ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ МНОГОПАРАМЕТРОВЫЙ КОЛОРИМЕТР
OPTOELECTRONIC MULTIPARAMETER COLORIMETER

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при научных исследованиях и в различных областях народного хозяйства для контроля физическо-химических параметров жидких сред (нефтепродуктов, растительного масла, глицерина, соков, напитков) и для управления технологическими процессами их изготовления, а также в медицине, для анализа мочи, крови, желудочного сока и т.п.
Известен колориметр фотоэлектрический концентрационный типа КФК-2МП [авторское свидетельство СССР №541112, кл. G01N 21/00, 1976], содержащий излучатель, светофильтр, кювету с исследуемым раствором, приемник оптического излучения (ПОИ), электронный блок обработки сигналов и измерительный прибор.
Недостатками устройства являются низкая чувствительность и неточность за счет несовершенства кюветы и кюветодержателя, когда для каждого последующего анализа необходимо извлекать кювету из прибора, заполнять ее очередной пробой, мыть и протирать оптические поверхности кювет от потеков исследуемой жидкости, кроме того, данный колориметр имеет сложную конструкцию.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является оптоэлектронный фотоколориметр [пат. 2413201 Российская Федерация, МПК51 G01N 21/03, опубл. 27.02.11, бюл. №6], содержащий задающий генератор, n светоизлучающих диодов, n измерительных фотоприемников, оптически связанных со светоизлучающими диодами, блок обработки фотоэлектрического сигнала, выход которого соединен с регистрирующим прибором, кювету, выполненную в виде шара с цилиндрической полостью, в которую установлен стержень с посеребренной отражающей поверхностью, прикрепленный стойками к стенкам цилиндра, выше упомянутое устройство помещено в корпус в стационарном положении, также имеются воронка и кран для перекрывания и пропускания контролируемой жидкости в полости кюветы, которые крепятся одновременно к кювете и корпусу и коммутатор для переключения излучения на одну из оптопар.
Недостатками данного фотоколориметра является сложность изготовления кюветы в виде линзы-шара с цилиндрическим отверстием, недостаточная точность устройства и невозможность контроля содержания в жидкости n компонентов.
Задачей настоящего изобретения является создание оптоэлектронного многопараметрового колориметра с усовершенствованной конструкцией кюветы, повышение чувствительности и упрощение его конструкции.
Оптоэлектронный многопараметровый колориметр содержит помещенные в корпус задающий генератор, n диодов, n измерительных фотоприемников, оптически связанных с диодами, блок обработки фотоэлектрического сигнала, выход которого соединен с регистрирующим прибором, кювету, к которой присоединяются воронка и кран для перекрывания и пропускания контролируемой жидкости в полости кюветы, коммутатор для переключения излучения на одну из оптопар, согласно изобретению кювета в нем выполнена из кварцевого стекла в виде цилиндра, состоящего из двух идентичных полых полуцилиндров, прикрепленных с двух сторон к плоскому зеркалу с двумя отражающими поверхностями, диоды используются лазерные и подбираются заранее по известным спектральным характеристикам n компонентов (параметров), содержащихся в полупрозрачных жидкостях, кроме того, предусмотрена опорная оптопара: лазерный диод - фотоприемник для обеспечения достоверности результатов измерений.
На фиг.1 представлена блок-схема оптоэлектронного многопараметрового колориметра, на фиг.2 - конструктивное выполнение датчика.
из
из
пр
пр
Оптоэлектронный многопараметровый колориметр состоит из задающего генератора 1 (источника импульсного питания), коммутатора 2, опорного лазерного диода 3, лазерных диодов 4, 5, 6, 7, (n-1), n, плоского зеркала 8 с двумя отражающими поверхностями, контролируемого объекта (жидкости) 9, опорного фотоприемника 10, измерительных фотоприемников 11, 12, 13, 14, (n-1), n, блока обработки фотоэлектрического сигнала 16, регистрирующего прибора 17 (например, ЭВМ), кюветы, выполненной из кварцевого стекла в виде цилиндра, состоящего из двух идентичных полых полуцилиндров, прикрепленных с двух сторон к плоскому зеркалу с двумя отражающими поверхностями.
Оптоэлектронный многопараметровый колориметр (фиг.2) включает в себя кювету 15, плоское зеркало 8 с двумя отражающими поверхностями, а также присоединенные к кювете стеклянную градуированную воронку 18, куда заливается контролируемая жидкость 9, и кран 19 для перекрывания и пропускания потока исследуемой жидкости 9, вся конструкция помещается в корпус 20.
из
из
Устройство работает следующим образом. При включении задающий генератор 1 вырабатывает прямоугольные импульсы 8-10 Гц. Разделенные импульсы через коммутатор - переключатель оптронов 2 - подаются попеременно на лазерные светодиоды 4, 5, 6, 7, (n-1), n, имеющими определенные спектральные характеристики, соответствующие спектральным характеристикам n компонентов (параметров), содержащихся в полупрозрачных жидкостях. При этом оптопары могут включаться последовательно. Лазерный диод 3 и измерительный фотоприемник 10 образуют опорную оптопару, которая предусмотрена для того, чтобы сравнивать измерительные сигналы с сигналом опорного канала и обеспечивать достоверность результатов измерения. При заполнении цилиндрического отверстия кюветы 15 контролируемой жидкостью 9 она облучается лазерными светодиодами. В первом положении переключателя поток излучения лазерного диода 4 фокусируется, проходит через контролируемую жидкость 9, отражается от одной из двух поверхностей плоского зеркала 8 и, вновь проходя через контролируемый образец 9, далее попадает на измерительный фотоприемник 11. Затем сигналы поступают в БОФС - 16, где реализуется отношение сигналов этого измерительного потока и компенсационного от диода 3 и измерительного фотоприемника 10. Сигнал отношения пропорционален величине коэффициента пропускания и оптической плотности жидких сред или прозрачных твердых тел, также можно измерять концентрации веществ в растворе, что возможно при использовании предварительно измеренных градуировочных характеристик. Результаты подаются на измерительный прибор или ЭВМ 17, по показанию которого судят о параметрах жидких сред. ЭВМ обеспечивает автоматическое выполнение аналого-цифровых измерительных преобразований, вычислительных процедур, выдачу полученной информации, формирование командной и другой служебной информации, необходимой для функционирования оптоэлектронных многофункциональных автоматических контрольно-измерительных систем. Вся конструкция помещается в корпус 20, а само устройство можно установить на линии технологического процесса, т.е. контролировать жидкости (соки, напитки, пиво и т.д.), протекающие через трубу по стрелке, указанной на фиг.2.