RU92190U1 - Инфракрасный анализатор растворов - Google Patents
Инфракрасный анализатор растворов Download PDFInfo
- Publication number
- RU92190U1 RU92190U1 RU2009124636/22U RU2009124636U RU92190U1 RU 92190 U1 RU92190 U1 RU 92190U1 RU 2009124636/22 U RU2009124636/22 U RU 2009124636/22U RU 2009124636 U RU2009124636 U RU 2009124636U RU 92190 U1 RU92190 U1 RU 92190U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- worm gear
- stepper motor
- diffraction grating
- microprocessor system
- wavelength
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Инфракрасный анализатор растворов, содержащий инфракрасный излучатель с установленным с ним на одной оптической оси конденсором, оптически сопряженный с монохроматором, включающим последовательно расположенные входную диафрагму, модулятор с блоком синхроимпульсов, состоящий из обтюратора и шагового двигателя, сферическую дифракционную решетку (эшелетт), соединенную с механизмом для настройки длины волны, включающим синусный механизм с червячной передачей и датчик положения дифракционной решетки, а также отражающее вогнутое зеркало, в плоскости растянутого спектра которого расположена выходная диафрагма, размещенная в одном узле с поворотным зеркалом и объективом, оптически сопряженным с исследуемым образцом, за которым расположен фокусирующий объектив и фотоприемник, выход которого подключен к микропроцессорному блоку с цифровым индикатором, отличающийся тем, что в устройство дополнительно введены червячный редуктор с шаговым двигателем, управляемым микропроцессорной системой, механически связанный с червячной передачей и датчиком положения дифракционной решетки, а также механизм автоматического перемещения каретки кюветного отделения, состоящий из двух линейных подшипников, блока синхроимпульсов, шестеренчатой передачи, связанной с шаговым двигателем, управляемым микропроцессорной системой, к которой подключены графический дисплей и клавиатура заявляемой полезной модели.
Description
Предлагаемая полезная модель является устройством для определения содержания различных веществ в многокомпонентных растворах оптическими средствами и может использоваться для измерения коэффициента пропускания, оптической плотности и концентрации примесей в жидких, твердых (после экстракции растворителями) и газообразных (после абсорбции селективными абсорбентами) образцах с помощью спектрального анализа в инфракрасном (ИК) диапазоне волн.
Известен инфракрасный анализатор (см. описание полезной модели RU 20 582 U1 Государственного унитарного предприятия «НПО "ОРИОН"»), торговое название ИКАН-1, выпускаемый Загорским оптико-механическим заводом (ЗОМЗ).
Этот прибор, как наиболее близкий к предлагаемой полезной модели, принят за прототип.
Основным недостатком прибора - прототипа является отсутствие возможности автоматического сканирования (измерения) спектра исследуемого образца (пробы) в спектральном диапазоне работы прибора.
Между тем, в практической спектрометрии длина волны, на которой следует проводить измерение содержания определяемого вещества в растворе (характеристическая длина волны - λи), в большинстве случаев может быть выбрана (уточнена) только после анализа спектра исследуемого раствора. Как правило, это связано с тем, что для одного и того же вещества длина волны λи может существенно изменяться в зависимости от его концентрации в растворе.
Характерным примером может служить рисунок 1, на котором показаны спектры растворов нефти в газовом конденсате, измеренные предлагаемой полезной моделью. Видно, что с увеличением содержания нефти в растворе длина волны максимума сигнала в спектре увеличивается. Это отражено на рисунке 2, на котором представлена зависимость длины волны от содержания нефти в газоконденсате.
К важным преимуществам предлагаемой полезной модели перед прототипом относятся также следующие:
- Предлагаемая полезная модель имеет более широкий рабочий диапазон длин волн - от 1800 нм до 3600 нм, что позволяет проводить измерения содержания воды в спиртах, гликолях и углеводородах в диапазоне длин волн 1900-1940 нм.
- Возможность ввода в память микропроцессорной системы заявляемого устройства значений коэффициента поглощения , и постоянной b калибровочных зависимостей вида у=Kx±b, где:
x=C - концентрация определяемого вещества в растворе;
K - коэффициент линейной регрессии;
l - оптическая толщина кюветы, мм;
b=Do постоянная, численно равная начальной оптической плотности растворителя, используемого для приготовления градуировочных растворов;
у=Dи - измеренная оптическая плотность раствора.
Подобные зависимости получают при проведении калибровки заявляемого устройства с помощью градуировочных растворов различной концентрации.
- Возможность ввода в память микропроцессорной системы прибора оптической плотности эталонного раствора, используемого в качестве холостой пробы в опорной кювете - Dxп. Это позволяет длительное время вместо эталонного раствора при проведении измерений вводить значение его оптической плотности - Dxп, которое для данной кюветы на выбранной длине волны остается постоянным длительное время, практически до ремонта прибора. Это позволяет существенно экономить на покупке эталонных образцов.
- В заявляемом устройстве используется дифракционная решетка - эшелетт с числом штрихов на 1 мм=250, в результате чего выделяемый спектральный интервал Δλ составляет 10-15 нм (приборе - прототипе Δλ порядка 25 нм), т.е. спектральное разрешение заявляемого устройства существенно лучше.
- Кроме того, в качестве фотоприемника в заявляемом устройстве используется фоторезистор PbSe, что позволяет увеличить его быстродействие на два порядка по сравнению с прототипом, в котором применяется пироприемник ПМ-4.
Для получения всех этих преимуществ в известном инфракрасном анализаторе, содержащем инфракрасный излучатель с установленным с ним на одной оптической оси конденсором, оптически сопряженный с монохроматором, включающим последовательно расположенные входную диафрагму, модулятор с блоком синхроимпульсов, состоящий из обтюратора и шагового двигателя, сферическую дифракционную решетку (эшелетт), соединенную с механизмом для настройки длины волны, включающим синусный механизм с червячной передачей и датчик положения дифракционной решетки, а также отражающее вогнутое зеркало, в плоскости растянутого спектра которого расположена выходная диафрагма, размещенная в одном узле с поворотным зеркалом и объективом, оптически сопряженным с исследуемым образцом, за которым расположен фокусирующий объектив и фотоприемник, выход которого подключен к микропроцессорному блоку с цифровым индикатором, дополнительно введены червячный редуктор с шаговым двигателем, управляемым микропроцессорной системой заявляемой полезной модели, механически связанный с червячной передачей и датчиком положения дифракционной решетки, а также механизм автоматического перемещения каретки кюветного отделения, состоящий из двух линейных подшипников, блока синхроимпульсов, шестеренчатой передачи, связанной с шаговым двигателем, управляемым микропроцессорной системой, к которой подключены графический дисплей и клавиатура заявляемой полезной модели.
Устройство заявляемой полезной модели поясняется структурной схемой, показанной на рисунке 3.
Заявляемый инфракрасный анализатор содержит излучатель 1, с установленным с ним на одной оптической оси конденсором 2, оптически сопряженный с ними монохроматор 3, включающий последовательно расположенные входную диафрагму 4, электродвигатель 7 модулятора с обтюратором 6 и блоком синхроимпульсов 5, сферическую дифракционную решетку (эшелетт) 8, соединенную с механизмом для настройки длины волны, включающий синусный механизм с червячной передачей 12 и датчик положения дифракционной решетки 10, а также отражающее вогнутое зеркало 13, в плоскости растянутого спектра которого расположена выходная диафрагма 14, размещенная в одном узле с поворотным зеркалом 15 и объективом 16, оптически сопряженным с исследуемым образцом 17, за которым расположен фокусирующий объектив 20 и фотоприемник 21, выход которого подключен через масштабирующий усилитель 22 к микропроцессорной системе 23, соединенной с графическим дисплеем 24 и клавиатурой 25 заявляемого анализатора.
Предлагаемый анализатор работает следующим образом.
Световой поток от излучателя 1, в качестве которого использована галогеновая лампа OSRAM 644 15S, с помощью конденсора 2 концентрируется в щелевом отверстии входной диафрагмы и периодически перекрывается обтюратором 6, закрепленным на валу электродвигателя 7, с частотой порядка 400 гц. Модулированный таким образом световой поток освещает дифракционную решетку 8 и полученный с ее помощью спектр отражается вогнутым зеркалом 13, которое создает в плоскости выходной диафрагмы 14 развернутую картину этого спектра. Необходимое значение длины волны излучения, выделенного щелью выходной диафрагмы, устанавливается шаговым двигателем 9, который поворачивает дифракционную решетку 8 вокруг оси, параллельной ее штрихам с помощью червячного редуктора 11 и червячной передачи 10. Установка длины волны осуществляется с клавиатуры 25 микропроцессорной системой 23, что отображается в окне редактирования дисплея 24. Выделенное щелью выходной диафрагмы монохроматическое излучение поворотным зеркалом 15 направляется через объектив 16 на кювету с исследуемым образцом (пробой) 17, затем фокусируется объективом 20 на
чувствительном элементе фотоприемника 21, где преобразуется в электрическое напряжение, пропорциональное поглощению в пробе. Усиленное в масштабирующем усилителе 22 это напряжение поступает в микропроцессорную систему, где обрабатывается с учетом холостой пробы в соответствии с законом Бугера-Ламберта-Бера, по которому коэффициент пропускания , а оптическая плотность равна , где I0-интенсивность падающего излучения (световой поток излучателя прибора или световой поток, прошедший через холостую пробу;
I - интенсивность излучения, прошедшего через исследуемую пробу.
Обработка и преобразование сигнала, обработка результатов измерения, управление работой прибора и вывод данных на дисплей прибора осуществляются с помощью встроенной микропроцессорной системы на основе одноплатного компьютера серии 6020 OCTAGON.
Фотоприемное устройство представляет собой фоторезистор с термоэлектрическим охладителем (ТЭО) на элементе Пельтье. Дисплей - графический 240×128 типа PG 240128-А. Конденсор, линзы объективов и кюветы выполнены из кварца КИ (инфракрасного).
Диапазон измерений коэффициента пропускания от 0 до 100%. Пределы допускаемой абсолютной систематической составляющей погрешности при измерении коэффициента пропускания ±2%(абс).
Диапазон измерений оптической плотности от 0 до 3.
Заявляемая полезная модель (инфракрасный анализатор) имеет три основных режима работы, которые могут быть выбраны оператором с клавиатуры 25: ИЗМЕРЕНИЕ, КАЛИБРОВКА и СКАНИРОВАНИЕ (спектра).
В режиме "СКАНИРОВАНИЕ" могут выполняться следующие операции:
- Сканирование по спектру в заданной оператором области;
- Расчет коэффициента пропускания или оптической плотности для каждой точки спектра;
- Отображение спектра коэффициентов пропускания, оптической плотности или уровней сигнала в графической форме с возможностью просмотра результатов в каждой точке спектра с помощью курсора, перемещаемого оператором по экрану дисплея;
- Установка параметров шкалы длин волн прибора по эталонным интерференционным фильтрам;
- Измерение уровня сигнала на выбранной длине волны, что необходимо для юстировки оптической схемы прибора.
В режиме "ИЗМЕРЕНИЕ" выполняется измерение оптической плотности, коэффициента пропускания и концентрации вещества в исследуемой пробе по введенным оператором параметрам в окне редактирования, вид которого представлен на рисунке 4. Порядок ввода параметров в окне редактирования показан ниже.
5. В нажать клавишу "0" и ввести значение измеренной раннее оптической плотности холостой пробы - Do.
В этом режиме также определяются коэффициенты пропускания и оптической плотности исследуемого образца.
В режиме "КАЛИБРОВКА" выполняется измерение оптической плотности и микропроцессорной системой прибора рассчитывается коэффициент поглощения для каждого калибровочного раствора.
Ввод параметров в этом режиме производится в окне установки параметров и показан на рисунке 5.
В режиме обмена информацией с персональным компьютером с помощью имеющегося в приборе интерфейса RS-232 возможно визуальное сравнение до 10 измеренных прибором спектров, которые выводятся на дисплей компьютера в окне СПЕКТРОГРАММА различным цветом (рисунок 6).
Визуальное сравнение спектров измеренного раствора и опорного сигнала позволяет определять длину волны, на которой целесообразно проводить дальнейшие измерения.
В колонке Данные выводятся цифровые данные спектра или выделенного участка спектра, максимальные значения по осям, среднее значение ординаты на выделенном участке спектра и другая информация.
Кроме того, по цифровым данным в этой колонке (файлы xp) можно определять длину волны и соответствующий ей уровень сигнала.
Для выделения участка спектра нужно поставить курсор на выбранную длину волны и удерживая левую клавишу обвести нужный участок спектра до конечного значения длины волны.
Следует иметь в виду, что величина средней ординаты выделенного участка спектра, умноженная на выделенный по оси длин волн интервал, равна площади, занимаемой спектром. Это расширяет метрологические возможности заявляемого прибора и позволяет реализовать калибровки и измерения, в частности, по методике определения содержания нефтепродуктов в воде в соответствии с ГОСТ Р 51797-2001.
Отличительной особенностью предлагаемого устройства является возможность при незначительных изменениях оптики и фотоприемного устройства выпускать сканирующие спектрометры в любом ограниченном диапазоне длин волн, в том числе, от 315 нм до 1000 нм.
Claims (1)
- Инфракрасный анализатор растворов, содержащий инфракрасный излучатель с установленным с ним на одной оптической оси конденсором, оптически сопряженный с монохроматором, включающим последовательно расположенные входную диафрагму, модулятор с блоком синхроимпульсов, состоящий из обтюратора и шагового двигателя, сферическую дифракционную решетку (эшелетт), соединенную с механизмом для настройки длины волны, включающим синусный механизм с червячной передачей и датчик положения дифракционной решетки, а также отражающее вогнутое зеркало, в плоскости растянутого спектра которого расположена выходная диафрагма, размещенная в одном узле с поворотным зеркалом и объективом, оптически сопряженным с исследуемым образцом, за которым расположен фокусирующий объектив и фотоприемник, выход которого подключен к микропроцессорному блоку с цифровым индикатором, отличающийся тем, что в устройство дополнительно введены червячный редуктор с шаговым двигателем, управляемым микропроцессорной системой, механически связанный с червячной передачей и датчиком положения дифракционной решетки, а также механизм автоматического перемещения каретки кюветного отделения, состоящий из двух линейных подшипников, блока синхроимпульсов, шестеренчатой передачи, связанной с шаговым двигателем, управляемым микропроцессорной системой, к которой подключены графический дисплей и клавиатура заявляемой полезной модели.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009124636/22U RU92190U1 (ru) | 2009-06-30 | 2009-06-30 | Инфракрасный анализатор растворов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009124636/22U RU92190U1 (ru) | 2009-06-30 | 2009-06-30 | Инфракрасный анализатор растворов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU92190U1 true RU92190U1 (ru) | 2010-03-10 |
Family
ID=42135801
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009124636/22U RU92190U1 (ru) | 2009-06-30 | 2009-06-30 | Инфракрасный анализатор растворов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU92190U1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2687898C1 (ru) * | 2018-06-28 | 2019-05-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калмыцкий государственный университет имени Б.Б. Городовикова" | Блок управления к монохроматору МДР-12 на основе Raspberry Pi |
-
2009
- 2009-06-30 RU RU2009124636/22U patent/RU92190U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2687898C1 (ru) * | 2018-06-28 | 2019-05-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калмыцкий государственный университет имени Б.Б. Городовикова" | Блок управления к монохроматору МДР-12 на основе Raspberry Pi |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Holland et al. | A unique computer centered instrument for simultaneous absorbance and fluorescence measurements | |
Nau et al. | On the quantification of OH*, CH*, and C 2* chemiluminescence in flames | |
Burgess et al. | Advances in standards and methodology in spectrophotometry | |
Gilmore | How to collect National Institute of Standards and Technology (NIST) traceable fluorescence excitation and emission spectra | |
RU92190U1 (ru) | Инфракрасный анализатор растворов | |
CN113176223A (zh) | 一种红外分光光度检测仪 | |
US8717557B2 (en) | Spectrophotometer and method for determining performance thereof | |
Brackmann et al. | Quantitative measurements of species and temperature in a DME-air counterflow diffusion flame using laser diagnostic methods | |
Moreira et al. | Calibration of a photometer for quantification of ethanol in gasoline: Absorbance determination | |
KR20040080257A (ko) | 근적외선 분광법을 이용한 휘발유 분석장치 및 방법 | |
JP3462573B2 (ja) | 液体試料の成分濃度等を測定する方法及び装置 | |
Stark et al. | NIR instrumentation technology | |
Moffat et al. | Electro-optical sensing of environmental pollutants | |
JPH0414298B2 (ru) | ||
Landa | High‐energy spectrophotometer for rapid constituent analysis in the range of 0.25–2.4 μm | |
CN201322721Y (zh) | 一种用于红外测油仪的对称式共轭光学*** | |
JP2004177147A (ja) | 発光測定装置 | |
Frings et al. | Calibration and monitoring of spectrometers and spectrophotometers. | |
CN201075082Y (zh) | 一种n2o4相当水含量测量仪 | |
Merenda et al. | Portable NIR/MIR Fourier-transform spectrometer based on a common path lamellar grating interferometer | |
Shouran et al. | Handheld Evidential Breath Analyser Design | |
JP3128163U (ja) | 分光光度計 | |
Vickers et al. | On-line monitoring by Raman spectroscopy: instrument control and calibration | |
Schmidt | A mini-rapid-scan-spectrophotometer | |
JP2005274143A (ja) | 多成分水溶液の分析方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20160701 |