专利名称：数字式光电比色仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种数字式光电比色仪，属于用比色法测定物质含量的分析仪器。
辽宁省义县公路机械仪器厂生产的YG－1型油石比测定仪，是通过光电比色法测定沥青混合料油石比的一种仪器。它包括由光源、狭缝、反射镜、聚光镜、棱镜、比色皿、光电池等组成的光电测量系统和由微处理机、打印机组成的数据处理系统。其不足之处在于数据处理方法仍采用测量数据与一组标准采样数据进行比较的方法，即事先配制一组浓度由低到高的被测沥青的标准溶液，并将其浓度或沥青含量值存入微处理机内存。实际测量时，通过微机将实测值与内存标准值逐点进行比较判断，打印出结果。所以本仪器的精度取决于采样点的状况，而采样点只能是相互分立的有限个点，因而影响测量精度。本仪器还存在配制标准液的劳动量大，结构复杂，造价高的问题。
本实用新型的目的在于提供一种结构简单，操作简便、体积小而且能直接按朗特－比耳公式给出测量结果的数字式光电比色仪。
本实用新型的技术解决方案是，包括以光电发光管D为光源的单色光发生电路1、光路、比色皿3、以光电接受管T1为受光元件的光电接受电路4及壳体11的数字式光电比色仪，其特征是光电接受电路4的光电压输出信号输入对数放大器5的输入端，单色光发生电路1中的光电压信号直接输入对数放大器6的输入端，对数放大器5和6的输出端分别与减法器7的两输入端连接，减法器7的输出端经过模一数转换集成片8与数字显示器10连接。
本方案中，光电发光管D与比色皿3之间的入射光路由小孔径光通道25构成，比色皿3与光电接受管T1之间的透射光路由小孔径光通道27构成。光通道25和27的轴线在同一条直线上并与比色皿3的入射面垂直。
本方案中，将光电发射管D、比色皿3、光电接受管T1及组成光路的光学器件组装在塑料框架15上形成测量头，整体插装在壳体11上的安装插口30内。光电发射管D和光电接受管T1的管脚通过设在测量头上和安装插口内的接触开关与测量电路连接。
本方案中。由电阻R、功能选择开关K2和n个可调电阻R1、R2、R3……Rn组成的n个标定电路9连接于模－数集成片8的基准电压端。
本实用新型使用时，依待测物的颜色选一种单色光电发光管安装于单色光发生电路1中。配制一份待测物的标准溶液装入比色皿中进行测试并调整标定电路9中的可调电阻，使数字显示器显示的数字等于标准溶液的浓度值，即可进行实地测试。
本实用新型的优点在于，它可直接按朗特－比耳定律连续给出物质含量或浓度值。本方案中，利用光电效应中光强与光电压成正比的关系，将朗特－比耳定律函数式转化成为C＝ 1/(μL) (LnV0－LnVl)式中C为物质含量或者浓度，μ为与物质有关的系数，L为比色皿的特征长度，V0为与光电发光管发射光强对应的光电压，Vl为与光电接受管接受透射光强对应的光电压。利用上述关系式，本仪器设置了两个对数放大器5和6，用于计算出V0和Vl的对数值，然后经过减法器7相减，所得差值经A／D转换，驱动显示器直接显示测量结果，式中μL的影响通过标定予以校正。这就克服了以往比色计和YG－1油石比测定仪中因配制一组标准溶液进行比较而带来的测量误差和麻烦，并使本实用新型具有结构简单，体积小，重量轻，造价低，使用方便等优点。
下列附图描述了本实用新型的实施例。
图1为本实用新型组成方框图。
图2为本实用新型的电原理图。
图3为本实用新型光电测量系统结构示意图。
图4为图3的左视图。
图5为本实用新型的外形示意图。
以下结合附图对本实用新型给予详细说明。本实用新型中光电测量系统的结构如图3所示，它是将光电发光管D、光电接受管T1、比色皿3组装在塑料骨架15上，在塑料骨架15的中心位置设一个用于安装比色皿3的凹槽16，比色皿3就插装在凹槽16内。光电发光管D和光电接受管T1分别固定安装在比色皿两侧的骨架15上，发光管D和接受管T1的管脚分别通过引线连接于固定在骨架15上的接触簧片19和29，这样把本实用新型中的光电测量系统组装成整体构件，以下称之为测量头。测量头的具体结构有以下三种形式。第一种型式是，发光管D通过发光管固定座20固定安装在骨架15上，并使发光管D靠近比色皿3的入射面，比色皿3与发光管D之间设一小孔使一束光线通过小孔直接入射到比色皿3，光电接受管T1通过接受管固定座28安装在骨架15上，使接受管T1靠近比色皿3的另一侧面并使其受光面正对入射光方向。在比色皿3与接受管T1之间亦设一小孔，使透射光经过小孔直达受光面。为了防止外来光线的干扰，在比色皿3顶部须盖上不透明的罩26。本方案是基于结构紧凑，发光管到接受管之间光程很短，认为入射光束的光强随光程发散的影响可以忽略。所以省略了透镜等一组光学器件。第二种结构型式是，为了提高对外部光线的抗干扰能力，将第一方案中的发光管D、接受管T1与比色皿3之间的小孔加深，使其成为小而深的光通道，即形成连接发光管D和比色皿3的小孔径光通道25和连接比色皿3与接受管T1之间的小孔径光通道27。光通道25和27的轴线要在同一条直线上并与比色皿3的入射面垂直。这样发光管D和接受管T1如同置于深孔内，因孔小而深，来自外界的光线散射不到光通道内，所以接受管T1只能接受来自发光管D的光线。提高了抗干扰能力，不用罩26亦能正常进行测量，作为第三种结构型式是为了获得比较标准的单色平行光线，在发光管D和光通道25之间加设了滤光镜片22和凸透镜23，如图3所示，它们是通过垫圈21和透镜垫圈24安装在骨架15上。本实用新型中，光电发光管D须根据被测物质情况选用不同颜色或者不同频谱特性的发光管，诸如红外发光管、红色发光管、绿色发光管等。光电接受管T1可采用光敏电阻、光电池或半导体光电接受管，但在选择光电接受管T1时，必须保证与之配套使用的发光管的频谱特性一致，为了适应多种不同物质测量需要，本实用新型用多组具有不同颜色的光电发光管和接受管，制成多个不同的测量头，每个测量头适合测量一种物质。在仪器的壳体11上设有安装插口30(见图4)，测量时选一种合适的测量头从安装插口插入仪器内，则通过测量头上的接触簧片19和29与设在安装插口内的接点结合，将光电测量系统与壳体内的数据处理系统连接起来，即可开始工作。本实用新型中。数据处理系统是按朗特－比耳定律的函数结构式，由对数放大器5、6，减法器7，模一数转换集成片8和数字显示器10构成。如图1、图2所示。将光电发光管D的光电压信号和光电接受管T1的光电压信号分别输入对数放大器5和6的输入端，两对数放大器的对数输出分别输入减法器7的两输入端。减法器7输出的差值通过模一数转换集成片8，经译码驱动数字显示器10。本实用新型的初始入射光信号亦可以从光电发光管D发射光线中直接引出，如图2、图3所示，通过光通道18从发光管D发射的光中引出一束光线，入射到通过固定座17安装在骨架15上的光电接受管T2的受光面，其光电信号通过插口接头直接输入对数放大器6中。本实用新型中上述各器件均可采用市售的通用件，本实施例中对数放大器5和6采用了高输入阻抗集成电路运算放大器CA3130，减法器7采用通用集成电路运算放大器μA741，模一数转换集成片8采用ICL7106芯片。显示器10选用3 1/2 位液晶显示器。因ICL7106芯片已包含了译码驱动电路，它可直接驱动液晶显示器显示。为了能直接显示被测物质的含量或者浓度，本实用新型设置了由可调电阻R1组成的标定电路9。它连接于ICL7106芯片的基准电压端，用于调整其基准电压。为了适应反复进行多种测量需要，本实施例中设置了由电阻R和可调电阻R1、R2、R3、R4组成的四组标定电路，通过功能选择开关K2选择标定电路。用户根据测量需要，可标定四种不同测量项目，之后反复测量中，只需更换测量头和变换功能选择开关K2，无需重新标定。本实用新型将上述电路包括层压电池E组装在图4所示壳体11内。其中K1为电源开关。K2为功能选择开关，这里采用了按键形式。
权利要求1.一种数字式光电比色仪，包括以光电发射管(D)为光源的单色光发生电路(1)、比色皿(3)、以光电接受管(T1)为受光元件的光电接受电路(4)、光路及壳体(11)，其特征在于光电接受电路(4)的光电压输出端与对数放大器(5)的输入端连接，单色光发生电路(1)中发光管(D)的光电压信号直接输入对数放大器(6)的输入端，对数放大器(5)和(6)的输出端分别与减法器(7)的两输入端连接，减法器(7)的输出端经模一数转换集成片(8)与数字显示器(10)连接。
2.根据权利要求1所述的数字式光电比色仪，其特征在于光电发光管(D)与比色皿(3)之间的入射光路由小孔径光通道(25)构成，比色皿(3)与光电接受管(T1)之间的透射光路由小孔径光通道(27)构成，光通道(25)和(27)的轴线在同一条直线上并与比色皿(3)的入射面垂直。
3.根据权利要求1或者2所述的数字式光电比色仪，其特征在于光电发射管(D)、比色皿(3)、光电接受管(T1)及组成光路的光学器件组装在塑料框架(15)上构成测量头，测量头整体插装在壳体(11)上的安装插口(30)内。光电发射管(D)和光电接受管(T1)的管脚连线通过设在测量头上和安装插口内的接触开关与测量电路连接。
4.根据权利要求3所述的数字式光电比色仪，其特征在于由电阻(R)、功能选择开关(K2)和n个可调电阻(R1)、(R2)、(R3)……(Rn)组成的n个标定电路连接于模一数集成片(8)的基准电压端。
专利摘要本实用新型为一种用比色法测定物质含量的分析仪器，它由光电发光管、比色皿、光电接受管组成的测量系统和由对数放大器、减法器、模-数转换集成片和数字显示器组成的数据处理系统组成。它能直接按朗特-比耳定律函数式给出测量结果，具有结构简单、操作简便、体积小、造价低的优点。
文档编号G01N21/25GK2113487SQ9221031
公开日1992年8月19日 申请日期1992年2月29日 优先权日1992年2月29日
发明者吕正 申请人:吕正