Спектральный прибор для оперативного измерения длины волны монохроматического излучения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ЬетОИСКОМУ СЕИДИтЕЛЬСтВУ

Союз Советскив

Социалистическик

Республик (11)1000? ?8 (61) Дополнительное к авт. сеид- ву(22} Заявлено 09.1081 (21) 3347071/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 2,0?.83, Бюллетень ¹ 8

Дата опубликования описания 280283

151) М. Кп.з

Ci 01 3 3/42

Государственный комитет

СССР оо аелам изобретений и открытий

153} УДК 535. 853 (088. 8) (72) Авторы изобретения

С.A. Михнов и И.П. Шахлай (71) Заявитель

Ордена Трудового Красного Знамени институт физики AH Белорусской ССР (54) СПЕКТРАЛЬНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ

ДЛИНЫ ВОЛНЫ МОНОХРОМАТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к спектроскопии, в частности к спектрометрам монохроматического излучения, и может быть использовано для оперативного измерения длины волны монохроматического излучения.

Известны спектральные приборы различного типа, содержащие осветительную, спектральную и приемно-регистрирующие части. В спектральной части этих приборов установлена диспергирующая система либо селективный модулятор (1.1.

Все эти приборы не позволяют оперативно измерять длину волны излучения при спектральной перестройке источника и имеют большие габариты и вес.

Наиболее близким к предлагаемому является спектральный прибор для оперативного измерения длины волны монохроматического излучения, содержащий многоканальный оптический детектор и схему регистрации, причем каждый канал оптического детектора состоит из последовательно расположенных по ходу луча диспергирующей среды, выполненной в виде спектральHoIî фин тра и фотоприемника )2 ).

Недостатком этого прибора является то, что он не позволяет измерять длину волны с высокой точностью в широком спектральном интервале при наличии фоновой засветки и дает большие ошибки при измерениях с малыми соотношениями сигнал/шум.

Цель изобретения — расширение спектрального диапазона измерений и повышение точности измерения в широком спектральном интервале при наличии высокого уровня фоновой засветки и малых соотношениях сигнал/ шум.

Поставленная цель достигается тем, что в спектральном приборе для оперативного измерения длины волны монохроматического излучения, содержащем многоканальный оптический . детектор и схему регистрации, причем каждый канал оптического детектора состоит из последовательно расположенных по ходу луча диспергирующей среды, выполненной в виде спектраль" ного фильтра и фотоприемника, фильтры выполнены так, что спектральная полоса пропускания каждого из них имеет вид плавной кривой или ломаной линии с одной экстремальной точкой в максимуме пропускания, симмет1000778 ричной относительно линии, проведенной через данную точку экстремума и середину полосы пропускания, и пересекается с полосами пропускания фильтров смежных каналов по полувыloose, при этом в прибор введен логический блок, а в каждом канале дополнительно установлены и компараторон, причем входы компараторон соединены с выходами фотоприемников, вход логического блока соединен с выходами компараторов, а выход логического блока соединен с входом схемы регистрации.

На фиг. 1 предстанл> на блок-схема устройства, на фиг. 2 — график 15 зависимости пропускания спектральных фильтров матрицы от длины волны.

Устройство содержит освещаемый . рассеянным монохроматическим излу- 2О чением И-канальный оптический детектор, и каждом канале которого установлен фотоприемный блок 1 со спектральным фильтром 1, полоса пропускания которого имеет вид планной 25 кривой или ломаной линии с одной экстремальной точкой, в максимуме пропускания, симметрична относительно линии, проведенной через данную точку экстремума и середину полосы пропускания и пересекается с полосами пропускания смежных каналов, компараторы 2, логический блок 3 и схему 4 регистрации. Выходы каждого фон оприемника блока 1 соединены с входами и ксмпараторов 2, выходы которых подсоединены к нходу логического блока 3, а выход его соединен с входом схемы 4 регистрации.>

Логический блок 3 представляет собой устройстно, преобразующее сиг- 4О налы компараторов в потенциальные сигналы логических уровней, обрабатывающее данные сигналы по заданному алгоритму и синхрониэирующее работу прибора. 45

С помощью фиг. 2 поясняется выбор относительных значений уровней срабатывания компараторов, установленных в каждом канале. Для этого нужно разбить спектральные зоны 50 между точками, соответствующими максимумам пропускания смежных фильтров на 2п участков (и — количество компараторов в канале). Из середины этих участков нужно провести линии, параллельные оси ординат.

Отсчеты по оси ординат, соответствующие точкам пересечения этих линий с графиками пропускания фильт ров, дадут относительные величины 6О уровней срабатывания компараторов. с

Абсолютное значение наименьшего уровня срабатывания компаратора определяется по заданным значениям вероятностей правильного обнаружения и ложной тревоги и пороговой чувствительности фотоприемного блока 1. Количество каналов N и компараторов н каждом канале определяется, исходя из технических требований, предъявляемых к прибору в конкретной задаче измерения длины волны. Точность измерения длины волны монохрома ического излучения ранЬ O 5

2и где ЛА0,5 — ширина полосы пропускания спектрального фильтра по полувысоте, п — количество компараторов н канале (количество уровней).

Реальные фильтры могут иметь кривые пропускания, отличные от изображенных на графике (фиг. 2) . B этом случае, интегрируя сигналы в фотоприемном блоке, относительные значения порогов срабатывания компараторов можно определять по отношению площадей участков, ограниченных осью абсцисс, кривой пропускания и прямыми, параллельными оси ординат, которые делят спектральную зону между максимумами пропускания смежных фильтров на участки, ширина которых соответствует заданной точности измерения длины волны монохроматического излучения.

Для крайних каналов устройства количество компараторов должно быть увеличено на и штук и для них должны быть установлены более высокие уровни срабатывания в соответствии с пропусканием спектральных фильтров крайних каналов в зонах, где исследуемое излучение проходит только через один фильтр.

Устройство работает следующим образом.

Монохроматическое рассеянное излучение направляется на N фотоприемных блоков 1 и проходит в один или два канала, благодаря спектральной селекции, которая выполняется установленными и фотоприемных блоках фильтрами 1 . Сигналы с выходов фотоприемников -поступают на входы установленных в каждом канале-.п компараторов 2, каждый из которых настроен на определенный уровень. Сигналы с выходов всех каналов заведены на вход логического блока 3, ко-. торый преобразует импульсные сигналы в потенциальные > обрабатывает их по заданному алгорйтму и зависимости от соотношения числа каналов и количества компараторов в канале и синхронизирует работу устройства.

Схема 4 регистрации дешифрируеч сигналы логического блока 3 и индицирует результаты измерения.

1000778

Устройство позволяет оперативно измерять длину волны монохроматического излучения. Количество каналов выбирается, исходя из требуемой точности измерения в заданном спектральном интервале и условии работы прибора. Например, если прибор предназначен для работы при наличии высокого уровня фона в исследуемом спектральном интервале, целесообразно пойти на увеличение количества каналов, так как в каждый канал излучение фона будет проходить лишь в пределах полосы пропускания фильтра.

Если нет сильной фоновой засветки, то для упрощения устройства целесообразно уменьшить число каналов, требуемую точность достигнуть эа счет увеличения количества ком-. параторов в каждом канале, так как уровень современной микроэлектроники позволяет изготавливать микросхемы, имеющие несколько компараторов в одном корпусе.

Предлагаемые устройства особенно полезны при измерении длины волны импульсного монохроматического излучения, когда неизвестен момент появления сигналов. Например, при декодировании спектрального состава излучения устройств наведения с лазерной подсветкой цели., Кроме того, в таком устройстве упрощается автоматизация обработки результатов измерения, так как сигналы компараторов могут соответствовать уровням логических "0". и

«1«

Формула изобретения

Спектральный прибор для оперативного измерения длины волны монохроматнческого излучения, содержащий многоканальный оптический детектор и схему регистрации, причем каждый канал оптического детектора состоит из последовательно расположенных

5 . по ходу луча днспергирующей среды, выполненной в виде спектрального фильтра и фотоприемника, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения спектрального диапазона измерений и повышения точности измерений при наличии высокого уровня фоновой засветки и малых соотношениях сигнал/шум, фильтры выполнены так, что спектральная полоса пропус15 кания каждого из них имеет вид плавной кривой или ломаной линии с одной экстремальной точкой в максиму.ме пропускания, симметричной относительно линии, проведенной через ур данную точку экстремума и середину полосы пропускания, и пересекается с полосами пропускания фильтров смежных каналов по полувысоте, при этом в прибор введен логический блок, Q5 а в каждом канале дополнительно установлены и компараторов, причем входы компараторов соединены с.выходами фотоприемников, вход логического блока соединен с выходами компараторов, а выход логического блока соединен с входом схемы регистрации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Тарасов К.И. Спектральные приборы.-Л.", "Машиностроение", 1977, с. 297.

2. Шишловский А.A. Прикладная физическая оптика, N., 1961, с.616-40 618.

1иоо; i8

1000778 с Ф C.

ВНИИПИ Заказ 13б1/40 Тираж 871 Подписное

Филиал ППП "Патент",г.Ужгород,ул.Проектная,4