Многоходовая кювета с регулируемым числом прохождений и многоходовое фокусирующее устройство

 

1. Многоходовая кювета с регулируемым числом прохождений, содержащая корпус, средство для введения исследуемого вещества внутрь корпуса , вогнутое зеркало, установленное на одном конце корпуса, и jiBa плодких полевых зеркала, установленные на другом конце корпуса под острыми углами к оси корпуса и обращенные к вогнутому зеркалу своими рабочими поверхностями, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения возможности изменения оптической длины кюветы, она снабжена плоским автоколлимационным зеркалом , обращенным отражающей.поверхностью к вогнутому зеркалу, и механизмом поворота автоколлимационного зеркала вокруг оси, лежащей в его плоскости, а расстояние между автоколлимационным и вогнутым зеркалами равно фокусному расстоянию вогнутого зеркала, при этом плоские полевые зеркала установлены взаимно перпендикулярно , а корпус кюветы выполнен из двух герметично соединенных частей, одна из которых, несущая полевые зеркала, автоколлимационное зеркало и механизм его поворота, выполнена стационарной, а.другая, несущая вогнутое зеркало,- сменной. 2. Многоходовое фокусирующее устройство для многократного направления потока излучения на исследуемый объект , содержащее установленные на оп (Л тической оси вогнутое зеркало и два плоских полевых зеркала, расположенные напротив вогнутого зеркала под острыми углами к оптической оси и обращенные к вогнутому зеркалу своими рабочими поверхностями, отличающееся тем, что, с целью устра нения виньетирования и упрощения согласования устройства с внешними х оптическими системами, оно снабжено плоским автоколлимационным зеркалом, а: обращенным отражающей поверхностью СП :к вогнутому зёркалу,и механизмом по ворота автоколлимационного зеркала 4; вокруг оси, лежащей в его плоскости, при этом полевые зеркала установлены взаимно перпендикулярно, а рассто яние мезвду автоколлимационным и вогнутым зеркалами выбрано равным фокус ному расстоянию вогнутого зеркала.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) .А

3(51) G 01 21 03

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2944702/18-25 (,22) 15.07.80 (46) 07.06.84. Бюл. М 21 (72) С.N.×åðíèí и Е,Г.Барская . (71) Ордена Ленина институт химической Физики АН СССР (53) 535.242(088.8) (56) 1.Johu V. White, Zou((Optical

Path of Zarge Aperture,-Journal

OPtical Society of America, 1942, V,32, р. 285-288.

2. Smith Н.D, апй Marshall J,K, Method for Obtaining Zoug Optical

Paths.-Tournal Optical Society of

America. 1940, v. 30> Р ° 338-342 (прототип) . (54) МНОГОХОДОВАЯ КЮВЕТА С РЕГУЛИРУЕМЫМ ЧИСЛОМ ПРОХОЖДЕНИИ И МНОГОХОДОВОЕ ФОКУСИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО. (57) 1. Многоходовая кювета с регулируемым числом прохождений, содержащая корпус, средство для введения исследуемого вещества внутрь корпуса вогнутое зеркало, установленное на одном конце корпуса, и два плс ских полевых зеркала, установленные на другом конце корпуса под острыми углами к оси корпуса и обращенные к вогнутому зеркалу своими рабочими поверхностями, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что, с целью обеспечения возможности изменения оптической длины кюветы, она снабжена . плоским автоколлимационным зеркалом, обращенным отражающей поверхностью к вогнутому зеркалу, и механизмом поворота автоколлимационного зеркала вокруг оси, лежащей в его плоскости, а расстояние между автоколлимационным и вогнутым зеркалами равно фокусному расстоянию вогнутого зеркала, при этом плоские полевые зеркала установлены взаимно перпендикулярно, а корпус кюветы выполнен из двух герметично соединенных частей, одна иэ которых, несущая полевые зеркала, автоколлимационное зеркало и механизм его поворота, выполнена стационарной, а другая, несущая вогнутое зеркало, — сменной.

2. Многоходовое фокусирующее устройство для многократного направления потока излучения на исследуемый объект, содержащее установленные на оптической оси вогнутое зеркало и два плоских полевых зеркала, расположенные напротив вогнутого зеркала под острыми углами к оптической оси и обращенные к вогнутому зеркалу своими рабочими поверхностями, о т л и ч аю щ .е е с я тем, что, с целью устра нения виньетирования и упрощения согласования устройства с внешними оптическими системами, оно снабжено плоским автоколлимационным зеркалом, обращенным отражающей поверхностью к вогнутому зеркалу,и механизмом поворота автоколлимационного зеркала вокруг оси, лежащей в его плоскости, при этом полевые зеркала установлены взаимно перпендикулярно, а рассто яние между автоколлимационным и вогнутым зеркалами выбрано раВнн(м фОкУсному расстоянию вогнутого зеркала.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для газовых кювет большой длины пути к спектральным приборам, а также для оптико-акустических газоанализаторов беэ применения спект. Э ральной аппаратуры, Известна многоходовая кювета„в основу которой положена оптическая

;система Уайта, в которой содержится три сферических зеркала, при этом два иэ них, работая как объективы, фокусируют на третьем коллективе ряд изображений источников света, Диаметр кюветы определяется общими 15 габаритами двух сменных объективов(13, Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является многоходовая кювета с регулируемым чис- О лом прохождений, содержащая корпус, средство для введения исследуемого вещества внутрь корпуса,. вогнутое зеркало, установленное на одном конце корпуса и два плоских полевых зеркала, установленные на другом кон це корпуса под острыми углами к оси корпуса и обращенные к вогнутому зеркалу своими рабочими поверхностями, а также многоходовое фокусирующее устройство для многократного направления потока излучения на исследуемый объект, содержащее установленные на оптической оси вогнутое зеркало я два плоских полевых зерка-ла, расположенные напротив вогнутого Б зеркала под острыми углами к оптичесКсй оси и обращенные к вогнутому зеркалу своими рабочими поверхнсстямяК, Регулировка числа прохождении яэ- 40 лучения в кювете достаточно сложна я осуществляется поворотом вогнутого зеркала с одновременным изменениям угла при вершине полевых зеркал за счет корректировки положения каждого яэ плоских зеркал, Основным недостатком многоходовой кюветы Смита и Маршалла многохсдовсгс фокусирующего устройства являет-. ся изменение взаимного расположения

Я| плоскости изображения и зрачка вдоль оптической оси. Это вызывает нарастание расходимостя световых лучей я габаритов зеркального объектива.

Поэтбму пря использовании разумна ограниченных размеров объектива и диаметра кюветы неизбежно возникает виньетирсваяие. В приведенной ниже таблице показан прогрессирующий рост высоты светового пятна на объективе 66 с увеличением порядкового номера прохождения излучения в кювете Смита я Маршалла, В этой таблице $ †. фо-кусное расстояние объектива, .Й вЂ” световой размер зеркала пс высоте при А5 точечном источнике излучения, высота щели кюветы.

Непостоянство положения зрачка устройств мешает согласованию их с внешними оптическими системами. например, спектральными приборами.

Согласующая оптика должна быть специфичной не только для каждого сочетания устройств с внешней системой, но и для каждого числа прохождений.

Цель изобретения — обеспечение возможности изменения оптической длины кюветы и устранение виньетирования и упрощение согласования устройства с внешними оптическими системами.

Поставленная цель достигается тем, что многоходовая кювета с регулируемым числом прохождений, содержащая корпус. средство для введения исследуемого вещества внутрь корпуса, вогнутое зеркало, установленное на одном конце корпуса, и два плоских полевых зеркала, установленные на другом конце корпуса под острыми углами к оси корпуса и обращенные к вогнутому зеркалу своими рабочими поверхностями, снабжена плоским автоколлимационным зеркалом, обращенным отражающей поверхностью к вогнутому зеркалу, и механизмом поворота автоколлимационного зеркала вокруг оси, лежащей в

его плоскости, а расстояние между автоколлимационным и вогнутым зеркалами равно фокусному расстоянию вогнутого зеркала, при этом плоские полевые зеркала установлены взаимно герпеядикулярно„ а корпус кюветы выполнен из двух герметичнб соединенных частей, одна из которых, несущая полевые зеркала„ автоколлимациснное зеркало и механизм его поворота, выполнена стационарной, а другая, несущая вогнутое зеркало; сменной.

Многоходовое фокусирующее устройство, содержащее установленные на оптической оси вогнутое зеркало и два плоских полевых зеркала, расположенные напротив вогнутого зеркала под острыми углами к оптической оси и,обращенные к вогнутому зеркалу своими рабочими поверхностями, снабжено плоским автоколлимационным зеркалом, обращенным отражающей поверхностью к вогнутому зеркалу, и механизмом поворота автоколлимационного зеркала вокруг оси, лежащей в его плоскости, при этом полевые зеркала установлены взаимно перпендикулярно, а расстояние между автоколлимационным и вогнутым зеркалами выбрано равным фокусному расстоянию вогнутого зеркала., 1096544

Работа предлагаемых устройств осу ществляется аналогичным образом, в соответствии с чем работа объясняется только на одном устройстве, а именно на примере многоходовой кюветы.

На чертеже представлена многоходовая кювета общий вид.

На фланце стационарной части 1 корпуса кюветы находится входное окно 2, по обеим сторонам которого установлены полевые плоские зеркала

3 и 4, составляющие прямой угол одно с другим. Напротив расположено вогнутое зеркало 5, укрепленное на съемной части 6 корпуса, соединяющейся со стационарной частью 1 корпу-. са фиксатором 7 и болтами. Вогнутое зеркало 5 установлено так, что нормаль к центру его поверхности проходит сбоку от полевых зеркал 3 и 4. >0

По другую сторону от этой нормали на фланце стационарной части 1 корпуса расположено плоское автоколлимационное эеокало 8, установленное с возможностью поворота с помощью ме- 25 ханизма 9. Выходное окно 10 находится в предлагаемом варианте сбоку от. полевых зеркал 3 и 4.

Многоходовая кювета работает сле дующим образом.

Излучение источника через входное окно 2 стационарной части 1 корпуса попадает на вогнутое зеркало 5, отстоящее от окна на фокусном рассто-35 янин. Отражаясь от зеркала 5 излучение в параллельном пучке направляется к автоколлимационному зеркалу 8.

В зависимости от угла поворота зеркала 8 световой поток, отражаясь, возвращается на вогнутое зеркало 5 с большим или меньшим угловым смещением . В соответствии с этим вогнутое зеркало 5, служащее объективом, формирует смещенное иэображение входного окна (источника излучения) в 45 пространстве между полевыми зеркалами З,и 4. Отражаясь от плоских зеркал 3 и 4, излучение поворачивается на 180О и вновь возвращается,на вогнутое зеркало 5. Начинается сле- 50 дующий цикл прохождений излучения в кювете. Формируется новое изображение, не совпадающее с предыдущим, и т.д. до тех пор, пока излучение не выйдет 3а пределы полевых зеркал 55

3 и 4 и не попадет в выходное окно

10. Величина первичного смещения изображения зависит от поворота зеркала 8. Изменяя его, можно обеспечить прохождение излучения в кювете с заданным количеством циклов.

Каждый цикл содержит 4 хода..Регулируемое число прохождений составляет следующий ряд: 4,8,12,16 и т.д. При любом числе циклов Угол между полевыми зеркалами остается прямым.

Для предохранения зеркал от воздействия особо агрессивных сред пе- ред ними устанавливают защитные окна или используют зеркала с задними отражающими покрытиями.

Чтобы изменить базовую длину кюветы при работе с слабопоглощающими газами, корпус кюветы разъединяют и к фланцу стационарной части 1 при-. соединяют съемную часть 6 корпуса (колпак) большей глубины, при этом вогнутое зеркало 5 играет роль длиннофокусного объектива. Аналогично происходит замена съемной части 6 корпуса при установке вогнутого зеркала 5, играющего роль короткофокус- ного светосильного объектива. Настройка кюветы на заданное число циклов при этом не нарушается. Сопряжение с внешними оптическими системами при любом числе прохождений осуществляется одной и той же оптикой, поскольку положение зрачка на выходе кюветы всегда одинаково — на бесконечности. Внутри кюветы зрачок при каждом цикле прохождений располагается на одном и том же месте автоколлимационного зеркала 8.

В многоходовой кювете устраняется виньетирование наклонных пучков, так как изображения источника между полевыми зеркалами формируются в телецентрическом ходе лучей.

Более высокое светопропускание по сравнению с прототипом обеспечивается также путем сокращения общего количества отражений на зеркалах ° Благодаря тому, что половину своего пути в кювете излучение проходит в виде коллимированного потока, снижаются аберрации на защитных окнах. как и в многоходовой кювете Смита и Маршалла, возможны варианты разделения входного и выходного потоков излучения с помощью различных расположений полевых плоских зеркал 3 и 4. Эти зеркала можно располагать не только сбоку от автоколлимационного, но и над ним или под ним. В некоторых случаях зто позволяет уменьшить размер стационарной части 1 корпуса кюветы. Перечисленные варианты не меняют сути изобретения.

Был собран и испытан лабораторный- макет многоходовой кюветы с регулировкой длины оптического пути и сменными вогнутыми зеркалами при ра- . диусах кривизны 306 и 1200 мм. Испытания подтвердили постоянство размера и положения зрачка на автоколлимационном зеркале, а также стабильность направления выходного потока излучения при любом количестве

1096544

Показатели

Количество прохождений

Расстояние между плоскостью изображений и зрачка

r/2

Г/3

r/4

Вертикальный размер светового пятна на объективе

H+3h

H+h

H+7h

H+5h

H+9h циклов прохождения. Согласование со спектральным прибором осуществлялось с помощью Z -образной оборачивающей оптической системы из двух вогнутых зеркал с сопряженными фокусами (не показаны). При повторном соединении частей корпуса кюветы со штифтовым ь

АНКс.àTîîîì 7 достигнуто хооошее воспроизведение хода лучей и светопропускания, Таким образом, использование пред"агаемого изобретения обеспечивает ! получение положительного эффекта технического оешения.

l (ВНИИПИ 3 аказ 381б /31

Тираж 823 Подписное

Филиал ППП "Патент", x".Óæãoðîä,ул.Проектная,4.