SU972341A1 - Photometer - Google Patents
Photometer Download PDFInfo
- Publication number
- SU972341A1 SU972341A1 SU813295905A SU3295905A SU972341A1 SU 972341 A1 SU972341 A1 SU 972341A1 SU 813295905 A SU813295905 A SU 813295905A SU 3295905 A SU3295905 A SU 3295905A SU 972341 A1 SU972341 A1 SU 972341A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- input
- output
- generator
- photodetector
- signal
- Prior art date
Links
Description
Изобретение относится к фотомет1 рии, а именно к фотометрическим устройствам анализа веществ, и может быть использовано для построения фотометрических анализаторов.The invention relates to photometry 1 ry, in particular to photometric devices for the analysis of substances, and can be used to build photometric analyzers.
Один из известных фотометров содержит источник излучения, кювету, фотоприемник и регистратор [1].One of the known photometers contains a radiation source, a cuvette, a photodetector and a recorder [1].
Недостатком известного устройства является ограниченная точность.· Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является фотометр, содержащий функциональный ге-. нератор, подключенный к входу синхронизации генератора счетных импульсов, выход которого соединен с одним входом элемента И, выход которого соединен с цифровым регистратором, а другой вход соединен с выходом фоторе- 2о ле, которое через эталонную кювету и оптический разделитель оптически связано с источником излучения, вход которого соединен с выходом устройства управления интенсивностью излучения, причем источник излучения через оптиг ческий разделитель и рабочую кювету оптически связан с фотоприемником £ 2].A disadvantage of the known device is the limited accuracy. · The closest technical solution to the proposed one is a photometer containing functional ge. generator of connected to the input sync generator counting pulses, whose output is connected to one input of AND gate whose output is connected to a digital recorder, and another input connected to the output 2 of fotore- le, through which a reference cell and an optical splitter optically connected with a radiation source the input of which is connected to the output of the radiation intensity control device, the radiation source being optically connected to the photodetector through an optical separator and a working cell [£ 2].
Недостатком известного устройст;ва является ограниченная точность измерений оптической плотности веществ из-за нелинейности преобразования сигнала функционального генератора в световой поток.A disadvantage of the known device is the limited accuracy of measuring the optical density of substances due to the nonlinearity of the conversion of the signal of the functional generator into the light flux.
Цель изобретения - повышение точности измерений.The purpose of the invention is to improve the accuracy of measurements.
Указанная цель достигается тем, что в фотометр, содержащий функциональный генератор, подключенный к входу синхронизации генератора счетных импульсов, выход которого соединен с одним входом элемента И, выход которого соединен с цифровым регистратором, а другой вход соединен с выходом фотореле, которое через эталонную кювету и оптический разделитель оптически связано с источникомThis goal is achieved by the fact that in the photometer containing a functional generator connected to the synchronization input of the counter of counting pulses, the output of which is connected to one input of the element And, the output of which is connected to a digital recorder, and the other input is connected to the output of the photorelay, which is through a reference cell and optical splitter optically coupled to source
972341 4 излучения, причем источник излучения через оптический разделитель и рабочую кювету оптически связан с фотоприемником, введены дифференциальный усилитель и сумматор, выход которого s соединен с входом устройства управления интенсивностью излучения, а один вход соединен с выходом функционального генератора и одним входом дифференциального усилителя, другой вход 10 которого соединен с фотоприемником, а выход - с другим входом сумматора.972341 4 radiation, and the radiation source is optically connected to the photodetector through an optical splitter and a working cell, a differential amplifier and an adder are introduced, the output of which s is connected to the input of the radiation intensity control device, and one input is connected to the output of the functional generator and one input of the differential amplifier, the other the input 10 of which is connected to the photodetector, and the output is connected to another input of the adder.
На чертеже представлена схема фотометра.The drawing shows a diagram of a photometer.
Устройство содержит функциональ- »5 ный генератор 1, подключенный к одному входу дифференциального усилителя 2 и к одному входу сумматора 3, другой вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя 2, 20 а выход через устройство 4 управления интенсивностью излучения соединен с источником 5 излучения. Устройство также содержит оптический разделитель 6, кюветное отделение 7с рабочей 25 8 и эталонной 9 кюветами, фотоприемник 10, установленный за рабочей кюветой 8 и подключенный к другому входу дифференциального усилителя 2, фотореле 11, установленное за эта- 30 лонной кюветой 9 и соединенное с одним входом элемента И 12, другой вход которого соединен с генератором 13 счетных импульсов, вход синхронизации которого соединен с выходом функционального генератора 1, выход элемента И 12 подключен к цифровому регистратору 14.The device comprises a functional 5 generator 1 connected to one input of the differential amplifier 2 and to one input of the adder 3, the other input of which is connected to the output of the differential amplifier 2, 20 and the output through the radiation intensity control device 4 is connected to the radiation source 5. The device also contains an optical splitter 6, a cuvette compartment 7 with a working 25 8 and a reference 9 cuvettes, a photodetector 10 installed behind the working cuvette 8 and connected to another input of the differential amplifier 2, a photo relay 11, mounted behind this 30- cell cuvette 9 and connected to one the input of the element And 12, the other input of which is connected to the generator 13 of the counting pulses, the synchronization input of which is connected to the output of the functional generator 1, the output of the element And 12 is connected to a digital recorder 14.
Устройство работает следующим образом. 40 The device operates as follows. 40
Пусть необходимо определить коэффициент пропускания некоторого вещества. В кюветное отделение 7 устанавливаются кюветы 8 и 9 с рабочим (исследуемым) и эталонными веществами. Пусть рабочая кювета 8 установлена ' на пути потока, падающего на фотоприемник 10, тогда эталонная кювета 9 должна быть установлена на пути потока, падающего на фотореле 11.Let it be necessary to determine the transmittance of some substance. In the cuvette compartment 7, cuvettes 8 and 9 are installed with a working (test) and reference substances. Let the working cell 8 be installed in the path of the stream incident on the photodetector 10, then the reference cell 9 should be installed in the path of the stream incident on the photocell 11.
Выделим в структуре предлагаемого фотометра с цифровым отсчетом два контура. Первый контур - отрицательной обратной связи (00С) содержит функциональный генератор 1, диффе- 55 ренциальный усилитель 2, сумматор 3, устройство 4 управления интенсивностью излучения, источник 5 излу чения, оптический; разделитель б, оптический канал, включающий рабочую кювету 8 и фотоприемник 10. Второй контур - измерительный - содержит источник 5 излучения, оптический разделитель 6, оптический канал с эталонной кюветой .9, фотореле 11, элемент И 12, генератор 13 счетных импульсов и цифровой регистратор 14.Let us single out two circuits in the structure of the proposed photometer with digital readout. The first negative feedback loop (00C) contains a functional generator 1, differential amplifier 2, adder 3, radiation intensity control device 4, radiation source 5, optical; a separator b, an optical channel including a working cell 8 and a photodetector 10. The second circuit, the measuring one, contains a radiation source 5, an optical separator 6, an optical channel with a reference cell .9, a photorelay 11, an element 12, a counting pulse generator 13 and a digital recorder 14.
Рассмотрим работу контура отрицательной обратной связи. Пусть на выходе функционального генератора 1 формируется, например, импульсное линейно-нарастающее напряжение IJp (t)Consider the operation of the negative feedback loop. Let, for example, a pulse ramp voltage IJ p (t) be formed at the output of the functional generator 1
UrW’Ot, (4) где a=Um/T - крутизна линейно-нарастающего напряжения;U r W'Ot, (4) where a = U m / T is the steepness of the ramp voltage;
U.’ - наибольшее напряжение hi в момент окончания импульса длительностью Т;U. ’is the highest voltage hi at the end of the pulse of duration T;
t - текущее значение времени, в течение которого формируется очередной сигнал генератора 1 (0«t<T).t is the current value of the time during which the next signal of the generator 1 is formed (0 "t <T).
Это напряжение поступает на один вход дифференциального усилителя 2 и на один вход сумматора 3« Пройдя через сумматор 3,. сигнал поступает на вход устройства 4 управления интенсивностью излучения. Это устройство регулирует световой поток источника 5 излучения, не изменяя спектрального состава светового потока. Регули3 ровка светового потока источника 5 излучения может осуществляться электрическим способом, например изменением тока через светодиод или другой излучатель, механическим или иным способом.This voltage is supplied to one input of the differential amplifier 2 and to one input of the adder 3 "After passing through the adder 3 ,. the signal is fed to the input of the radiation intensity control device 4. This device controls the luminous flux of the radiation source 5 without changing the spectral composition of the luminous flux. The adjustment of the luminous flux of the radiation source 5 can be carried out electrically, for example, by changing the current through an LED or other emitter, mechanically or otherwise.
Линейно-нарастающий во время действия импульса Ur(t) световой поток ф0(t) источника 5 излучения, пройдя оптический разделитель 6, делится на два потока. Один из световых потоков (ί)=Κ<φ0(ί), где К,<1 - коэффициент деления оптического разде лителя 6 для первого потока, поступает в кюветное отделение 7. Поток φ0(ί), пройдя через рабочую кювету 8 с коэффициентом оптического пропускания Ί/p, уменьшается до величины Срф4 (t) и падает на фотоприемник 10с линейной энергетической характеристикой фототока (например, фотодиод). Фотоприемник 10, имеющий чувствительность S, преобразует падающий на него световой поток в электрический сигнал ϋφπ(ί) :Uzpn(t) =The luminous flux Φ 0 (t) linearly increasing during the action of the pulse U r (t) of the radiation source 5, passing through the optical splitter 6, is divided into two streams. One of the light fluxes (ί) = Κ < φ 0 (ί), where K, <1 is the division ratio of the optical separator 6 for the first flux, enters the cell compartment 7. The flux φ 0 (ί), passing through the working cell 8 with the optical transmittance Ί / p, decreases to Cpf 4 (t) and falls on the photodetector 10 with the linear energy characteristic of the photocurrent (for example, a photodiode). A photodetector 10 having a sensitivity S converts the incident light flux into an electric signal ϋφπ (ί): U z p n (t) =
=5Φϊ.(ί)ΐ·ρ, который поступает на первый вход дифференциального усилителя 2. Если в какой-то момент времени сигнал фотоприемника К) отличается от напряжения функционально- 5 го генератора 1, то на выходе дифференциального усилителя 2 появляется сигнал рассогласования, усиленный дифференциальным усилителем 2.= 5Φϊ. (Ί) ΐ · ρ, which is supplied to the first input of differential amplifier 2. If at some point in time the signal of photodetector K) differs from the voltage of functional 5th generator 1, then an error signal appears at the output of differential amplifier 2, amplified by differential amplifier 2.
Этот сигнал поступит на другой вход ,в сумматора 3 в такой полярности, чтобы, изменив сигнал на выходе сумматора 3 посредством устройства управления интенсивностью излучения 4, изменить световой поток источника 5 излучения. Коррекция Φο(ί) приведет к появлению на выходе фотоприемника 10 сигнала, равного в каждый момент времени t сигналу функционального генератора 1, Причем, чем боль- 20 ше коэффициет усиления дифференциального усилителя 2 (при работе в зоне устойчивости), тем меньше различие между сигналом фотоприемника 10 и Ur(t) поэтому можно записать 25 υΓ(τ)=ϋφη(ί). Раскрывая значение υφη(ΐ), получимThis signal will go to another input , in the adder 3 in such a polarity that, changing the signal at the output of the adder 3 by means of the radiation intensity control device 4, change the luminous flux of the radiation source 5. Correction Φο (ί) will lead to the appearance at the output of the photodetector 10 of a signal equal at each moment of time t to the signal of the functional generator 1, Moreover, the larger the gain of the differential amplifier 2 (when working in the stability zone), the smaller the difference between the signal photodetector 10 and Ur (t), therefore, we can write 25 υΓ (τ) = ϋφη (ί). Opening the value of υ φη (ΐ), we obtain
Ur(.t) = S'CpK1(JoU).«i.)U r (.t) = S'CpK 1 (J o U). "I.)
Равенство сигналов сохраняется ЭО независимо от коэффициента пропускания рабочей кюветы 8. Чем меньше Тр, тем больше в каждый момент времени будет световой поток источника 5 излучения. 35The equality of the signals is maintained by the EO irrespective of the transmittance of the working cell 8. The smaller Tr, the greater the luminous flux of radiation source 5 at each instant of time. 35
Таким образом, контур 00С стабилизирует световой поток φ0(ί) так, чтобы сигнал на выходе фотоприемника 10 (с линейной энергетической характеристикой фототока) в любой мо- <о мент времени пренебрежимо мало отличался от сигнала функционального генератора 1. Равенство этих сигналов за счет воздействия контура 00С сохраняется независимо от вида передаточных характеристик сумматора 3 и устройства 4 управления интенсивностью излучения, от функции преобразования управляющего воздействия в световой поток источником 5 излучения, от коэффициента пропускания рабочей кюветы 8. При этом контур 00С должен удовлетворять одному условию - время обра- . ботки сигнала рассогласования должно быть много меньше времени формирования сигнала функционального генератора 1.Thus, the circuit 00C stabilizes the light flux φ 0 (ί) so that the signal at the output of the photodetector 10 (with the linear energy characteristic of the photocurrent) at any time <negligible differs from the signal of the functional generator 1. The equality of these signals due to the influence of the circuit 00C is preserved regardless of the type of transfer characteristics of the adder 3 and the radiation intensity control device 4, from the function of converting the control action into the light flux by the radiation source 5, from the coefficient of blowing the working cell 8. In this circuit 00C must fulfill one condition - time formed. the mismatch signal should be much shorter than the signal generation time of the functional generator 1.
Рассмотрим работу измерительного контура. Оптическим разделителем 6 формируется второй световой поток tMt)=K2fco(t), где К2 - коэффициент деления оптического разделителя’ 6 для второго потока. Этот поток пройдет через кюветное отделение 7 с эталонной кюветой 9, имеющей коэффициент оптического пропускания , и поступит на фотореле 11 с порогом срабатывания фп, Поскольку второй световой поток, как и первый, формируется из линейно-нарастающего потока 0o(t), то в момент времени Ц второй световой поток достигнет уровня Фп и фотореле 11 сработает. Срабатывая , фотореле 11 закрывает элемент И 12 по второму его входу. На первый вход элемента И 12 поступают импульсы с генератора 13 счетных импульсов , причем на вход синхронизации этого генератора 13 поступает сигнал с функционального генератора 1, разрешая формирование счетных импульсов синхронно с началом формирования Ur(t). Число импульсов , прошедших элемент И 12 и .поступивших на цифровой регистратор 14, будет пропорционально времени ц и частоте fc следования счетных импульсов · (3)Consider the operation of the measuring circuit. Optical splitter 6 forms the second luminous flux tMt) = K2fc o (t), where K 2 is the division ratio of the optical splitter '6 for the second flux. This stream will pass through the cuvette compartment 7 with a reference cuvette 9, which has an optical transmittance, and will arrive at the photorelayer 11 with a threshold threshold f p , since the second light flux, like the first, is formed from a linearly increasing flux 0 o (t), then at time Ts, the second luminous flux reaches the level Ф п and the photo relay 11 will work. When triggered, the photorelay 11 closes the And element 12 at its second input. The first input of element And 12 receives pulses from the generator 13 of the counting pulses, and the synchronization input of this generator 13 receives a signal from the functional generator 1, allowing the formation of counting pulses synchronously with the beginning of the formation of U r (t). The number of pulses that passed the element And 12 and received on the digital recorder 14 will be proportional to the time c and the frequency f c follow the counting pulses · (3)
Число импульсов пропорционально отношению Tp/'EgДля момента времени t справедливо отношение φη= ф„(t) или, раскрывая значение ф^( t), получимThe number of pulses is proportional to the relation
Фп^эКо-ФоСЬ) · (4) выражение (4) подставим значение Φό(Ο» найденное из (2) с учетом того, что t=t4 Фп ^ eКо-ФоСЬ) · (4) expression (4) we substitute the value Φό (Ο »found from (2) taking into account that t = t 4
Фп - Киr (t) / КlSr р А5)Ф p - Ki r (t) / КlSr r А5)
Выражение (1) подставим в (5) и перепишем полученную формулу относительно Ц : t4=K^S'C'p(t>n/aKaT9·We substitute expression (1) in (5) and rewrite the obtained formula with respect to C: t 4 = K ^ S'C'p (t> n / aK a T 9
Подставив последнее выражение в (3), получим >, . £с ακ-i.Substituting the last expression in (3), we obtain>,. £ c ακ-i.
U)U)
Таким образом, число импульсов, зарегистрированное цифровым регистратором 14, прямо пропорци.ональ-1 но отношению., коэффициента пропускания рабочей кюветы 8 к коэффициенту пропускания эталонной кюветы 9. Коэффициент пропорциональности /а К2 в выражении (.6) является величи ной постоянной, поскольку все вхо7 972341 8 дящие в него сомножители постоянны. Предварительной установкой значений fc и а данный коэффициент легко сделать равным, например, тысяче (ста), тогда Nj, будет выражать 'C'p/'Cg в деся-S тых долях процента (процентах). Если, как это обычно принято-считать, Тр= где Гое- коэффициент пропускания собственно исследуемого объекта, то на выходе устройства получим 10 цифровой код , выражающий T^g в единицах коэффициента пропускания с требуемым числом значащих разрядов.Thus, the number of pulses recorded by the digital recorder 14 is directly proportional to 1 relative to the ratio of the transmittance of the working cell 8 to the transmittance of the reference cell 9. The proportionality coefficient / a K2 in expression (.6) is a constant value, since all factors included in it7 972341 8 are constant. By pre-setting the values of f c and a, this coefficient can easily be made equal to, for example, one thousand (one hundred), then Nj will express 'C'p /' Cg in tenths of a tenth of a percent (percent). If, as is usually customary to assume, Tp = where G0 is the transmittance of the object under study itself, then at the output of the device we get 10 digital codes expressing T ^ g in units of transmittance with the required number of significant digits.
В случае перестановки кювет 8 и 9 местами, т.е. установки эталонной кюветы 9 на пути потока φ^(ί), падающего на фотоприемник 10, а рабочей кюветы 8 на пути потока <J>t(t); падающего на фотореле 11, на выходе фотометра будет зарегистрирован цифровой М код, прямо пропорциональный /Έρ (или Ι/'ϊ'θρ)» причем коэффициент пропорциональности fcK.| S 4|j/ a Кг из выражения ( 6) останется без изменения.In the case of rearrangement of the cell 8 and 9 places, i.e. the installation of the reference cell 9 in the path of the flow φ ^ (ί) incident on the photodetector 10, and the working cell 8 in the path of the flow <J> t (t); incident on the photorelayer 11, a digital M code will be registered at the output of the photometer, directly proportional to / Έρ (or Ι / 'ϊ'θρ) ”and the proportionality coefficient f c K. | S 4 | j / a K g from expression (6) will remain unchanged.
Предлагаемый фотометр позволяет И получать на выходе цифровой код оптической плотности D исследуемого объекта (D=-igT’0g), для чего функциональный генератор 1 должен формировать на выходе импульсный сигнал, величина которого изменяется по закону где b - постоянный коэффициент 35The proposed photometer allows AND to receive at the output a digital code of optical density D of the object under study (D = -igT ' 0 g), for which functional generator 1 must generate a pulse signal at the output, the value of which changes according to the law where b is a constant coefficient 35
Изобретение позволяет повысить точность измерения за счет введения в его структуру контура отрицательной обратной связи, в который включен один из оптических каналов. При этом до диапазон изменения светового потока, падающего на фотоприёмник оптического канала контура отрицательной обратной связи, остается всегда постоянным, т.е. фотоприемник работает 4$ в неизменной и ограниченной области ’ энергетической характеристики фототока. Фотореле имеет всего одну рабочую точку на энергетической характеристике, что также уменьшает погрешность измерения по сравнению с известным устройством.The invention improves the accuracy of measurement by introducing into its structure a negative feedback loop in which one of the optical channels is included. In this case, the range of variation of the light flux incident on the photodetector of the optical channel of the negative feedback loop always remains constant, i.e. the photodetector operates at $ 4 in a constant and limited area ’energy characteristics of the photocurrent. The photo relay has only one operating point on the energy characteristic, which also reduces the measurement error in comparison with the known device.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU813295905A SU972341A1 (en) | 1981-03-25 | 1981-03-25 | Photometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU813295905A SU972341A1 (en) | 1981-03-25 | 1981-03-25 | Photometer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SU972341A1 true SU972341A1 (en) | 1982-11-07 |
Family
ID=20960970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU813295905A SU972341A1 (en) | 1981-03-25 | 1981-03-25 | Photometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SU (1) | SU972341A1 (en) |
-
1981
- 1981-03-25 SU SU813295905A patent/SU972341A1/en active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS60192229A (en) | Photometer for simultaneously measuring multiwavelength light | |
| US5148031A (en) | Device for obtaining spatial and time characteristics of a weak optical radiation from an object | |
| SU972341A1 (en) | Photometer | |
| EP0506397B1 (en) | Optical waveform measuring device | |
| GB1176902A (en) | Spectrophotometer | |
| US3583813A (en) | Spectrophotometer | |
| EP0268660A1 (en) | Optical detector circuit for photometric instrument | |
| FI82863B (en) | SPEKTROMETRISKT FOERFARANDE OCH SPEKTROMETER. | |
| JP6684495B2 (en) | Absorbance analyzer | |
| SU1068731A1 (en) | Method and device for nuclear abosrption analysis | |
| JPS629846B2 (en) | ||
| JPS58139036A (en) | Spectrophotometer | |
| SU1087780A1 (en) | Two-beam differential photometer | |
| JPS6218010B2 (en) | ||
| RU1782118C (en) | Adsorption method of determination of concentration of substances | |
| SU572660A1 (en) | Automatic photometer | |
| RU2189038C2 (en) | Spectrophotometric detector for capillary electrophoresis and for chromatographic capillary liquid | |
| SU827983A1 (en) | Photometer | |
| SU918826A1 (en) | Moisture meter | |
| RU2243539C2 (en) | Device for measuring substance concentration in solution | |
| SU817488A1 (en) | Double-beam photometer | |
| SU1341556A1 (en) | Method of measuring concentration of impurity | |
| SU1239524A1 (en) | Two-wave photometer | |
| SU1723455A1 (en) | Method for determining optical characteristics of sample and device | |
| SU1763953A1 (en) | Atmospheric refraction measuring device |