Устройство для фотоэлектрической регистрации спектра диспергированных сред

 

Г. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ РЕГИСТРАЦИИ СПЕКТРА ДИСПЕРГИЬОВАННЫХ СРЕД, содержащее блрк поочередной генерации оптического излучения с двумя управляющими входами, шаровую кювету с тремя фотодетекторами, два измерительных канала, пер-, вый из которых состоит из последовательно соединенных широкополосного усилителя, логарифматора, усилителя низкой частоты, фазочувствительного выпрямителя и фильтра нижних частот, a второй - из последовательно соединенных суммирующего широкополосного усилителя, логарифматора, усилителя низкой частоты, фазочувствительного выпрямителя и фильтра нижних частот, причем вход первого измерительного канала соединен с выходом первого фотодетектора, входы суммирующего широкополосного усштателя соединены с выходами второго и третьего фотодетекторов, выходы фильтров нижних .частот измерительных каналов соединены с входами многоканального регистратора, о т л и a ю щ е ее я тем, что, с целью .повышения точности измерений, оно дополнительно содержит светоделительную пластинку, корректирующий канал, .содержащий последовательно соединен ные четвертый фотодетектор, опти чески связанный со светоделительной пластинкой, усилитель низкой частоты, фазочувствительный выпрямитель и фильтр нижних частот, выход которого соединен с .первым управляющим входом блока поочередной генерации оптического излучения, управляющий генератор противофазных импульсов, выходами соединенньй с управляющими (Л входами фазочувствительных выпрямителей , блок сканирования, соединенный с вторым управляющим входом блока поочередной генерации оптического излучения и развертывающим входом многоканального регистратора. 2. Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повыо шения быстродействия, блок поочередел ной генерации оптического излучения 4ii выполнен в виде двух импульсных ла зеров (фиксированной и.переменной длин волн), управляющие входы которых соединены с выходами управляющ генератора противофазных импульсов, светосоединительную пластинку и оптический; аттенюатор, расположенный между лазером фиксированной длины вол .ныи светосоединительйой пластинкой, .управляющий вход лазера переменной дли;ны волны соединен с выходом блока сканирования , a управляющий вход аттеню .йтора соединен с выходом корректирующего канала.

союз соаетсних социАлистич если х

РЕСПУБЛИК

09) (И) 315ц G 01 N 21 39 госудАРстаенный Комитет сссР пО делАм изоБРетений и ОтнРытий

ОПИСАНИК ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ р ееЗ " (21) 3312117/18-25 (22) 02.07,81 (46) 30.06.84. Бюл. Р 24 (72) Ю.А. Скрипник, Л.А. Глазков, Б.Н. Гриб, В.И. Водотовка и А.Л. Глазков (7 1) Киевский технологический институт легкой промышленности (53) 535 ° 36(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 667822, кл. G 017 3/ОО, 1979.

2. Верхотуров B.×., Калачев В.Н., Рубин А.Б. Высокочувствительный двухволновый дифференциальный спектрофотометр. ПТЭ, 1974, 9 4, с. 172175 (прототип). (54)(57) 1 . УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОТО3ЛЕКТРИЧЕСКОЙ РЕГИСТРАЦИИ СПЕКТРА ДИСПЕР.

ГИРОВАННЫХ СРЕД, содержащее блок поочередной генерации оптического излучения с двумя управляющими входами, шаровую кювету с тремя фотодетекторами, два измерительных канала, пер вый из которых состоит из последовательно соединенных широкополосного усилителя, логарифматора, усилителя низкой частоты, фазбчувствительного выпрямителя и фильтра нижнихчастот, а второй — из последовательно соединенных суммирующего широкополосного усилителя, логарифматора, усилителя низкой частоты, фазочувствительного выпрямителя и фильтра нижних частот, причем вход первого измерительного канала соединен с выходом первого фотодетектора, входы суммирующего широкополосного усилителя соединены с выходами второго и третьего фотодетекторов, выходы фильтров нижних .частот измерительных каналов соединены с входами многоканального регистратора, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью .повышения точности измерений, оно дополнительно содержит светоделительную пластинку, корректирующий канал, содержащий последовательно соединен-. ные четвертый фотодетектор, оптически связанный со светоделительной пластинкой, усилитель низкой частоты, фазочувствительный выпрямитель и фильтр нижних частот, выход которого соединен с .первым управляющим входом блока поочередной генерации оптического излучения, управляющий генератор противофазных импульсов, g выходами соединенный с управляющими входами фазочувствительных выпрямителей, блок сканирования, соединен. ный с вторым управляющим входом блока поочередной генерации оптического излучения и развертывающим входом многоканального регистратора.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, блок поочередной генерации оптического излучения выполнен в виде двух импульсных лазеров (фиксированной и переменной длин волн), управляющие входы которых соединены с выходами управляющ генератора противофазных импульсов, светосоединительную пластинку и оп-. тический аттенюатор, расположенный . между лазером фиксированной длины вол.ныи светосоединительйой пластинкой,.

-,управляющий вход лазера переменной длн;ны волны соединен с выходом блока сканирования, а управляющий вход аттеню,атора соединен с выходом корректирующегo канала.

1100540

Изобретение относится к оптической спектроскопии и физико-химическому анализу жидких и газообразных диспергированных сред и может быть использовано для определения концентрации и состава частиц мутных сред — коллоидов, аэрозолей, эмульсий, суспензий и взвесей.

Известно устройство для измерения интенсивностей линий оптического сйектра с использованием разложения зондирующего излучения в спектр монохроматором, амплитудной модуляции сигнала от сканируемой линии и фотоэлектрической регистрации световых потоков на выходе монохроматора уравнении световых потоков синхронно с изменением ширины щели монохроматора (1) .

Недостатки данного устройстванизкие точность и быстродействие, а также трудность автоматической регистрации малых спектральных отклонений в непрерывном диапазоне длин волн, что обусловлено практической невозможностью сохранения равными ширин обеих щелей монохроматора и неравномерностью спектра исходного излучения.

Цель изобретения — повышение точности»

Поставленная цель достигается тем, 40 что в устройство для фотоэлектрической регистрации спектра диспергиро3. Устройство по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно дополнительно содержит третий измерительный канал, состоящий .из последовательно соединенных дифференциального. усилителя, логариф.матора, усилителя низкой частоты, фазочувствительного выпрямителя и

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для фотоэлектрической реги» страции спектра диспергированных сред, содержащее блок поочередной генерации оптического излучения с двумя управлякщими входами, шаровую кювету с тремя фотодетекторами, два измерительных канала, первый из которых состоит иэ последовательно соединенных широкополосного усилит ля, логарифматора, усилителя низкой фильтра нижних частот, выход которого соединен с входом многоканального регистратора, первый вход дифференциального усилителя соединен с выходом первого фотодетектора непосредственно, второй вход дифференциального усилителя через потенциометр соединен с выходом третьего фотодетектора. частоты, фазочувствительного выпрямителя и фильтра нижних частот, второй измерительный канал состоит из последовательно соединенных суммирую5 щего широкополосного усилителя, логарифматора, усилителя низкой частоы, фазочувствительного выпрямителя, фильтра нижних частот, причем вход первого измерительного канала соеди1О нен с выходом первого фотодетектора, входы суммирующего широкополосного усилителя соединены с выходами второго и третьего фотодетекторов, выходы фильтров нижних частот измерительных

15 каналов соединены с входами многоканального регистратора (2) .

Недостатками устройства являются низкие точность и быстродействие, сложность автоматической регистра2О ции спектральных отклонений абсорбированных и рассеянных световых потоков двух длин волн и ограниченные функциональные "возможности. Указанные недостатки обусловлены нера23 венством све в, потоков Hà выходе двух монохроматоров при сканировании одного из них, трудностью одновременного получения дисперсионных характеристик,контролируемой среды по

Зо абсорбции и рассеянию и определения их корреляции и сложностью регистрации малых спектральных отклонений параметров диспергированной среды .на фоне спектральных изменений чувствид,тельности приемника оптического излучения.

1100540

3 ванных сред, содержащее блок поочередйой генерации оптического излуче-. ния с двумя управляющими входами, шаровую кювету с тремя фотодетекторами, два измерительных канала, первый из которых состоит из последовательно соединенных широкополосного уснз ителя, логарифматора, усилителя низкой частоты, фаэочувствительного выпрямителя и фильтра нижних час- 10 тот, второй " иэ последовательно соединенных суммирующего широкополосного усилителя, логарифматора, усилителя низкой частоты, фазочувствительного выпрямителя и фильтра нижних частот, причем вход первого измерительного канала соединен с выходом первого фотодетектора, входы суммирующего широкополосного усилителя соединены с выходами второго и третьего фотодетек 2О торов, выходы фильтров нижних час- . тот измерительных каналов соединены с входами многоканального регистратора, введены светосоединительная

,пластинка, корректирующий канал, со- 2g держащий последовательно соединенные четвертыи фотодетектор, оптически связанный со светоделительной пластинкой, усилитель низкой частоты, фазо-. чувствительный выпрямитель и фильтр,Зр нижних частот, выход которого соединен с первым управляющим входом блока поочередной генерации оптического излучения, управляющий генератор. противофазных импульсов, выходами соединенный с управляющими входами фазочувствительных выпрямителей, блок скани-. рования, соединенный с вторым входсй блока поочередной генерации оптического излучения и развертывающим вхо- „; дом многоканального регистратора, о .С целью повышения быстродействия .блок поочередной генерации оптического излучения выполнен в виде двух . импульсных лазеров (фиксированной 45 и переменной длин волн), управляющие входы которых соединены с вы-: . ходами управляющего генератора прб-. тивофазных импульсов, светосоединительной пластинки и оптического аттенюатора, расположенного между лазером фиксированной длины волны и светосоединительной пластинкой., уп- равляющий вход лазера переменной,длины волны соединен с выходом блока 5 сканирования, а управляющий вход ат- . тенюатора соединен с выходом коррек- . тирующего канала.

С целью р аешире ния функциональных возможностей, устройство дополнитель-. но содержит третий измерительный канал, состоящий из последовательно соединенных дифференциального усилителя, логарифматора, усилителя низкой частоты, фаэочувствительного выпрямителя и фильтра нижних частот, выход которого соединен с входом многоканального регистратора, первый вход дифференциального усилителя соединен с выходом первого фотодетектора непосредственно, второй вход дифференциального усилителя через потенциометр соединен с выходом третьего фотодетектора.

На чертеже приведена функциональная схема устройства.

Предлагаемое устройство .содержит управляющий генератор 1 противофазных импульсов, выход которого соединен с управляющими входами двух импульсных лазеров 2 и 3 (постоянной и переменной длин волн), оптический аттенюатор 4, а также светосоединительную 5 и светоделительную 6 .йластинки. Фотодетектор 7 выходом сое-. динен с последовательно включенными низкочастотным усилителем.8, фазочувствительным выпрямителем 9 и фильтром 10 нижних частот, выход ко торого соединен с управляющим входом оптического аттенюатора 4. Шаровая кювета 11, в которую вводится зондирующее оптическое излучение, заполнена контролируемой диспергированной средой. Фотодетектор 12 выходом соединен с последовательно включенными широкополосным .усилителем 13, логарифматором .14., усилйтелем 15 низкой частоты, фаэочувствительным выпрямителем 16:и фильтром

17 нижних частот. Фотодетекторы 18 и 19 соединены соответственно через переменные резисторы 20 и„ 21 с входами суммирующего широкополосного усилителя 22, выход которого подключен к последовательно соединенным логарифматору 23, усилителю 24 низкой частоты, фазочувствительному выпрямителю 25 и фильтру 26 нижних частот. Выходы фотодетекторов 12 и

19 через резистор 20 соединены с входами дифференциального усилителя

27, выход которого соедйнен с последовательно включенными логарифматором 28, усилителем 29 низкой частоты, фазочувствительным выпрямителем 30 и фильтром 31 нижних частот. Выходы

1 1 00540 фильтров 17, 26 и 31 нижних частот соединены с входами многоканального регистратора 32. Управляющие входы регистра 32 и импульсного лазера 3 переменной длины волны подключены к 5 блоку 33 сканирования. Управляющие входы фазочувствительных выпрямителей 9, 16, 25 и 30 соединены с выходом управляющего генератора 1 противофазных импульсов..

Устройство действует следующим образом.

Импульсами напряжений с управляющего генератора противофазных импуль- 15 сов с частотой Я, подаваемыми на управляющие входы лазеров 2 и 3, возбуждается оптическое излучение постоянной 3 (%>j и переменной Jq(3 ) длин волн. Импульс J (Ъ,) лазера 2 постоянной длины волны проходит через оптический аттенюатор 4 и направляется на светосоединительную пластинку 5, на которую поступает пучок 3 (g<) лазера 3 переменной длины волны.На све- р5 тосоединительной пластинке 5 пространственно совмещаются пучки лазеров 2 .и 3 в один составной пучок, состоящий из чередующейся последовательности оптических импульсов двух длин волн. Светоразделительной пластинкой

6 пучок пространственно разделяют на опорный и зондирующий. Зондирующий пучок через устройство ввода направляется в шаровую кювету 11 с кон35 тролируемой диспергированной средой, ослабляющей и рассеивающей оптические импульсы.

Опорный пучок непосредственно воздействует на фотодетектор 7. На выходе фотодетектора 7 образуется последовательность электрических видеоимпульсов, низкочастотная огибающая которых усиливается усилителем 8. Низкочастотное напряжение преобразуется фазочувствительным выпрямителем 9 в постоянное напряжение, которое через фильтр 10 нижних частот воздействует на управляющий вход оптического аттенюатора 4. Выбором направления регулиро50 вания ослабления оптического аттенюатора 4 добиваются того, чтобы напряжение огибающей на выходе фотодетектора 7 стремилось к нулю.

Зондирующий пучок проходит через диспергированную среду в шаровои кю55 вете 11 и в результате абсорбции ослабляется. Оптические импульсы двух длин волн принимаются фотодетектором 12. Электрические видеоимпульсы с выхода фотодетектора 12 логарифмируются логарифматором 14, из которого усилителем 15 низкой частоты выделяется и усиливается низкочастотная огибающая, преобразуемая фазочувствительным выпрямителем 16 в выпрямленное напряжение. Это напряжение сглаживается фильтром 17 нижних частот и поступает на первый вход регистратора 32.

Оптические, импульсы двух длин волн A„ H 32, рассеянные диспергированной средой, одновременно воспринимаются двумя фотодетекторами 18 и 19 и пре-. образуются в электрические видеоимпульсы, воздействующие на входы суммирующего широкополосного усилителя 22. С помощью переменного резисто.ра 21.уравнивают чувствительности фотодетекторов 18 и 19. Просуммированные электрические импульсы логарифмируются логарифматором 23, усиливаются низкочастотным усилителем 24, выпрямляются фазочувствительным выпрямителем 25 и через фильтр 26 нижних частот поступают на второй вход регистратора 32.

Электрические видеоимпульсы с выходов фотодетекторов 12 и 19 через резистор 20 поступают на входы дифференциального усилителя 27. Разностные сигналы с выхода усилителя 27 логарифмируются логарифматором 28, усиливаются усилителем 29 низкой частоты, выпрямляются фазочувствительным выпрямителем 30 и черз фильтр 31 ,нижних частот поступают на третий вход регистратора 32. Плавная перестройка длины волны лазера 3 производится с помощью блока 33 сканирования, сигналы которого воздействуют на развертывающие входы импульсного лазера 3 и многоканального регистратора 32.

Таким, образом, получают три электрических сйгнала, пропорциональные информативным параметрам диспергированной среды, которые регистрируются при сканировании длины волны одного излучения. Влияние нестабильности интенсивности первичных излучений и погрешностей фотоэлектрического преобразования оптических сигналов в электрические на значение сигналов сильно ослаблено.

Предлагаемое устройство может быть использовано для целей контроля примесног "о состава растворов со слабыми

7 1100540 8 линиями поглощения примесей. Возможно изменякяцихся во времени параметров: измерение как отдельных проб, так и поглощения, рассеяния и их относительпроведение непрерывных измерениИ, ной разности.

ВНИИПИ Заказ 4573/34 . Тираж 823 Подписное филиал ДПП."Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4