточно большим .formed by the resistance of the conductive field effect transistor and the load resistance. Too high load resistance also appears at the key input, loading the input signal. In the proposed 35 variant compensation of capacitive leakage of keys on the field trans occurs; Therefore, it has been chosen large enough.

дл Производ т оценку точности работы предлагаемого временного ослабител .for Evaluate the accuracy of the proposed temporary attenuator.

Полевой транзистор обогащенного типа не проводит ток при заземленном затворе или при отрицательном напр жении затвора . Пусть в генераторе 20 импульсов форПолевой транзистор обогащенного типа не проводит ток при заземленном затворе или при отрицательном напр жении затвора . Пусть в генераторе 20 импульсов форизмерительном канале 3 световой пучок про- 45 мируютс импульсы положительной пол рходит образец исследуемого материала (5 или 6) и попадает в окно фотометрического шара с фотоприемником 7. В компенсационном канале 8 световой пучок, выход щий из светоделител элемента, прохоности длительности t и периодом повторени Т, когда в промежутках между импульсами сопротивление сток-исток ключа 18, как правило, не менее 500 МОм (.), сигнал не проходит через ключ. Подача наA rich type field effect transistor does not conduct when the gate is grounded or when the gate voltage is negative. Suppose that in the generator of 20 impulses a rich field-type transistor does not conduct a current when the gate is grounded or when the gate voltage is negative. Let the light beam in the generator 20 of the forcing-measuring channel 3 be pulsed with a positive field. A sample of the material under study (5 or 6) passes and enters the window of the photometric ball with the photodetector 7. In the compensation channel 8 duration t and repetition period T, when in the intervals between pulses the resistance of the drain-source of the key 18, as a rule, is not less than 500 MΩ (.), the signal does not pass through the key. Filing on

дит через регулируемую диафрагму 9 и по- 50 затворе ключа 18 напр жени 10 В припадает в окно фотометрического шара с фо- водит канал сток-исток в провод щее состоприемником 10. Световые сигналы преобразуютс в фототоки приемников 7 и 10 и поступают на вход блока 11 измерени фототоков. Входные фототоки к&налов 3 и 8 поступают на вход преобразователей 12 и 13 тока в напр жение. С выхода преобразовател 12 напр жение, соответствующее фототоку измерительного канала 3,Diet through an adjustable diaphragm 9 and the 50-gate of the key 18 of a voltage of 10 V falls into the window of the photometric ball from the drain-source channel to the conductive receiver 10. The light signals are converted into the photocurrents of the receivers 7 and 10 and enter the input of the block 11 photocurrent measurements. The input photocurrents to & 3 and 8 are fed to the input of current transducers 12 and 13 to voltage. From the output of the converter 12, the voltage corresponding to the photocurrent of the measuring channel 3,

U 55U 55

то ние с типичным сопротивлением пор дка 100 Ом (.). Схема не критична к значению уровн сигнала на затворе, поскольку он существенно больще положителен , чем это необходимо дл поддержани малого Явкл..This is typical resistance of about 100 ohms (.). The circuit is not critical to the value of the signal level at the gate, since it is much more positive than it is necessary to maintain a small Ivkl.

Пусть сопротивление нагрузки 100 кОм, тогда емкостным прохождениемLet the load impedance be 100 kΩ, then the capacitive passage

компенсационного канала 8, поступает на -compensation channel 8 arrives at -

ра 20 импульсов на затворы ключей 18Pa 20 pulses on the keys 18 gates

..-It-.1-..- It-.1-

и 19. Значение сопротивлени нагрузки RH выбираетс компромиссным. При большом увеличиваетс емкостное прохождение сигнала в состо нии «Выкл., малое сопротивление с другой стороны вызывает ослабление сигнала из-за делител напр жени .and 19. The value of the load resistance RH is chosen as a compromise. With a large capacitance, the signal in the "Off" state increases, a small resistance on the other hand causes a weakening of the signal due to the voltage divider.

образованного сопротивлением провод щего полевого транзистора и сопротивлением нагрузки . Слишком аизкое сопротивление нагрузки про вл етс и на входе ключа, нагружа входной сигнал. В предлагаемом варианте происходит компенсаци емкостной утечки ключей на полевом тран; исто- ре, поэтому выбрано достаточно большим .formed by the resistance of the conductive field effect transistor and the load resistance. Too high load resistance also appears at the key input, loading the input signal. In the proposed embodiment, compensation of capacitive leakage of keys on the field trans occurs; Therefore, it has been chosen large enough.

Производ т оценку точности работы предлагаемого временного ослабител .The accuracy of the proposed temporary attenuator is evaluated.

Полевой транзистор обогащенного типа не проводит ток при заземленном затворе или при отрицательном напр жении затвора . Пусть в генераторе 20 импульсов формируютс импульсы положительной пол рности длительности t и периодом повторени Т, когда в промежутках между импульсами сопротивление сток-исток ключа 18, как правило, не менее 500 МОм (.), сигнал не проходит через ключ. Подача наA rich type field effect transistor does not conduct when the gate is grounded or when the gate voltage is negative. Suppose that pulses of positive polarity of duration t and repetition period T are formed in the pulse generator 20 when the drain-source resistance of key 18 is usually not less than 500 MΩ (.) In the intervals between pulses, the signal does not pass through the key. Filing on

затворе ключа 18 напр жени 10 В при водит канал сток-исток в провод щее сос the gate of the key 18 of the voltage of 10 V leads the drain-source channel to the conductive

5555

сигнала, которое дл одиночного ключа составило около 1%, можно пренебречь, а ослабление сигнала, определ емое соотношением R« и Квыкл., составл ет пор дка 0,02%. Поскольку даже дл промышленных оптических стекол коэффициент пропускани без учета поверхности в образцах длиной 250 мм в области спектра 0,5-1,1 мкм, как правило, не менее 0,8+0,85, то можно считать, что скважность управл ющих импульсов (T/t) должна быть не более 1,25. Тогда погрешность коэффициента пропускани временного ослабител 16 из-за погрешности работы ключей составл ет не более 0,005%. Погрешность установки длительности импульсов составл ет ±( + 10 не), а погрешность установки периода повторени импульсов не превышает ±ЫО Т. Тогда дл частоты повторени импульсов 50 Гц получают погрешность установки скважности импульсов ±4-10. Таким образом, суммарна погрешность временного ослабител 16 не превышает ±0,005%.the signal, which for a single key was about 1%, can be neglected, and the signal attenuation, determined by the ratio of R "and Qucl., is in the order of 0.02%. Since, even for industrial optical glasses, the transmittance without taking into account the surface in samples with a length of 250 mm in the spectral range 0.5-1.1 µm, as a rule, is not less than 0.8 + 0.85, we can assume that the duty cycle of control pulses (T / t) should be no more than 1.25. Then, the transmittance error of the temporary attenuator 16 due to the operating error of the keys is no more than 0.005%. The error of setting the pulse duration is ± (+ 10 n), and the error of setting the pulse repetition period does not exceed ± NO.T. Then, for a pulse repetition rate of 50 Hz, the error of setting the pulse ratio ± 4-10 is obtained. Thus, the total error of the temporary attenuator 16 does not exceed ± 0,005%.

Процесс измерений производитс следующим образом.The measurement process is as follows.

В измерительный канал 3 вводитс длинный образец 5 и устанавливаетс на держатель 4 образцов. Временной ослабитель 16 устанавливаетс в положение с высоким коэффициентом пропускани , например, ,9 путем установки периода повторени импульсов Т и длительности импульсов положительной пол рности t, открывающих ключ 18 при заданном периоде повторени . С помощью регулируемой диафрагмы 9 выравниваютс сигналы в измерительном 3 и компенсационном 8 каналах по показанию регистратора 15 блока 11 измерени фототоков. Длинный образец 5 выводитс из измерительного канала 3 и вместо него вводитс короткий образец 6. При изменении длительности импульсов, посылаемых генератором 20 импульсов, измен етс коэффициент пропускани временного ослабител 16 до тех пор, пока не исчезнет рассогласование сигналов в каналах 3 и 8, измер емое регистратором 15.A long sample 5 is introduced into the measuring channel 3 and placed on the sample holder 4. The temporal attenuator 16 is set to a high transmittance position, for example, 9 by setting a pulse repetition period T and a pulse duration of positive polarity t opening the key 18 for a given repetition period. Using an adjustable diaphragm 9, the signals in measuring 3 and the compensation 8 channels are aligned according to the reading of the recorder 15 of the photocurrent measurement unit 11. A long sample 5 is output from the measuring channel 3 and a short sample 6 is introduced instead. When the duration of the pulses sent by the pulse generator 20 is changed, the transmittance of the temporal attenuator 16 changes until the mismatch of the signals in channels 3 and 8, measured the registrar 15.

Снимаетс отсчет по шкалам генератора 20 импульсов. Коэффициент пропускани сло исследуемого материала толщиной , где L, / - длины образцов 5 и 6, рассчитываетс по формулеA readout is taken on the scales of the pulse generator 20. The transmittance of the layer of the test material with a thickness of, where L, / is the length of samples 5 and 6, is calculated by the formula

Показатель ослаблени измер емого материала рассчитываетс по формулеThe attenuation index of the measured material is calculated by the formula

().()

Испытани , проведенные на макете с использованием методики определени наиболее веро тной ошибки определени коэффициента пропускани образца, основанной на измерении набора образцов, показывают,Tests carried out on a mock-up using the method of determining the most probable error of determining the transmittance of a sample, based on measuring a set of samples, show

что она не превышает величины ±0,01%. Это соответствует погрешности определени спектрального показател ослаблени образцов с разницей длин 25 см ±2-10 ® , что на пор док точнее, чем в известном that it does not exceed the value of ± 0.01%. This corresponds to the error in determining the spectral attenuation coefficient of samples with a length difference of 25 cm ± 2-10 ®, which is an order of magnitude more accurate than in the known

15 спектрофотометре.15 spectrophotometer.

Claims

1. A spectrophotometer containing optically coupled monochromatic illuminator, a beam splitter, a measuring channel equipped with a sample holder and a photoreceiver, and a compensation channel equipped with an adjustable diaphragm and photoreceiver, as well as a photocurrent measurement unit with the first and second inputs and a recorder, the first and second inputs of the unit photocurrent measurements are connected to the photodetectors of the measuring and compensation channels, respectively, differing

In order to improve the measurement accuracy, the photocurrent measurement unit contains the first and second photocurrent converters, a differential amplifier and a time attenuator, the first input of the photocurrent measuring unit through the first

the photocurrent converter and the time attenuator are connected to the first input of the differential amplifier, and the second input of the photocurrent measurement unit is connected to the second input of the differential amplifier, the output of which is connected to the recorder, via the second photocurrent converter.

2. A spectrophotometer according to claim 1, characterized in that the time attenuator comprises a pulse generator, an inverter, a first and a second electronic switch, wherein

the pulse generator is connected to the control input of the first electronic key and through the inverter to the control flow of the second electronic key, the output of the first electronic key is connected to the output of the temporary attenuator and the input of the second

electronic key, the output of which is connected to the common bus temporary attenuator.

12

r, /

ipLfe.Z