SU1497461A1 - Фотометр - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к приборостроению, а именно к фотометрии, и может быть использовано дл  определени  состава веществ, а также дл  фотометрировани  измен ющихс  во времени поглощающих растворов и светорассеивающих дисперсных систем различной природы. Целью изобретени   вл етс  повышение точности и увеличение быстродействи  фотометра. Фотометр содержит последовательно установленные источник света, светоделительное устройство, оптические тракты, модул тор, фотопреобразователь с управл емым коэффициентом преобразовани , трехканальный синхронный коммутатор дл  измерительного, эталонного и темнового каналов и схему регистрации с управл ющим выходом дл  коррекции дрейфа темнового тока и нул  усилителей, соединенным с управл ющим входом фотопреобразовател , двухканальный интегратор, двухканальный синхронный коммутатор, два регулируемых делител  напр жени , два дифференциальных усилител  и дешифратор знака. Измерительный и эталонный выходы трехканального синхронного коммутатора соединены с входами двухканального интегратора, выходы которого через двухканальный синхронный коммутатор соединены с входом первого делител  и первым входом второго дифференциального усилител , первый вход первого дифференциального усилител  и вход второго делител  соединены с выходом фотопреобразовател , выходы делителей соединены с вторыми входами дифференциальных усилителей, выходы которых через дешифратор знака соединены с управл ющим входом фотопреобразовател . 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к приборостроению , а именно к фотометрии, и может быть использовано дл  определени  состава веществ, а также дл  фотометрировани  измен ющихс  во времени поглощающих растворов и свето- рассеивающих дисперсных систем различной природы.

Целью изобретени   вл етс  повы- Ьение точности и увеличение быстродействи  фотометра.

На чертеже представлена структурна  схема фотометра. .

Фотометр содержит источник 1 света , светоделительное устройство 2, оптические тракты 3 и 4, модул тор 5, фотопреобразователь 6 с управл емым коэффициентом преобразовани , трехканальный синхронный коммутатор 7 дл  измерительного, эталонного и темнового каналов, соединенный со схемой 3 регистрации, управл ющий выход ко- ,

торой соединен с управл ющим входом фотопреобразовател . Эталонный и измерительный выходы коммутатора 7 сое- длнены также со входами двухканаль- ного интегратора 9, выходы которого через двухканальный синхронньм коммутатор 10 соединен со входом первого регулируемого делител  11 и первым входом второго дифференциального усилител  12. Первый вход первого дифференциального усилител  13 и вход BJToporo регулируемого делител  14 соединены с выходом фотопреобразова- . Выходы дифференциальных уси- Лителей 13 и 12 через дешифратор 15 знака соединены с управл ющим входом фотопреобразовател .

Фотометр работает следующим образом .

Световой поток источника 1 устройством 2 раздел ют на два луча, Ири этом один из лучей проходит че- измерительный тракт 3,-а другойЧерез эталонньй тракт 4. Световые по токи каждого тракта модулируют модул тором 5 так, что они попадают на фотопреобразователь 6 в разное врем  и, кроме того, между ними имеетс  темнова  пауза, в которую свет не попадает на фотопреобразователь. Сигналы с выхода преобразовател  6 поступают на коммутатор 7, где раздел ютс  по трем каналам: измерительному эталонному и темновому. Эталонный и Измерительный сигналы обрабатывают в схеме 8 регистрации, а информаци  по темновому каналу используетс  дл  коррекции дрейфа темнового тока и нул  усилителей, через св зь управт л ющего вькода схемы 8 регистрации с управл ющим входом фотопреобразовател  6.

Измерительный и эталонньй сигналы интегрируют двухканальным интегратором 9, на выходах которого образуютс  средние за врем  интегрировани  сигналы и Ug.cp -Усредненный сигнал и,, измерительного канала с

°.

интегратора через коммутатор 1U поступает на вход делител  11 и первый вход дифференциального усилител  12. Мгновенный сигнал и„ измерительного канала в это же врем  поступает на вход делител  14 и на первый вход дифферен1щального усилител  13. На вторые входы дифференциальных усилителей 13 и 12 поступают сигналы

и.с

K U и - параметр регулировани ; с делителей 11 и 14 соответственно . Таким образом, на входы дифференциального усилител  13 подаютс  сигналы U| и K-UU рр, а на входы дифференциального усилител  12 - U, и К-и,

Если выполн етс  неравенство

K U(,, - U, то на выходах усили ,1 г

телей образуютс  разнопол рные напр жени  (дл  определенности + на усилителе 12 и - на усилителе 13), которые не пропускаютс  дешифратором 15 знака.

Поэтому мгновенный сигнал V поступает на коммутатор .7 неизменным. Если вследствие случайной помехи сигнал Un будет больше, чем ---Ucp, то

усиленньШ отрицательный сигнал с выхода дифференциального усилител  12 пройдет через дешифратор 15 знака и через управл кодий вход фотопреобразовател  6 уменьшит коэффициент преоб- разовани  таким образом, чтобы разность Уц - - UCP равн лась нулю. Таким образом, сигнал, поступающий на коммутатор j будет ограничен и равен

Если, напротив, мгновенный сигнал .р, то положительное усиленное напр жение с усилител  13 через дешифратор 15 знака и управл ющий вход фотопреобразовател  6 увеличит койф- фициент преобразовани  таким образом, чтобы разность U „-К-U p равн лась ну- лю. Таким I образом, сигнал, поступающий на коммутатор 7, будет, усилен до величины K-Ucp.

Итак, в зависимости от величины входного сигнала схема коррекции помехи подает на коммутатор, ограниченный сигнал;

1

, если К.и,.,и.. и

К ср

огр

J и,р, если Ui,i. «)

K-Ucp , если UM K Ucp Выбира  соответствующим образом коэффициент делени  К дл  делителей

11 и 14 (например К

0,9, «1,1),

можно ограничивать величину помехи на заданном уровне (например ± 10%).

Важно отметить, что абсолютный уровень ограничени  устанавливаетс  ка основе усредненного интегратором 9 значени  , а ограниченна  величина помехи обеспечивает помехоустойчивость этого среднего значени  . Аналогичным образом работает схема

и дл  эталонного сигнала.

Определим эффективность подавлени  помех в предложенном фотометре. Пусть усредненный сигнал на интеграторе 9 образуетс  усреднением по выборке п значений Uj за врем  интегрировани 

1

-Р п 1.

(2)

Дисперси  среднего значени  U даетс  формулой

б (и) - 1 . (3)

где дисперси  случайной величины U .

Если, например, помеха равномерно распределена в диапазоне lU ,-- U |

:CK,, где KjVcp- амплитуда помехи , С - случайное число, равномерно распределенное на интервале - 0,5; +0,5} , то расчет дает

) ,

г i

(4)

При работе схемы амплитудной коррекции амплитуда помехи становитс  равной (1-К) и , а дисперси  усредненного ограниченного сигнала

г - п - /« (5)

Ir- (1 - к)и,уп.

Таким образом, выигрьш измерений равен

-11 (.b)U

5. т/- - о /.

Ч-К 24

При значительных импульсных помехах () и малом уровне ограничени ( K/vl, 1-К «1) формула (6) предсказывает квадратичное уменьшение дисперсии и существенный выигрьш в точности . Пример (100%-а  помеха), К 1,1 имеем .

Выбор коэффициента делени  регулируемых делителей 11 и 12 св зан с кинетикой изучаемых процессов. Изменение среднего сигнала на интеггэато- ре 9 за врем  выборки одного значени  О (ступень квантовани  в цифровом интеграторе или врем  выборки в аналоговом интеграторе) определ етс  соотношением

UepCt Ч- ,) Uep(t) 1 +

dlnUcp dt

(7)

Отсюда следует, что оптимальный 5 коэффициент делени  К регулируемых делителей должен выбиратьс  по закону

0

5

К -dipf -с,.

Чем больше скорость изменени  сигнала , тем больше должен быть диапазон ограничени  входного сигнала.

Если оптическа  плотность D на определенном участке времени описываетс  линейным законом

D + Kjt) , (8)

где К - коэффициент пропорциональ- 0 кости, то

iqu ср - (1 + Kjt) (9)

и коэффициент делени  К должен быть 5 К K.J. i:,-0,434. (10)

: Таким образом, оптимальный коэффициент делени  регулируемых делителей пропорционален относительной скорости изменени  оптической плот0 ности.

Дл  переходных процессов с большими скачкообразными скорост ми изменени  сигналов необходимо отключение схемы регулировани  дл  предва-

5 рительного накоплени  информации на интеграторе 9. В реализованном приборе включение схемы коррекции происходит после 2-4 посто нных времени интегрировани .

0

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Фотометр, содержащий последовательно установленные и оптически св зан- ные источник света, светоделительное устройство, два оптических тракта, модул тор и фотопреобразователь с управл емым коэффициентом преобразовани , выход которого соединен с входом трехканального синхронного коммутатора с выходами измерительного, эталонного и темнового каналов, выходы коммутатора подключены к соответствующим входам схемы регистрации, выход которой соединен с управл ющим входом фотопреобразовател , интегратор и два делител  напр жени , о т- личающийс  тем, что, с целью повышени  точности и увеличени 

   0

   5

   быстродействи , в него введены двух- канальный синхронный коммутатор, два дифференциальных усилител  и дешифратор знака, интегратор выполнен двухканальным, а оба делител  напр жени  - регулируемыми, при этом выходы измерительного и эталонного каналов трехканального синхронного коммутатора соединены с входами двухка- нального интегратора, выходы которого через двухканальный синхронный комму

   татор соединены с входом первого делител  и первым входом второго дифференциального усилител , вход второго делител  и первый вход первого дифференциального усилител  подключены к выходу фотопреобразовател , выходы делителей соединены с вторыми входами соответствующих дифференциальных усилителей , выходы которых через дешифратор знака соединены с упранл ющим входом фотопреобразовател .