Способ регистрации спектральных линий и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к спектроскопии. Целью изобретения является повышение точности регистрации спектральных линий за счет привязки реперной линии в расширенном диапазоне отношений сигнал-шум. Способ позволяет регистрировать малые по амплитуде спектральные линии путем синхронного накопления сигналов многократной развертки в исследуемом диапазоне частот или длин волн с привязкой при малых отношениях сигнал-шум. Это достигается тем, что линию, выбранную в качестве реперной, сглаживают при каждом сканировании, определяют ее экстремум и суммируют значения измеренных несглаженных амплитуд спектра при многократном сканировании так, чтобы экстремальные значения сглаженной реперной линии каждого однократного сканирования совпадали. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (Н) (51) 5 (: 01 J 3/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4461763/31-25 (22) 15.07.88 (46) 07.05.90. Бюл. П - 17 (71) Институт теплофизики СО АН СССР (72) Б.Д.Борисов и И.В.Грибанов (53) 535.243.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1323866, кл. С 01,Х.З/12, 1985. (54) СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ СПЕКТРАЛЬНЫХ

ЛИНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУ1 IECTВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к спектроскопии. Целью изобретения является повышение точности регистрации спектральных линий за счет привязки реперной линии в расширенном диапазоне .

Изобретение относится к спектроскопии и может использоваться для спектрального анализа веществ, соединений, сред, при технологическом и экологическом контроле.

Целью изобретения является повышение точности регистрации спектра за счет привязки реперной линии в расширенном диапазоне отношений сигнал/шум.

Введение в способ новой операции — сглаживания реперной линии уменьшает дисперсию шума и, следовательно, область разброса экстремума реперной линии, повышает точность определения экстремума и точность его привязки, что обеспечивает расширение рабочего диапазона отношений сигнал/шум для привязки реперной линии и повышение точности отношений сигнал/шум. Способ позволяет регистрировать малые по амплитуде спектральные линии путем синхрон— ного накопления сигналов многократной развертки в исследуемом диапазоне ° частот или длин волн с привязкой при малых отношениях сигнал/шум. Это достигается тем, что линию, выбранную в качестве реперной, сглаживают при каждом сканировании, определяют ее экстремум и суммируют значения измеренных несглаженных амплитуд спектра при многократном сканировании гак, чтобы экстремальные значения :глаженной реперной линии ;. †.:одого однократного сканирования совпад".ли.

2 с.п. ф-лы, 3 ил. регистрации спектра, отсутствующие у прототипа.

Ьи

Введение в устройство, реализую- CA щее способ, новых элементов — сгла- ф3 живающего фильтра, второго аналого- (Я цифрового преобразователя с памятью для хранения отсчетов однократного аеа сканирования и новых связей между QG элементами устройства обеспечивает повышение точности регистрации.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 и 3 формы спектральных линий первого и второго однократных сканирований ..ooT ветственно.

Устройство (фиг.1), реализующее предлагаемый способ регистрации спектральных линий, состоит из блока 1 получения спектра, включающего пере1562718 страиваемый лазер 2 с элементом 3 перестройки, поглощающую ячейку 4, детектор 5, первый аналого-цифровой преобразователь (АПП) 6, из блока 7 частотной привязки, состоящего из регистра 8 сдвига, амплитудного дискриминатора 9 и запоминающей ячейки

10 регистра, блока 11 регистрации спектра, состоящего из накапливающего ,сумматора 12 цифроаналогового преоб1 ., разоватсля 13 и двухкоординатного самописца 14, сканирующего устройства, 15, состоящего из генератора 16 тактовых импульсов, счетчика 17 и цифроаналогового преобразователя (IJAII) 18, кроме того, блок получения спектра включает сглаживающий фильтр 19 и второй аналого-цифровой преобразователь 20 с памятью.

Способ осуществляют следующим образом.

Сканирующее. устройство с помощью генератора 16 тактовых импульсов, счетчика 17 формирует на выходе ЦАП

18 пилообразное напряжение, управляющее через элемент 3 перестройки частотой перестраиваемого лазера 2 в выбранном диапазоне частот. Спектр поглощения исследуемого вещества в поглощающей ячейке 4 вьделяется в

-виде напряжения детектора 5, которое сглаживается сглаживающим фильтром

19 и преобразуется в цифровую форму в первом АЦП 6. 0дновременно несглаженное напряжение с выхода детектора

5 преобразуется в цифровую форму . во втором АЦП 20, имеющем память для хранения 1000 отсчетов (каналов) однократного сканирования. Каждьпt импульс (такт) генератора 16 тактовых импульсов одновременно управляет кодированием одного числа в соответствующем АЦП, записью кода числа первого AIIJI 6 в регистр 8 сдвига и сравнением в амплитудном дискриминаторе 9 этого текущего и предьдущего значений отсчетов амплитуды спектра от первого АЦП 6. Если текущее значение больше предыдущего, сигнал с амплитудного дискриминатора 9 стробирует запись в запоминающую ячейку

10 регистра номера канала (адрес) отсчета с максимальной н текущий такт амплитудой спектра., В результате однократной развертки в запоминающей ячейке 10 регистра фиксируется адрес (номер канапа) экстремального (в данном случае максимума) значения

50 спектра однократного сканирования.

По окончании развертки в амплитудном дискриминаторе 9 происходит определение разницы (сдвига) между адресом экстремума и его желаемым положением на шкале (место привязки), задаваемым числом А в виде константы с пульта.

Величина и направление сдвига с выхода амплитудного дискриминатора 9 управляют через сдвиговый регистр 8 суммированием амплитуд несглаженного спектра каждого сканирования из второго AIUI 20 в накапливающем сумматоре 12. Результаты измерения после каждого сканирования или накопления могут выводиться через ЦАП 13 на двухкоординатный самописец 14, управляемый разверткой с выхода ПАП 18.

Сущность предлагаемого способа поясняется фиг .2 и 3, где изображены результаты измерения спектра после первого и второго однократных сканиронаний. Икала частот имеет 1000 каналов, кривые а — измеренный (несглаженный) спектр, кривые.б — сглаженный спектр. Положения максимумов кривых а и б даны и ниде номеров каналов на частотной оси. Полагают, что спектр привязывают к центру шкалы, т.е. к

500 каналу (A3=500). Тогда для первого сканирования . сглаживают линию, определяют ее экстремум (он лежит в 530 канале), для привязки экстремума к 500 каналу определяют сдвиг 500530 = — 30, суммируют амплитуды несглаженного спектра этого сканирования в накапливающем сумматоре со сдвигом на (-30) каналов (вместо 500560=-60 каналов по известному способу). Для второго сканирования: сглаживают линию, определяют экстремум (460), определяют сдвиг 500-460=+40, суммируют несглаженную линию со сдвигом всех амплитуд на +40 каналов (вместо 500-5?0=-20 каналов).

Основные параметры реализованного спектрометра: длина волны излучения лазера 3,39 мкм, перестройка в диапазоне +8 1П ц, максимальное число частотных каналов 1024, скорость развертки диапазона 0,8 с/сканирование.

Использование предлагаемого способа регистрации спектральных линий и устройства для его осуществления позволит повысить рабочий диапазон отношений сигнал/шум, прямо влияю5 156 щий на точность определения экстремума (точность привязки), и улучшить точность всего способа регистрации спектра. Это происходит за счет того

1 что экстремум определяется по сглаженной линии, v. так как дисперсия шума на выходе сглаживающего фильтра всего меньше дисперсии сигнала с детектора, точность определения экстр емума выше .

Формула изобретения

1. Способ регистрации спектральных линий,. основанный на многократном сканировании в исследуемом диапазоне частот или длин волн, привязке исследуемого диапазона спектра к частотному реперу, выборе при каждом сканировании в пределах диапазона одной из линий спектра в качестве реперной, измерении амплитуд спектра при каждом сканировании и накоплении их суммированием, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности регистрации спектра за счет .привязки реперной линии н расширен ном диапазоне отношений сигнал/шум, линию, выбранную н качестве репериой, сглаживают при каждом сканировании, определяют экстремум. сглаженной линии и суммируют значения измеренных амплитуд спектра при многократном сканировании так, чтобы экстремальные значения ныбранной сглаженной реперной линии каждого однократного сканирования сонпадали.

2. Устройство для регистрации спектральных линий, содержащее блок

2718 6 получения спектра, состоящи " из последовательно расположенных перестраиваемого лазера с элементом перестройки, поглощающей ячейки, детектора, первого аналого-цифрового преобразователя, первый вход которого соединен с первым вьгходом сканчрующего блока, выполненного в ниде пос10 ледовательно соединенных генератора тактовых импульсов, счетчика, цифроаналогового греобраэователя, выход которого соединен с элементом перестройки перестраинаемага лазера, вы15 ход счетчика соединен также с первым входом блока частотной привязки, выход которого соединен с входам блока регистрации спектра, второй вход блока частотной привязки соединен с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в блок получения спектра ннеде ы сглаживающий фильтр и второй аналого-цифровой преобразователь с памятью, при этом вход сглаживающего фильтра и первый вход второго аналого-цифрового преобразователя связаны с выходам детектора, выход сглаживающего фильтра связан

30. с вторым входом первого аналого-гпгфрового преобразователя, третий вход первого аналого-цифрового преобразователя и второй вход второго аналогоцифрового преобразователя соединены с первым выходом сканирующего блока, 35 а выход второго аналого-цифрового преобразователя связан с входом блока регистрации спектра. (Риг.f

1562 18 РОГ. 2

Редактор И.Горная

Заказ 1056

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

ВНИИПЙ Государственного

113035, Составитель Л.Талонина

ТехредЛ.Сердюкова Корректор Э,Лончакова

Тираж 425 Подписное комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5