RU2485484C1

RU2485484C1 - Optoelectronic multiparameter colorimeter

Info

Publication number: RU2485484C1
Application number: RU2011153209/28A
Authority: RU
Inventors: Бахтиержон Нематович Рахимов; Елена Юрьевна Кутенкова; Донёрбек Дилшодович Алижанов; Шерзод Ильхомович Мадумаров
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2013-06-20

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: colorimeter has, in a housing, a driving generator, n diodes, n measuring photodetectors which are optically connected to the diodes, a photoelectric signal processing unit, the output of which is connected to a recording unit, a cuvette connected to a funnel and a tap for blocking and allowing flow of the measured liquid into the cuvette, a switch for switching radiation to one of the optocouples. The cuvette is made from quartz glass in form of a cylinder which consists of two identical hollow half-cylinders which are attached on two sides to a flat mirror with two reflecting surfaces.

EFFECT: high sensitivity and simple design.

2 dwg

Description

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.The invention relates to technical physics and can be used in scientific research and in various fields of the national economy to control the physical and chemical parameters of liquid media (petroleum products, vegetable oil, glycerin, juices, drinks) and to control the technological processes of their manufacture, as well as in medicine , for the analysis of urine, blood, gastric juice, etc.

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.Known colorimeter photoelectric concentration type KFK-2MP [USSR copyright certificate No. 541112, class. G01N 21/00, 1976], comprising an emitter, a light filter, a cuvette with a test solution, an optical radiation receiver (POI), an electronic signal processing unit, and a measuring device.

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.The disadvantages of the device are low sensitivity and inaccuracy due to imperfection of the cuvette and cuvette holder, when for each subsequent analysis it is necessary to remove the cuvette from the device, fill it with another sample, wash and wipe the optical surfaces of the cuvette from the drips of the test liquid, in addition, this colorimeter has a complex structure.

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.Closest to the technical nature of the proposed device is an optoelectronic photocolorimeter [US Pat. 2413201 Russian Federation, IPC51 G01N 21/03, publ. 02/27/11, bull. No. 6], containing a master oscillator, n light-emitting diodes, n measuring photodetectors, optically coupled to light-emitting diodes, a photoelectric signal processing unit, the output of which is connected to a recording device, a cuvette made in the form of a ball with a cylindrical cavity, into which a rod with silver-plated is installed a reflective surface attached by the uprights to the walls of the cylinder, the aforementioned device is placed in the housing in a stationary position, there is also a funnel and a crane for closing and passing I have a controlled fluid in the cavity of the cuvette, which are attached simultaneously to the cuvette and the casing and the switch for switching radiation to one of the optocouplers.

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.The disadvantages of this photocolorimeter are the complexity of manufacturing a cuvette in the form of a ball lens with a cylindrical hole, insufficient accuracy of the device and the inability to control the content of n components in the liquid.

Задачей настоящего изобретения является создание оптоэлектронного многопараметрового колориметра с усовершенствованной конструкцией кюветы, повышение чувствительности и упрощение его конструкции.The objective of the present invention is to provide an optoelectronic multi-parameter colorimeter with an improved design of the cuvette, increasing the sensitivity and simplifying its design.

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.The optoelectronic multi-parameter colorimeter contains a master oscillator, n diodes, n measuring photodetectors optically coupled to the diodes, a photoelectric signal processing unit, the output of which is connected to a recording device, a cuvette to which a funnel and a tap are connected to close and pass the controlled fluid in the cavity cuvettes, a switch for switching radiation to one of the optocouplers, according to the invention, the cuvette in it is made of quartz glass in the form of a cylinder consisting of two x identical hollow half-cylinders attached on both sides to a flat mirror with two reflective surfaces, laser diodes are used and are selected in advance according to the known spectral characteristics of n components (parameters) contained in translucent liquids, in addition, a reference optocoupler is provided: a laser diode is a photodetector for ensure the reliability of the measurement results.

На фиг.1 представлена блок-схема оптоэлектронного многопараметрового колориметра, на фиг.2 - конструктивное выполнение датчика.Figure 1 presents a block diagram of an optoelectronic multi-parameter colorimeter, figure 2 is a structural embodiment of the sensor.

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)_из, n_из, плоского зеркала 8 с двумя отражающими поверхностями, контролируемого объекта (жидкости) 9, опорного фотоприемника 10, измерительных фотоприемников 11, 12, 13, 14, (n-1)_пр, n_пр, 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.The optoelectronic multi-parameter colorimeter consists of a master oscillator 1 (switching power supply), a switch 2, a reference laser diode 3, laser diodes 4, 5, 6, 7, (n-1) _of , n _of , a flat mirror 8 with two reflective surfaces, controlled object (liquid) 9, reference photodetector 10, measuring photodetectors 11, 12, 13, 14, (n-1) _pr , n _pr , photoelectric signal processing unit 16, recording device 17 (for example, a computer), a cuvette made of quartz glass in the form of a cylinder consisting of two identical hollow floors cylinders attached on both sides to a flat mirror with two reflective surfaces.

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.The optoelectronic multi-parameter colorimeter (Fig. 2) includes a cuvette 15, a flat mirror 8 with two reflective surfaces, as well as a graduated glass funnel 18 connected to the cuvette, where a controlled fluid 9 is poured, and a valve 19 for shutting off and passing the flow of the test fluid 9, the whole structure is placed in the housing 20.

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)_из, n_из, 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.The device operates as follows. When turned on, the master oscillator 1 generates rectangular pulses of 8-10 Hz. Separated pulses through the switch — the optocoupler switch 2 — are applied alternately to the laser LEDs 4, 5, 6, 7, (n-1) _of , n _of having specific spectral characteristics corresponding to the spectral characteristics of n components (parameters) contained in translucent liquids . In this case, the optocouplers can be switched on in series. The laser diode 3 and the measuring photodetector 10 form a reference optocoupler, which is provided in order to compare the measuring signals with the signal of the reference channel and to ensure the reliability of the measurement results. When filling the cylindrical hole of the cuvette 15 with a controlled liquid 9, it is irradiated with laser LEDs. In the first position of the switch, the radiation flux of the laser diode 4 is focused, passes through the controlled liquid 9, is reflected from one of the two surfaces of the flat mirror 8 and, again passing through the controlled sample 9, then goes to the measuring photodetector 11. Then the signals are sent to BOFS - 16, where the ratio of the signals of this measuring stream and the compensation from the diode 3 and the measuring photodetector 10 is realized. The ratio signal is proportional to the transmittance and optical density of the liquid d or transparent solids is also possible to measure the concentration of substances in solution, that is possible using previously measured calibration characteristics. The results are fed to a measuring device or computer 17, the indication of which is used to judge the parameters of liquid media. The computer provides automatic performance of analog-to-digital measurement conversions, computational procedures, the issuance of the received information, the formation of command and other service information necessary for the functioning of optoelectronic multifunctional automatic control and measuring systems. The whole structure is placed in the housing 20, and the device itself can be installed on the line of the process, i.e. control liquids (juices, drinks, beer, etc.) flowing through the pipe in the direction of the arrow indicated in figure 2.

Claims

An optoelectronic multi-parameter colorimeter containing a master oscillator placed in the housing, n diodes, n measuring photodetectors optically coupled to the diodes, a photoelectric signal processing unit, the output of which is connected to a recording device, a cuvette to which a funnel and a tap are connected to shut off and pass the controlled fluid into cavity of the cell, a switch for switching radiation to one of the optocouplers, characterized in that the cell in it is made of quartz glass in the form of a cylinder, consisting of a heap of identical hollow half-cylinders attached on both sides to a flat mirror with two reflective surfaces, laser diodes are used and are selected in advance according to the known spectral characteristics of n components (parameters) contained in translucent liquids, in addition, a reference optocoupler is provided: a laser diode is a photodetector for ensure the reliability of the measurement results.