Поляриметр г.и.уткина

 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, конкретнее к поляриметрическим устройствам для измерения оптической активности веществ, и может быть использовано для промышленного контроля и научных исследований в аналитической химии, биотехнологии и медицине . Цель изобретения - повышение точности измерения оптической активности образцов за счет снижения нестабильности вращения поляризатора. Сущность изобретения заключается в том, что в поляриметре вращающийся поляризатор 4 выполнен в виде поляризационного светоделителя, жестко закрепленного в осевом канале вращающегося маховика 5, кинематически связанного с пустотелым ротором 6 двигателя через упругий шарнир, а статор двигателя связан с основанием через шарнир и систему упругих элементов, при этом боковой выход вращающегося поляризатора 4 оптически связан с фотоэлектрическим датчиком нулевого отсчета, причем выход датчика нулевого отсчета и выход компаратора сигналов измерительных фотоприемников подключены на информационные входы микропроцессорного измерителя 29 интервалов времени. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. с VO Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5()5 G 01 J 4/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4769241/25 (22)18.10,89 (46) 07.12.91. Бюл. М 45 (71) Научно-исследовательский институт радиоэлектроники и лазерной техники МВТУ им. Н.З,Баумана (72) Г.И.Уткин (53) 535.8(088.8) (56) 1., Волкова Е.А. Поляризационные измерения. — M.: Изд-во стандартов, 1974, с, 88100.

Авторское свидетельство СССР%

1402817, кл. G 01 J 4/04, 1988. (54) ПОЛЯРИМЕТР Г.И.УТКИНА (57) Изобретение относится к области оптического приборостроения, конкретнее к пол яриметрическим устройствам для измерения оптической активности веществ, и может быть использовано для промышленного контроля и научных исследований в аналитической химии, биотехнологии и ме„„SU „„1696896 Al дицине. Цель изобретения — повышение точности измерения оптической активности образцов за счет снижения нестабильности вращения поляризатора. Сущность изобретения заключается в том, что в поляриметре вращающийся поляризатор 4 выполнен в виде поляризационного светоделителя, жестко закрепленного в осевом канале вращающегося маховика 5. кинематически связанного с пустотелым ротором 6 двигателя через упругий шарнир, а статор двигателя связан с основанием через шарнир и систему упругих элементов, при этом боковой выход вращающегося поляризатора 4 оптически связан с фотоэлектрическим датчиком нулевого отсчета, прИчем выход датчика нулевого отсчета и выход компаратора ф сигналов измерительных фотоприемников подключены на информационные входы микропроцессорного измерителя 29 интервалов времени. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1696896

Изобретение относится I(огпическому приборостроению, конкретно - к поляриметрическим . устройствам для измерения оптической активности веществ, и может быть использовано для промышленного контроля и научных исследований в аналитической химии, биотехнологии и медицине, Известны поляриметры и поляриэационные сахариметры, основаннь1е на компенсационном методе измерения угла разворота плоскости поляризации излучения, прошедшего через оптически активный образец (1), Недостатками указанны>: приборов являются низкое быстродействие измерений, ограниченное пределом устойчивости сле:дящих цепей поляриметра, а также испол .зование сложных прецизионных электромеханических приводов для враще— ния анализатора или поляризатора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является разверты вак>щий поляриметр, содер>кащий источник излучения, светофиг.ьтр, врашающийся поляризатор, установленный в оправе, жестко связанной с обтюратором измерительного потока, двигатель вращения поляризатора, кинематически связанный гибким пассиком с обтюратором, измерительную кювету с образцом, неподвижный измерительный анализатор-светоделитель, два фотоприемника и компаратор сигналов измерительных фотоприемников (2).

Недостаточная точность измерений для аналитических исследований малых количеств оптически активных веществ обусловлена влиянием неравномерности вращения поляризатора и нестабильностями времени регистрации нулевого углового поло>кень я поляризатора.

Целью изобретения является повышение точности измерения оптической активности образцов за счет снижения нестабильности вращения поляризатора, В поляриметре, содержащем последовательно установленные на жестком оснс.вании и оптически связанные источник излучения, светофильтр, вращающийся поляризатор, двигатель Вращения поляризатора, кювету с образцом, да>чик положения плоскОсти поляризации излj÷8íNR, ВыпОЛ" ненный в виде неподви>кного аналиэаторасветоделителя, выходы которого оптичес:,,и связаны с двумя фотоприемниками, соединенными с входами компаратора сигн-InoB и устройства обработки информации. Вращающийся поляризатор выполнен -, эиде поляризационного светоделитгэля, жести =., Щ

Зй

J5

4О

55 закрепленнсго в осевом канале вращающегося маховика, кинематически связанного с пустотелым ротором двигателя через устройство развязки, содержащее шарнир и упругую муфту, а статор двигателя связан с основанием:-iepeз второй шарнир и систему упругих элементов, при этом второй выход вращающегося поляризатора оптически связан с дополнительно введенным фотоэлектрическим датчиком нулевого отсчета, причем выход датчика нулевого отсчета и выход дагчика положения плоскости поляризации излучения соединены с информационными входами устройства обработкиинформации.

При этом фотоэлектрический датчик нулевого отсчета выполнен в виде неподвижно закрепленного на основании поляризационного светоделителя, выходы которого опплчески связаны с фотоприемниками нулевого отсчета, подключенными на информационные входы компаратора нулевого отсчета, а устройство развязки выполнено из упругой муфты и упругого подвеса, при этом подвес выполнен B виде пластины, состоящей из двух колец, соединенных перемычками, причем кольцо меньшего диаметра жестко соединено с пустотелым валом ротора, а кольцо большего диаметра жестко соединено с упругой муфтой и маховиком:

Поляриметр позволяет повысить точность поляриметрических измерений путем исключения влияния вибраций подшипников двигателя, технологических погрешностей изготовления статора и ротора двигателя, его электрической дисимметрии и пульсаций напряжения питания на равномерность вращения поляризатора. При этом по сравнению с известным в предлагаемой схеме исключаются ошибки измерений, связанные с возмо>кностью поворота поляризатора относительно лопастей обтюраторг., что повышает надежность длительной эксплуатации прибора в термоциклических условиях и TBM самым ДОполнительно увеличивает точность работы поляриметра при упрощении его конструкции.

Таким образом, проведенный анализ показал, что присущая предлагаемому устройству совокупность признаков с учетом новых элементов и новых связей между ними удовлетворяеэ критериям новизны, пол8знОсти и существенности, поскольку указанные Отличия позволяют пОВысить точHOCTb ИЗМЕРЕНИЯ ОПТИЧВСКОЙ 3KTNBHOCTN г ри упроьцении конструкции прибора, что г ревышает сумму эффектов частей прибора.

1696896

30 зом

50

На фиг.1 и редставлена структурная схема поляриметра; на фиг.2 — устройство развязки, содержащее упругую муфту и упругий подвес маховика, разрез; на фиг.3 — разрез

А — А на фиг.2.

Поляриметр содержит источник 1 изучения,монохроматор 2, деполяризатор 3, поляризатор 4, маховик 5, пустотелый вал 6 ротора, упругие втулки 7, штифты 8, диск 9 муфты, жестко закрепленный на валу 6, двигатель 10 вращения поляризатора, включающий статор 11 двигателя, ротор 12 двигателя пружины 13 подвеса двигателя, подшипники 14 подвеса двигателя, кювету

15, поляризационный анализатор-светоделитель 16, измерительные фотоприемники

17 и 18, измерительный компаратор 19, усилитель 20 мощности, управляемый многофазный генератор 21, подшипники 22 шарнира маховика, подшипники 23 ротора двигателя, поляризационный светоделитель 24 датчика нулевого отсчета, фотоприемники 25 и 26 датчика нулевого отсчета, компаратор 27 нулевого отсчета, логическую схему 28, микропроцессор 29, информационное табло 30, отклоняющую призму

31, объектив 32, волоконный пространственный фильтр 33. фотоприемник 34 автоколлиматора, полупроводниковый лазер 35, юстировочный окуляр 36, систему 37 упругих ленточных пружин.

Поляриметр работает следующим обраПоток излучения из источника 1 через монохроматор 2 и деполяризатор 3 направляется на вращающийся поляризатор 4, жестко закрепленный в осевом канале вращающегося массивного маховика 5. Поляризатор 4, выполненный в виде поляризацион ного светоделителя, разделяет падающее излучение на два ортогонально поляризованных пучка, один из которых через пустотелый вал 6 ротора направляется на измерительную кювету 15, а другой пучок используется для определения начального углового положения поляризатора, Точность определения текущего углового положения поля ризатора оп ределяется равномерностью его вращения, поэтому он жестко соединен с массивным маховиком 5.

Для снижения влияния вибраций подшипниковых узлов 23 электродвигателя и технологических погрешностей изготовления статора t1 и ротора 12 двигателя маховик 5 соединен с пустотелым валом 6 двигателя через подшипниковый шарнир

22, обеспечивающий возможность плавного вращения маховика 5 вокруг пустотелого вала 6. Вращательный момент от вала ротора 6 к маховику 5 передается через легкий диск 9, в котором закреплены два ведущих штифта 8, воздействующих через упругие втулки 7, сделанные из упругого материала с большим внутренним трением, на цилиндрические выточки маховика 5, Использование подобной конструкции узла привода поляризатора позволяет резко повысить равномерность его вращения за счет снижения влияния возмущающих факторов электродвигателя. Для снижения влияния внешних вибраций и перераспределения инерционных колебаний маховика 5 электродвигатель 10 дополнительно закрепляется в подшипниках 14 и удерживается в нейтральном положении пружинами 13.

После поляризатора 4 световой измерительный поток, модулированный по азимуту плоскости поляризации, через кювету 15 и поляризацианный анализатор-светоделитель 16 направляется на фотоприемники 17 и 18, регистрирующие интенсивности ортогональных поляризованных компонент принимаемого излучения. Компаратор 19 сравнивает сигналы, поступающие с фотоприемников 17 и 18, и вырабатывает в момент наступления равенства этих сигналов сигнальный импульс, поступающий на времяимпульсный вход микропроцессора 29, Световой поток, выходящий из бокового выхода поляризатора, в момент прохождения поляризатора и через начальное нулевое положение воспринимается фотоэлектрическим датчиком нулевого отсчета, который включает поляризационный светоделитель

24 и фотоприемники 25 и 26.

Светоделитель 24 ориентирован в пространстве таким образом, что при нулевом ориентации поляризатора 4 интенсивности пучков на выходах светоделителя 24 равны.

В этот момент электрические сигналы на выходах фотоприемников 25 и 26 равны, соответственно, сигнал на выходе компаратора 27 обнуляется, запуская тем самым логическую схему 28, вырабатывающую импульс нулевого отсчета, поступающий на опорный информационный вход микропроцессора 29. Микропроцессор измеряет временной промежуток между нулевым импульсом, поступающим со схемы 28, и измерительным, поступающим с компаратора 19, в момент равенства сигналов фотоприемников 17 и 18 и определяет угол поворота поляризатора 4 в момент компенсации, измеряя тем самым угол вращения плоскости поляризации оптически активным образом, при этом результат измерения отображается на информационном табло 30. Одновременно микропроцессор

29, измеряя временной промежуток между I 696896 двумя последовательными импульсами нулевого отсчета, определяют скорость вращения поляризатора 4 и через управляющую цепь, содержащую многофазный генератор 21 и усилитель 20 мощности, поддерживает скорость вращения двигателя постоянной.

Фотоэлектрический датчик нулевого отсчета может быть выполней в виде различных конструкций, например в виде автоколлимационного узла, содержащего отклоняющую призму 31, объектив 32, световолоконный пространственный фильтр 33 и фотоприемник 34, подключаемый на опорный вход микропроцессора 29. Применение отклоняющей призмы 31 позволяет конструктивно увеличить фокусное расстояние объектива 32, обеспечив при этом компактность прибора, эа счет параллельного расположения осей измерительного поляриметрического тракта и фотоэлектрического датчика нулевого отсчета, Для повышения точности юстировки входной торец световолоконного фильтра

33 прикреплен в,центре прозрачной юстируемой измерительной сетки, установленной в фокусе коллимационного объектива 32 и юстировочного окуляра 36. В непосредственной близости от входного торца пространственного световолоконного пространственного фильтра 33 приклеивается выходной торец световода полупроводникового лазера 35, излучение которого коллимируется объективом 32 и используется для автоколлимационной нулевого положения поляризатора 4 при начальной юстировке поляриметра.. Тем не менее фотоэлектрический датчик нулевого положения имеет невысокую точность определения нулевого отсчета, обусловленную влиянием оптических аберраций объектива и дифракций светового излучения. поэтому с целью повышения точности фиксации нулевого положения предложен поляризационный фотоэлектрический датчик нулевого положения, содержащий поляризационный светоделитель 24 и фотоприемники 25 и 26.

Предлагаемое устройство позволяет увеличить точность поляриметрических из5

50 мерений в 3-4 раза, что позволяет широко испольэовать его в поляриметрах в различных отраслях промышленности, в частности биотехнологии и медицине, Формула изобретения

1. Поляриметр, содержащий последовательно установленные на жестком основании и оптически связанные источник излучения, монохроматор, поляризатор, двигатель вращения поляризатора, кювету с образцом, датчик положения плоскости поляризации излучения, выполненный в виде неподвижного анализатора-светоделителя, выходы которого оптически связаны с двумя фотоприемниками, соединенными с входами компаратора сигналов и устройства обработки информации, о т л и ч à ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, поляризатор выполнен в виде поляризационного светоделителя, жестко закрепленного в осевом канале маховика, кинематически связанного с пустотелым валом ротора двигателя через устройство развязки, содержащее шарнир и упругую муфту, а статор двигателя кинематически связан с основанием через второй шарнир и систему упругих элементов, при этом второй выход поляризации оптически связан с дополнительно введенным фотоэлектрическим датчиком нулевого отсчета, причем выход датчика нулевого отсчета и выход датчика положения плоскости поляризации излучения соединены с информационными входами устройства обработки информации.

2. Поляриметр по п.1, о т л и ч а ю щи йс я тем, что фотоэлектрический датчик нулевого отсчета выполнен в виде поляризационного светоделителя, выходы которого оптически связаны с фотоприемниками, соединенными с входами компаратора.

3. Поляриметр по п.2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что в устройстве развязки шарнир выполнен в виде упругого подвеса, который состоит из пластины в виде двух колец, соединенных перемычками, причем кольцо меньшего диаметра жестко соединено с пустотелым валом ротора, а кольцо большего диаметра жестко соединено с упругой муфтой и маховиком.

1696896

А-A

Составитель Г.Воробьева

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор H.Ðåâcêàÿ

Редактор И.Шулла

Заказ 4297 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101