SU1746228A1 - Атомно-абсорбционный спектрофотометр - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к химическим исследовани м, а именно к атомно-абсорб- ционной спектроскопии Цель изобретени  - повышение быстродействи  с сохранением точности установкой длины волны Это достигаетс  введением в устройство блока управлени  скоростью, блока анализа граничных частот, датчика импульсов ключей управлени , блока переходов, блока анализа ситуаций и задатчика длины волны. В зависимости от требуемого значени  длины волны блок анализа ситуации определ ет алгоритм подстройки длины волны, оптимальный по быстродействию и не снижающий точности, установки длины волны. Блок переходов через ключи управлени  включает блок управлени  скоростью, который осуществл ет перемещение привода дифракционной решетки в соответствии с алгоритмом подстройки Функционирование привода дифракционной решетки в рабочем диапазоне обеспечивает блок анализа граничных частот Обратна  св зь по перемещению дифракционной решетки замкнута через датчик импульсов. 2 ил (Л С

Description

Изобретение относитс  к химическому анализу, а именно к устройствам, определ ющим содержание химических элементов методом атомно-абсорбционной спектроскопии .

Известен автоматический спектрофотометр , содержащий источник монохроматического излучени , фотодатчик, измерительный усилитель, блок с регулируемым коэффициентом передачи и измерительный прибор 1.

Известен спектрофотометр, содержащий лампу с полым катодом, дейтериевую лампу с соответствующим блоком питани , устройство получени  атомного облака (пламенное или электротермическое), систему зеркал и модул тор, обеспечивающий прохождение светового луча по сравнительному и измерительному пут м монохрома- тор с приводами схемами управлени  фотоэлектронный умножитель усилитель и декодер, обеспечивающий выделение сигнала , пропорционального содержанию элемента в пробе, управление приводами обеспечивает микропроцессор 2

Наиболее близким к изобретению по технической сути  вл етс  спектрофотометр , содержащий источники сравнитель2

о

N3 Ю 00

ного и измерительного излучени  с блоком питани , модул тор, измерительную кювету , атомизатор, пробоотборник с блоком управлени , привод щели с блоком управлени , шаговый двигатель монохроматора с усилителем мощности фаз. через микрометр и синусную линейку вращающий дифракционную решетку, фотоэлектронный умножитель с источником высокого напр жени , выход которого подключен к регистратору через последовательно включенные предварительный усилитель, логарифмический усилитель и декодер 3

Недостатком известного устройства  вл етс  невысокое быстродействие

Цель изобретени  - повышение быстродействи  при сохранении точности установки длины волны.Л

Поставленна  цель достигаетс  тем. что в спектрофотометр, содержащий источник измерительного и сравнительного излучени  с блоком электропитани  пробоотборник с блоком управлени , атомизатор, продуцирующий атомное облако в кювете, привод щели с устройством управлени , дифракционную решетку, закрепленную на синусной линейке, сопр женной с микрометром , соединенным с шаговым двигателем , вход которого соединен с выходом усилител  мощности фаз. фотоэлектронный умножитель с источником высокого напр жени , последовательно соединенные предварительный усилитель, логарифмический усилитель, декодер и регистратор, а также модул тор, оптически соединенный входами с источниками измерительного и сравнительного излучени  и выходом с кюветой , пробоотборник подсоединен входом к устройству управлени  и выходом к кювете , соединенной с атомизатором, кювета оптически соединена через привод щели с дифракционной решеткой, оптическа  ось которой совпадает с осью фотоэлектрического умножител , подключенного входом питани  к выходу источника высокого напр жени  и выходом к входу предварительного усилител , введены задатчик длины волны, блок управлени  скоростью, блок анализа граничных скоростей, ключи управлени , блок переходов, блок анализа ситуации и датчик импульсов.

На фиг. 1 представлена функциональна  схема атомно-абсорбционного спектрофотометра; на фиг. 2 - функциональна  схема.

Атомно-абсорбционный спектрофотометр содержит источник 1 измерительного излучени , источник 2 сравнительного излучени , блок 3 питани , модул тор 4, кювету 5 с атомным облаком, пробоотборник 6 с

блоком 7 управлени , атомизатор 8, привод щели 9 с устройством 10 управлени , дифракционную решетку 11, фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 12 с источником 13высокого напр жени  последовательно соединенные предварительный усилитель 14, логарифмический усилитель 15, декодер 16 и регистратор 17, синусную линейку 18, микрометр 19. шаговый двигатель 20, усилитель

0 21 мощности фаз, датчик 22 импульсов, блок 23 управлени  скоростью, блок 24 анализа граничных частот, ключ 25 управлени , блок 26 переходов, блок 27 анализа ситуаций и задатчик 28 длины волны

5Выходы источников измерительного 1 и

сравнительного 2 излучени  оптически соединены с входом модул тора 4, выход которого оптически соединен с кюветой 5 с атомным облаком. Блок 7 управлени  через

0 пробоотборник 6 соединен с кюветой 5. Выход атомизатора 8 соединен с кюветой 5, выход которой соединен с входом привода щели 9. Управл ющий вход привода щели соединен с выходом устройства 10 управле5 ни . а выход - с входом дифракционной решетки 11, выход которой соединен с измерительным входом ФЭУ 12, в-ход питани  которого соединен с выходом источника 13 высокого напр жени . Выход ФЭУ 12 сое0 динен с регистратором 17 через последовательно включенные предварительный усилитель 14, логарифмический усилитель 15 и декодер 16. Дифракционна  решетка 11 закреплена на синусной линейке 18, сопр 5 женной с микрометром 14. соединенным г шаговым двигателем 20. Вход последнего соединен с выходом усилител  21 мощности фаз. синусна  линейка 18 соединена с входом датчика 22 импульсов, выход которого

0 соединен с первым входом блока 26 переходов . Вход блока 27 анализа ситуаций соединен с выходом задатчика 28 длины волны, а выход - с информационным оходом ключей 25 через блок 26 переходов, Выход ключей

5 25 соединен с входом блока 23 управлени  скоростью, выход которого соединен с входом усилител  21 мощности фаз. Первый выход блока 23 управлени  скоростью соединен с входом блока 24 анализа граничных

0 скоростей, выход которого соединен с управл ющим входом ключа 25. Второй выход блока 23 управлени  скоростью соединен с входом усилител  21 мощности фаз.

Атомно-абсорбционный спектрофото5 метр работает следующим образом

Потоки от измерительного 1 и сравнительного 2 источников поступают на модул тор 4 который подает на выход поток то от одного источника, то от другого, то перекрывает поток совсем. Пробоотборник 6 подзет пробу в кювет 5. Управление пробоотборником 6 обеспечивает блок 7 управлени . Режим измерительного 1 и сравнительного 2 источников (по интенсивности) измен етс  под действием напр жени  от блока 3 электропитани 

Атомизатор 8 путем нагрева переводит образец, наход щийс  в кювете 5 в состо ние атомного облака. Атомы вещества поглощают световые кванты измерительного и сравнительного потоков,уменьша  интенсивность проход щего света на определенных спектральных лини х причем поглощение пропорционально концентрации атомов в атомном облаке

Привод щели 9 с устройством 10 управлени  и дифракционна  решетка 11 образуют высокодобротный оптический фильтр с перестраиваемыми полосой пропускани  и центральной частотой, который выдел ет из светового потока узкий спектральный участок , поступающий на приемное окно ФЭУ 12, причем спектральный участок выбираетс  содержащим интенсивную линию поглощени  исследуемого вида атомов Пропорционально концентрации анализируемых атомов в атомном облаке измен етс  интенсивность светового потока на входном окне ФЭУ 12 выходной ток которого измен етс  причем масштабирование выполн етс  изменением выходного напр жени  источника 13 высокого напр жени  питани  ФЭУ 12.

Выходной ток ФЭУ 12 усиливаетс  в предварительном усилителе 14, логарифми- р уетс  в логарифмическом усилителе 15, из которого с помощью декодера 16 выдел етс  информаци  о полезном сигнале, регистрируема  в регистраторе 17

После установлени  задатчиком 28 тре- буемого значени  длины волны иницирует- с  блок 27 анализа ситуаций который определ ет потребный алгоритм перестройки длины волны и услови  переклюие- ни  режимов, передаваемые в блок 26 переходов. Через ключ 25, состо ние которого определ етс  сигналом с выхода блока 24 анализа граничных частот инициируетс  блок 23 управлени  скоростью Через согласующий по мощности (току) усилитель 21 мощности фаз осуществл етс  вращение шагового двигател  20, который через микрометр 19 и синусную линейху 18 вращает дифракционную решетку 11, при этом на выходе датчика 22 импульсов вырабатыва- ютс  импульсы, поступающие на вход блока 26 переходов.

Спектрофотометр построен таким образом , что в зависимости от ситуации, св занной с требуемой длиной волны по сигналу

с выхода задатчика 28 начинаетс  перестройка с минимальной скорости, осуществл етс  разгон до максимально возможной скорости, торможение и подход к требуемой длине волны на минимуме скорости

Электронна  часть атомно-абсорбцион- ного спектрофотометра работает следующим образом

Блок 23 управлени  скоростью содержит циклически замкнутый сдвиговый регистр 29 на четыре разр да (по числу фаз шагового двигател  20), в который в два соседних разр да загружены единицы, которые впоследствие сдвигаютс  Выходы сдвигового регистра 29 соединены с соответствующими входами усилител  21 мощности фаз, что при сдвиге единиц обеспечивает последовательную коммутацию фазовых обмоток шагового двигател  20 Счетчик 30 и реверсивный счетчик 31 обеспечивают реализацию переменной частоты коммутации фаз по входу 32 блока 23 управлени  скоростью.

При начальном включении по установочному импульсу с выхода задатчика 28 к входу 32 блока 23 в реверсивный счетчик 31 записываетс  код минимальной скорости привода. Выход реверсивного .счетчика 31 соединен с входом адресной записи счетчика 30 Выход счетчика 30 соединен с его входом управлени  адресной записью, с входом сдвига регистра 29 и с управл ющим входом ключей 25. Тогда питаемый по входу счета импульсами времени счетчик 30 каждым выходным импульсом осуществл ет сдвиг регистра 29. обеспечива  последовательную коммутацию фаз шагового двигател  20, и одновременно записывает код предустанова с оыхода реверсивного счетчика 31, который определ ет коэффициент- пересчета этого счетчика С изменением кода предустанова мен етс  частота сдвиговых импульсов и, следовательно, скорость движени  шагового двигател  20.

Изменение кода предустанова осуществл етс  путем прохождени  на входы суммировани  и вычитани  реверсивного счетчика 31 через ключи 25 импульсов с выхода счетчика 30.

Блок 24 анализа граничных частот содержит два элемента 33 и 34 сравнени  и два инвертора 35 и 36 Одни входы элементов 33 и 34 сравнени  соединены с выходом реверсивного счетчика 31 а другие входы - с выходами задэтчиков 37 и 38 соответственно минимальной и максимальной скоростей . Блок 24 анализа граничных частот определ ет факт достижени  граничной частоты (максимальной или минимальной),

обеспечивающей предельные скорости перемещени  шагового электродвигател  20. Блок 27 анализа ситуации содержит за- датчики 39-41 соответственно устанавливаемой длины волны, длины волны подхода Ал и длины волны разгона (торможени ) привода , два элемента 42 и 43 сравнени , функциональный преобразователь 44 длина волны - число счетных импульсов, два вычитател 

45и 46, делитель 47 на два. причем выход задатчика 39 длины волны соединен с входом функционального преобразовател  44, выход которого соединен с входом элемента 42 сравнени  и одним входом вычитател  45, вторые входы которых соединены с выходами задатчика. 40 Ал. Выход вычитател 

.45 соединен с входом делител  47 на два и с одним входом вычитател  46. Выход делител  47 на два соединен с входом второго элемента 43 сравнени , а выход задатчика 41 соединен с вторыми входами вычитател 

46и элемента 43 сравнени . Выходы элементов 43 и 42 сравнени , вычитател  46 и делител  47 на два соединены с входами блока 26 переходов.

Спектральный участок, в течение которого к устанавливаемому положению надо подходить на минимальной скорости, назовем длиной волны подхода An: спектральный .участок, в течение которого осуществл етс  разгон (торможение) от одной граничной скорости до другой, - длиной разгона Ар.

Блок 27 анализа ситуаций выдел ет три возможные ситуации управлени  и готовит данные дл  их реализации: подход к требуемой длине волны на малой скорости (длина волны меньше длины подхода), подход к длине с неполным разгоном, полный цикл разгона - торможение.

Перва  ситуаци  характеризуетс  инициализацией выхода элемента 42 сравнени , второй режим -- активен выход элемента 43 сравнени , третий режим - активен выход элемента 43 сравнени .

Одновременно на выходах блоков 47 и 46 по вл ютс  длины, представл ющие собой момент перехода к режиму торможени  (единица изменени  - импульсы от датчика положени ). Результаты запоминаютс  в блоке 26 переходов.

Блок 26 переходов содержит два вычитающих счетчика 48 и 49, элемент ИЛИ 50 и триггер 51 переключени , причем синхров- ход счетчика 48 соединен с выходом элемента 43 сравнени , синхровход счетчика 49 соединен с выходом элемента 43 сравнени . Вход значени  предустанова счетчика 48 соединен с выходом элемента 46 вычитани , а вход значени  предустанова счетчика 49 - с выходом делител  47. Входы счета счетчиков 48 и 49 соединены с выходом датчика 27 импульсов, а выходы - с входами элемента ИЛ И 50. Третий вход элемента

ИЛИ 50 соединен с выходом элемента 42 сравнени , а выход - с входом сброса триггера 51 переключени , выходы которого соединены с входами ключей 25.

Триггер 51 переключени  устанавливаетс  импульсом установки начального состо ни . После подготовки данных блоком 27 результат записываетс  в один из счетчиков 48 или 49.

Если требуема  длина волны меньше Ал,

выход элемента 42 сравнени  через элемент ИЛИ 50 сбрасывает триггер 51 переключени , который своими выходами блокирует ключи 25 управлени , преп тству  выполнению цикла разгона. Схема управлени  скоростью на минимальной скорости обеспечивает подход к требуемой длине волны. Если длина волны превышает Ал, то в один из счетчиков 48 или 49 записываетс  число импульсов, которое осталось до перехода в режим торможени , это значение вычисл етс  в блоке 27. Взведенный триггер 51 переключени  открывает ключи 25 и на вход суммировани  реверсивного счетчика 31 начинают поступать импульсы с выхода

счетчика 30, тем самым рг.стет частота коммутации фаз шагового двигател  20. а следовательно , скорость перемещени  дифракционной решетки 11.

При достижении максимальной скорости перемещени  привода блок 24 анализа граничных частот регистрирует это и сигналом с выхода инвертора 36 блокируютс  ключи 25, при этом скорость становитс  равной максимальной.

Если полный цикл разгона не прошел, то возможен сброс разгона по сигналу с выхода счетчика 49, свидетельствующему о переходе к торможению при неполном цикле разгона. Сброс по цепи счетчика 49, функционирующий идентично, завершает цикл в случае полного разгона - торможени .

Сброшенный триггер 51 переключени  сигналов открывает ключи 25, перевод щие блок 23 управлени  скоростью в режим тор0 можени .

Блок 24 анализа граничных частот при достижении минимальной -скорости регистрирует это и блокирует ключи 25. Осуществл етс  подход к требуемой длине волны на

5. минимальной скорости.

Использование изобретени  обеспечивает повышение быстродействи  за счет определени  и автоматической реализации оптимального по критерию быстродействне - точность алгоритма установки длины волны монохроматора.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Атомно-сорбционный спектрофотометр , содержащий источники измеритель- ного и сравнительного излучени  с блоком электропитани , пробоотборник с блоком управлени , атомизатор, продуцирущий атомное облако в кювете, щель с приводом, соединенным с устройством управлени , дифракционную решетку, закрепленную на синусной линейке, сопр женной с микрометром , соединенным с шаговым двигателем , вход которого соединен с выходом усилител  мощности фаз, фотоэлектронный умножитель с источником высокого напр жени , последовательно соединенные предварительный усилитель, логарифмический усилитель, декодер и регистратор, а также модул тор, оптически соединенный входами с источниками измерительного и сравнительного излучени  и выходом с кюветой , при этом пробоотборник подсоединен входом к устройству управлени  и выходом к кювете, соединенной с атомиза- тором, кювета оптически св зана через

   щель с дифракционной решеткой, оптическа  ось которой совпадает с осью фотоэлектронного умножител , подключенного входом питани  к выходу источника высокого напр жени  и выходом к входу предварительного усилител , отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи  при сохранении точности установки длины волны, в него введены задатчик длины волны, блок управлени  скоростью, блок анализа граничных скоростей, ключи управлени , блок переходов, блок анализа ситуации и датчик импульсов, подсоединенный входом к подвижной части дифракционной решетки и выходом к первому входу блока переходов, блок анализа, ситуации подключен входом к выходу задатчика длины волны и выходом к второму входу блока переходов, выход которого соединен с информационным входом ключей управлени , подсоединенных управл ющим входом к выходу блока анализа граничных скоростей и выходом к входу блока управлени  скоростью, подключенного первым выходом к входу блока анализа граничных скоростей и вторым выходом к входу усилител  мощности фаз.

   cixto пшзонЬюн

   СН1/ЭШП1/ ЛЭ/1X