Устройство измерения фотолюминесценции

Предлагаемая полезная модель относится к измерительной технике и может использоваться в системах контроля параметров качества сухих сыпучих смесей, твердых материалов, биологических объектов, в том числе семян сельскохозяйственных растений.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является портативный люминесцентный анализатор (патент РФ №2085911, опубл. 27.07.1997, МПК G01N 21/64, G01N 9/04), содержащий источник ультрафиолетового излучения, высокочастотный генератор, оптическую систему, выполненную в виде системы для возбуждения и регистрации люминесценции, приемник излучения, выполненный в виде фотоэлектронного умножителя тока с блоком питания, усилитель постоянного тока, преобразователи напряжения, аккумуляторную батарею, блок регистрации, содержащий аналого-цифровой преобразователь с цифровой индикацией, микропроцессор, усилитель постоянного тока, устройство запуска схемы измерения послесвечения, запоминающее устройство и прерыватель.
Недостатками данного технического решения являются сложность конструкции, большие массогабаритные показатели прибора, высокая стоимость и сложность юстировки вследствие использования в качестве приемника излучения фотоэлектронного умножителя со специальным высоковольтным источником питания, а также наличия отдельных оптических систем для источника и приемника излучения.
Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в применении единой оптической системы как для источника, так и для приемника излучения при возбуждении и измерении фотолюминесценции.
Технический результат заключается в конструктивном упрощении устройства.
Это достигается тем, что в известном устройстве измерения фотолюминесценции, содержащем корпус, источники излучения, длинноволновые отрезающие светофильтры, приемник излучения, предварительный усилитель, ко входу которого подключен выход приемника излучения, а к выходу последовательно подсоединены аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор и цифровой дисплей, а также батарею питания и тумблеры управления, кнопки которых расположены на внешней поверхности корпуса, причем вход батареи питания соединен с тумблерами управления, первый ее выход соединен с источниками излучения, а второй ее выход подсоединен ко входу приемника излучения, корпус разделен на верхнюю часть и нижнюю часть непрозрачной перегородкой, при этом нижняя часть корпуса выполнена в форме эллипсоида и представляет собой оптическую систему, выполненную в виде эллиптического отражателя с отверстием для измеряемого объекта, расположенным в его нижнем фокусе, при этом эллиптический отражатель выполнен из стекла, наружная поверхность которого покрыта светонепроницаемой краской, а внутренняя поверхность покрыта светоотражающей алюминиевой пленкой, причем эксцентриситет эллиптического отражателя выбран 0,6-0,8, фокусное расстояние - 15,0-15,5 мм, коэффициент деформации - 0,71-0,72, диаметр отверстия для измеряемого объекта равен 50±2 мм, верхняя часть корпуса выполнена в форме цилиндра и в ней расположены предварительный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, цифровой дисплей, при этом батарея питания и тумблеры управления закреплены на ее внутренней поверхности, при этом источники излучения установлены по периметру непрозрачной перегородки и закреплены на ее нижней плоскости, диапазон свечения источников излучения выбран в области от 385 до 400 нм, длинноволновые отрезающие светофильтры установлены на нижней поверхности источников излучения, приемник излучения расположен в центре нижней плоскости непрозрачной перегородки, выполнен в виде фотодиода и его чувствительность находится в диапазоне от 400 до 600 нм.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена конструкция устройства измерения фотолюминесценции, на фиг. 2 представлена функциональная схема устройства измерения фотолюминесценции.
Устройство измерения фотолюминесценции содержит корпус 1, состоящий из верхней части 2 и нижней части 3, разделенных непрозрачной перегородкой 4. При этом верхняя часть 2 корпуса 1 выполнена в форме цилиндра, а нижняя часть 3 - в форме эллипсоида. На нижней плоскости непрозрачной перегородки 4 по периметру закреплены источники излучения 5 с диапазоном свечения 385-400 нм, на нижней поверхности которых установлены длинноволновые отрезающие светофильтры 6, а в центре нижней плоскости непрозрачной перегородки 4 расположен приемник излучения 7 с чувствительностью в диапазоне 400-600 нм, выполненный в виде фотодиода.
Над непрозрачной перегородкой 4 в верхней части 2 корпуса 1 расположены предварительный усилитель 8, аналого-цифровой преобразователь 9, микропроцессор 10, цифровой дисплей 11, батарея питания 12 и тумблеры управления 13. При этом ко входу предварительного усилителя 8 подключен выход приемника излучения 7, а к его выходу последовательно подсоединены аналого-цифровой преобразователь 9, микропроцессор 10 и цифровой дисплей 11.
Батарея питания 12 и тумблеры управления 13 закреплены на внутренней поверхности верхней части 2 корпуса 1, а их кнопки расположены на внешней поверхности корпуса 1. При этом вход батареи питания 12 соединен с тумблерами управления 13, первый ее выход соединен с источниками излучения 5, а второй ее выход подсоединен ко входу приемника излучения 7.
Нижняя часть 3 корпуса 1 представляет собой оптическую систему, выполненную в виде эллиптического отражателя с отверстием 14 для измеряемого объекта 15, расположенным в его нижнем фокусе. При этом эллиптический отражатель выполнен из стекла, наружная поверхность которого покрыта светонепроницаемой краской, а внутренняя - светоотражающей алюминиевой пленкой. Эллиптический отражатель выполнен с эксцентриситетом 0,6-0,8, фокусным расстоянием 15,0-15,5 мм и коэффициентом деформации 0,71-0,72. Диаметр отверстия для измеряемого объекта равен 50±2 мм.
Устройство измерения фотолюминесценции работает следующим образом.
При включении тумблером 13 батареи питания 12 включаются источники излучения 5 и генерируемый ими свет через длинноволновые отрезающие светофильтры 6 попадает на измеряемый объект 15. Краевые лучи от источников излучения 5 отражаются на объект измерения 15 эллипсоидным отражателем.
Поглощаясь измеряемым объектом 15, свет возбуждает его фотолюминесценцию. Люминесцентное излучение собирается эллипсоидным отражателем в его верхнем фокусе на чувствительной поверхности приемника излучения 7. Вырабатываемый приемником излучения 7 фототок усиливается предварительным усилителем 8, преобразуется в аналого-цифровом преобразователе 9 и обрабатывается с помощью микропроцессора 10, в память которого введена функция зависимости контролируемого параметра от потока фотолюминесценции. Далее результат выводится на цифровой дисплей 11.
Нижняя эллиптическая часть 3 корпуса 1 - эллиптический отражатель - заменяет собой оптические системы источника и приемника излучения, что позволяет отказаться от использования линз, призм, плоских поворотных зеркал, благодаря чему не требуется юстировка элементов оптической системы.
Кроме того, нижняя часть 3 корпуса 1 одновременно является несущей конструкцией корпуса 1, светозащитной внешней оболочкой и отражающей внутренней поверхностью. Это позволяет уменьшить массогабаритные показатели прибора и снизить его стоимость.
Использование фотодиода в качестве приемника излучения за счет его маловольтного питания и непрерывного режима работы позволяет отказаться от высокочастотного генератора, преобразователя напряжения, устройства запуска схемы измерения послесвечения и прерывателя.
Использование полезной модели позволяет упростить конструкцию устройства за счет применения единой оптической системы как для источника, так и для приемника излучения, а также за счет использования в качестве приемника излучения фотодиода, который не требует отдельного блока высоковольтного питания. Это позволяет обеспечить компактность прибора и простоту его настройки и эксплуатации.