Спектрофотометр

 

Изобретение относится к области оптического приборостроения. Целью изобретения является повышение точности измерений. Излучение от осветителя 1 с помощью светоделителя 2 разделяется на измерительный 3 и компенсационный 25 каналы. В устройстве имеется секторный ослабитель 7 с двумя соосными двухлопастными секторами 8, 9. Эти сектора имеют разные радиусы. Больший сектор 8 пересекает оптические оси измерительного и компенсационного канала, а меньший сектор 9 только измерительного канала. Для этого оптические оси каналов параллельны, что достигается с помощью зеркала 26. Для оценки коэффициента пропускания секторного ослабителя служит блок 18. Величина коэффициента пропускания определяется путем подсчета импульсов вспышек светодиода 19 с помощью фотодиода 21 и счетчика 22. Ось оптической связи светодиода 19 и фотодиода 21 расположена от оси вращения секторов 8, 9 на расстоянии, равном расстоянию от этой оси вращения до оптической оси измерительного канала. Погрешность определения спектрального показателя ослабления образца длиной 25 см (разность длин образцов) - 2<SP POS="POST">.</SP>10<SP POS="POST">-6</SP> см<SP POS="POST">-1</SP>. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОВХОЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

Ца 011 (1) 1 G 01 J 3/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н д BTQPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 (54) СПЕКТРОФОТОМЕТР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ, И OTKPbITHRM

ПРИ ГННТ СССР (21) 4177533/40-25 (22) 12.01.87 (46) 30.09.89. Бкл. N -36 (72) С.Ю. Герасимов (53) 535.853 (088.8) (56) Catalog Oriel Instrumentation

for Spectroscopy and Detection,1975> р. 5.

Уханов Ю.И, Оптические свойства полупроводников. M., 1977, с ° 66-67 ° (57) Изобретение относится к области оптического спектрального приборостроения. Целью изобретения является повышение точности измерений. Излучение от осветителя 1 с помощью светоделителя 2 разделяется на измерительный 3 и компенсационный 25 каналы, В устройстве имеется секторный

3 151 ослабител ь 7 с двумя с о осш»m двухлопастными секторами 8,9. Эти сектора имеют разные радиусы. Больший сектор 8 пересекает оптические оси измерительного и компенсационного канала, а меньший сектор 9 только измерительного канала. Для этого оптические оси каналов параллельны, что достигается с помощью зеркала

26. Для оценки коэффициента пропускания секторного ослабителя служит блок

18. Величина коэффициента пропускания

1602 4 определяется путем подсчета:ульсов вспышек светодиода 19 с помощblo фотодиода 21 и счетчика 22. Ось оп5 тической связи светодиода 19 и фотодиода 21 расположена от оси вращения секторов 8,9 на расстоянии, равном расстоянию от этой оси вращения до оптической оси измерительного канала °

Погрешность определения спектрального показателя ослабления образца длиной 25 см (разность длин образцов) — 2 10 см . 1 з.п. ф-лы, i ил. — 6

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению.

Цель изобретения †повышение точности измерений.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого .спектрофотометра °

Спектрофотометр содержит осветитель 1 с монохроматором и располо- 25 женные по ходу луча светоделительный элемент (светоделитель)2 и далее и измерительном канале 3 держатель 4 образцов с образцами 5 и 6 исследуемого материала, секторный ослабитель 30

7 с секторами 8 и 9 и блоком 10 регулирования, который содержит пва одинаковых зубчатых колеса 11 и 12, шестерню 13, двигатель 14, сателлитное колесо 15 с водилом, червячную пару 16, шаговый двигатель 17, далее в измерительном канале имеется блок 18 измерения коэффициента про пускания, состоящий из светодиода

19, подключенного к выходу генерато- 40 ра 20 импульсов, и фотодиода 21, подключенного к входу счетчика 22 импульсов, которые расположены напротив друг друга с противоположных .сторон секторов 8 и 9 и на том же ра- 45 диусе от центра вращения секторов, что и оптическая ось измерительного канала, к счетчику импульсов подключен хронометр 23, далее расположен фотоприемник 24, встроенный в фотометрический шар. В компенсационном канале 25 по ходу луча располо- жены зеркало 26, регулируемая диафрагма 27, сектор 8 секторного ослабителя 7 и фотоприемник 28, встроенный B фоTîìåòðè÷åский шар, Выходы фотоприемников 24 и 28 измерительного 3 и компенсационного 25 каналов подключены к входу блока 29 измерения фототоков. На оптические каналы и светоделительнык элемент установлен светозащитный кожух 30. Секторный ослабитель 7 выполнен в виде двух секторов 8 и 9, посаженных на одну ось, причем сектор 8 с длинньпи лопа.— стями находится одновременно в обоих каналах, а сектор 9 с короткими лопастями — только в измерительном канале 3. Блок 10 регулирования имеет два одинаковых зубчатых колеса 11 и 12, каждое из которых соосно и жестко связано соответственно с одним из секторов 8 или 9, Зубчатое колесо

11 входкт в зацепление с шестерней

13, сидящей на валу двигателя 14, Сателлитное колесо 15 входит в зацепление с зубчатыми колесами 11 и 12 одновременно связано через червячную пару 16 с шаговым двигателем 17, (Спектрофотометр работает следующим об раз ом.

Подают питание в осветитель 1, секторный. ослабитель 7, блок 10 регулирования, блок 18 измерения коэффициента пропускания и блок 29 измерения фототоков, При этом приводятся во вращение секторы 8 и 9 (с частотой порядка 50-100 Гц) . Световой пучок формируется осветителем 1 и попадает в светоделительный элемент ?, который делит световой пучок на две примерно равных.по интенсивности части.

Световой пучок, прошедший прямо, попадает в измерительныи канал 3. Световой пучок, отраженный от полупрозрачной грани светоделительного элемента 2, попадает в компенсационный канал 25. В измерительном канале 3 световой пучок проходит образец (5 илк 6) исследуемого материала, секторы 8 и 9, которые находятся в по5 15 стоянном вращении, и попадает в окно фотометрического шара с фотоприемником 24.

Блок 18 измерения коэффициента пропускания секторного ослабителя 7 работает следующим образом. Под действием импульсов, поступающих с выхода генератора 20 импульсов, светодиод 19 излучает импульсы света той же частоты, которые попадают в секторный ослабитель 7. Часть импульсав отсекается вращающимися лопастями ослабителя 7, а остальные попадают на светочувствительную площадку фотоприемника. 24 и преобразуются в электрические импульсы, которые поступают на вход счетчика 22 импульсов, где производится их счет за определенный промежуток времени, измеряемый с помощью хронометра 23, В компенсационном канале 25 световой пучок, выходящий из светоделительного элемента 2, отражается от зеркала 26, проходит через регулируемую диафрагму 27 и сектор 8 и попадает на фотоприемник 28. Световые сигналы преобразуются в фототоки фотоприемников 24 и 28 и поступают на вход блока 29 измерения фототоков.

Перед началом измерений в измерительный оптический канал вводится длинный образец 5. После этого секторный ослабитель 7 устанавливается по команде блока 70 регулирования в исходное положение (максимальное пропускание в измерительном канале около 507) и с помощью блока 18 измерения коэффициента пропускания производится определение коэффициен. та ь, пропускания секторного ослабителя.

В случае хорошей сходимости этих измерений их можно производить один раз через несколько серий Измерений образцов. Далее с помощью регулируемой диафрагмы 27 выравниваются сигналы в каналах по сигналам, поступающим из блока 29 измерения фототоков в .блок 10 регулирования секторного ослабителя. Затем длинный образец

5 выводят из измерительного канала

3 и вместо него вводят короткий образец 6. Блок 10 регулирования по сигналам блока 29 измерения фототоков изменяет коэффициент пропускания секторного ослабителя 7 до выравнивания сигналов R измерительном и компенсационном каналах. С помощью

11602 блока 18 пускания

Коэффицие емого мат ле

10 !

55 измерения коэффици нта про— производится отсчет нт пропускания слоя исследуериала определяют по формус (1) !

Показатель ослабления исследуемого материала толщиной Ь 7=L-1, где Ь и 1 — длины образцов 5 и 6 соответственно, определяют по формуле (О = 17-: =„- / 61 (2)Блока 10 регулирования работает следующим образом, Двигатель 14 находится в постоянном вращении и через шестерню 13, сидящую на валу двигателя, приводит во врашение зубчатое колесо 11 и сектор 8. Вращение через сателлитное колесо 15 передается на зубчатое колесо 12 и сектор

9. Для того, чтобы изменить взаимное положение секторов 8 и 9, необходимо подать сигнал на шаговый двй гатель 17. Этот сигнал формируется в блоке 29 измерения фототоков в случае неравенства сигналов в измерительном и компенсационном каналах.

Под действием управляющего сигнала шаговый двигатель 17 через червячную пару 16 разворачивает сателлитное колесо 15 с водилом, которое, обкатываясь по зубчатым колесам 11. и 12, дополнительно разворачивает сектор 9 относительно сектора 8.

Рассмотрим работу блока 18 измерения коэффициента пропускания секторного ослабителя. Погрешность измерения коэффициента пропускания можно рассчитать следующим образом.

Пусть, например, частота вращения секторов составляет 700 Гц (f ), тогда для удобства счета импульсов необходимо, чтобы частота следования импульсов была не менее .1 кГц, поскольку неопределенность положения секторов в начале и конце счета не превышает 1/4 оборота, что соответствует интервалу времени, равному

0,0025 с. Пусть, например, частота импульсов f = 10 кГц, В этом случае погрешность счета импульсов составит 25 импульсов (ЛИ). С другой стороны, погрешность хронометрирования времени измерения составляет

О, 1 с, для секундомера (й „) и 100 мкс для хронометра 23, чrn дает погрешность счета импульсов, равную 1000

1511602 и 1 соответственно, Относительную погрешность измерения коэффициента пропускания можно вычислить по форкало, размещенное в компенсационном канале, при этом секторный ослабитель выполнен в виде двух соосных двухлопастных секторов, установленных с во зможно ст ью вращения, радиус сектора одного из которых меньше радиуса сектора другого, блок регулирования содержит кинематически связанные с осью вращения секторов секторного ослабителя, основной двигатель и шаговый регулирующий двигатель, светоделитель оптически сопряжен с фотоприемником компенсационного канала через плоское зеркало так, что оптические. оси измерительного и компенсационного каналов параллельны, ось вращения секторов ос лабителя параллельна оптическим осям

Составитель С. Иванов

Техред М,Дидык

Корректор С. Черни

Редактор Л. Ревин

Заказ 5892/44 Тираж 4бб Подписное

БНИИИИ i îñóèàðñòâåíèoãо комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушскал наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент . г.ужгород, ул. Гагарина,101 муле

1 5

h(Г5tg 611 2 (— -) + (— --) (3)

Т f „Т ) где Т вЂ” вр емя из мер е ний.

Подставляя численные значения в л формулу (3), получим " = 10 при

Т 100 с для секундомеров и менее

1 с для хронометра 23.

Испытания спектрофотоме ра показали, что при .использовании методики определения наиболее вероятной ошибки определения коэффициента пропускания образца, основанной на измерении набора образцов, дают ошибку измерений, не превышающую величи- 20 ны + 0,017. Это соответствует погрешности определения спектрального показателя ослабления образца длиной 25 см (разность длин образцов)—

+2 ° 10 см 25

Формула изобретения

1. Спекгрофотометр, содержащий оптически связанные монохроматический осветитель, светоделитель, измери- 30 тельный канал, снабженный держателем образцов и фотоприемником, компенсационный канал, снабженный регулируемой диафрагмой и фотоприемником, а также блок измерения фототоков, соединенный с фотоприемниками измерительного и компенсационного каналов,,.отличающийся тем, что, с

, целью повышения точности измерений, Спектрофотометр дополнительно содер- 40 жит секторный ослабитель, снабженный блоком регулирования и блоком измерения коэффициента пропускания секторного ослабителя, плоское зерканалов и размещена так, что в ком| пенсационном канал=. расположен сектор большего ради са секторного ослабителя, а в измер.ге ь.- ом канале сектор меньшего радиуса секторного ослабителя.

2. Спектрофотометр по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что блок измерения коэффициента пропускания секторного ослабителя содержит оптически связанные светодиод и фотодиод, а также генератор импульсов, счетчик импульсов .снабженный счетным и управляюцим входами, и хронометр, при этом генератор импульсов соединен со светодиодом, фотодиод— со счетным входом счетчика импульсов, хронометр — с управляющим входом счетчика импульсов, а расстояние от оси оптического сопряжения светодиода и фотодиода до оси вращения секторов секторного ослабителя равно расстоянию от оси вращения секторного ослабителя до оптической оси измерительного канала.