Спектрометр

 

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению. Целью изобретения является повышение точности измерений. Излучение через ослабитель 1 попадает в монохроматор 2 и регистрируется фотоприемником 9. Монохроматор2 имеет устройство 10 градуировки по длинам волн, в котором приемник 18 выполнен в виде основной и дополнительной фотоприемных линеек. С выходов фоточувствительных элементов приемника 18 импульсы реперов длины волны преобразуются нормирующими элементами 20 блока 19 в импульсы нормированной амплитуды и длительности переднего и заднего фронтов. Выходные импульсы блока 19 преобразуются формирователем 21 в позиционный код,

1635013

20

40 в соответствии с которым блок 26 управления формирует напряжение, которое поступает через усилитель 30 управляющего напряжения нг электрически управляемый ослабитель 1 потока излучения, При этом в процессе сканирования по длинам волн осуществляется автоматическое изменение величины коэффициента пропускания управляемого оптического ослабителя 1 путем изменения величины управлящего напряжения с выхода блока 26 в соответствии с позиционным кодом формирователя 21 и положениями потенциометров 28. Уровни

Изобретение относится к области спектрального оптического приборостроения и может быть использовано для регистрации спектров нестационарных источников с повышенной точ1 остью измерений.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

На фиг.1 показана блок-схема спектрометра; на фиг.2 — выполнение основной и дополнительных линеек.

Спектрометр состоит иэ оптико-механической и электронной частей, Оптико-механическая часть содержит (фиг. 1) последовательно расположенные по направлению распространения луча ослабитель 1 потока излучения, монохроматор 2 с входной щелью 3 и установленными за ней коллиматором 4, диспергирующим элементом 5, плоским сканирующим зеркалом 6, фокусирующим объективом 7, за которым расположена выходная щель 8, и фотоприемник 9. Монохроматор 2 снабжен градуировочной системой 10 по длинам волн, состоящей из источника 11 излучения, конденсатора 12, щелевой диафрагмы 13, жестко связанного со сканирующим зеркалом 6 монохроматора 2 спектрометра, плоского неподвижного зеркала 16, расположенного против зеркала 15, коллектора 17 и приемника 18 излучения, выполненного в виде параллельно расположенных основной и-элементной и дополнительной m-элементной фотоприемных линеек. фоточувствительные элементы которых расположены в одной плоскости со смещением элементов дополнительной линейки относительно элементов основной линейки до обеспечения взаимного перекрытия элементов в поперечных сечениях линеек. Размеры элементов в линейках одинаковы. а число элементов в основной и дополнительной линейках равно между собой m = и. управляющих напряжений блока 26 устанавливаются оператором в процессе эксперимента потенциометрами 28 в каждом поддиапаэоне коррекции независимо друг от друга таким образом, чтобы изменение амплитуды сигнала. соответствующего спектральной яркости исследуемого источника. в каждом из этих поддиапазонов коррекции лежало в пределах, соответствующих минимальной погрешности измерения (0,5 — 0,9 от верхней границы динамического диапазона регистратора).

2 ил, Электронная часть содержит (фиг,1) нормирующий блок 19, состоящий иэ и основных и m дополнительных нормирующих элементов 20, входы элементов являются первым и-канальным входом блока 19 и соединены с выходами основной фотоприемной линейки приемника 18 соответственно, входы m элементов 20 являются вторым mканальным входом блока 19 и подключены к выходам дополнительной фотоприемной линейки приемника 18 соответственно, выходы нормирующих элементов 20 соединены с первым и-канальным выходом блока 19, а выходы m нормирующих элементов 20 — с вторым m-канальным выходом блока 19, формирователь 21. снабженный первым иканальным входом и вторым m-канальным входом и k-канальным выходом (где k — число участков коррекции) состоящий в свою очередь из k 1-входовых логических элементов ИЛИ 22 (где k = n/l).m логических элементов 2ИЛИ 23, и логических элементов 2И

24 и и логических элементов НЕ 25, при этом первый вход первого I-входового логического элемента ИЛИ 22 подключен к выходу первого логического элемента 2ИЛИ 23, первый вход которого соединен с первым иэ входов блока 21, а второй — с выходом первого логического элемента 2И 24, первый вход которого подключен к первому из m входов блока 21, а второй к выходу первого логического элемента HE 25. соединенного входом с вторым из и входов блока 21. второй вход первого п-входового логического элемента ИЛИ 22 подключен к выходу второго логического элемента 2ИЛИ 23, первый вход которого соединен с вторым иэ m exoдов блока 21, а второй — с выходом второго логического элемента 2И.24, первый. вход которого подключен к второму из m входов блока 21, а второй — к выходу второго логического элемента НЕ. 25. соединенного вхо. дом с третьим из m входов блока 21.

1635013 соединение остальных элементов 2ИЛИ 22, 2И 24 и НЕ 25 аналогично, при этом первый п-канальный вход формирователя 21 соединен с первым и-канальным выходом нормирующего блока 19. а второй m-канальный вход формирователя 21 соединен с вторым выходом нормирующего блока 19, а выходы

1-входовых логических элементов ИЛИ 22 являются k-канальным выходом формирователя 21, блок 26 управления, состоящий иэ k аналоговых ключей 27, k потенциометров 28 и источника 29 стабильного напряжения, причем все потенциометры подключены к источнику стабильного напряжения, а выходы потенциометров 28 через аналоговые ключи соединены с выходом блока 26, а управляющие входы k аналоговых ключей 27 подключены через соответствующие входы блока 26 к k-канальному выходу формирователя 21, усилитель 30 управляющего напряжения, вход которого соединен с выходом блока 26 управления, а выход — с управляющим входом управляемого ослабителя 1 потока излучения, оегистратор 31, информационный вход которого соединен с выходом фотоприемника 9, а вход синхронизации — с первыми выходами нормирующего блока 19, Устройство работает следующим образом, Поток излучения через ослабитель 1 и входную щель 3 монохроматора 2 поступает на коллиматор 4 и через диспергирующий элемент 5, плоское сканирующее зеркало 6, фокусирующий объектив 7 и выходную щель

8 направляется на оптический вход фотоприемника 9. При колебании (или вращении) зеркала 6 изображение спектра сканируется по выходной щели 8. Оптический сигнал преобразуется фотоприемником 9 е электрический и поступает на информационный вход регистратора 31. Управление величиной потока излучения на выходе ослабителя

1 осуществляется следующим образом.

Синхронно со сканированием спектра сганируется иэображение щели 13 по фоточувствительнымм элементам приемника 18. Это происходит следующим образом. Источник

11 с помощью конденсатора 12 заполняет щелевую диафрагму 13. которая проекционным объективом 14 и коллектором 17 изображается в плоскости фоточувствительных элементов приемника 18, предварительно многократно отразившись от зеркала 15 и неподвижного зеркала 14.

Изображение щели в процессе сканирования перемещается вдоль фоточувствительных элементов и на их выходах возникают электрические сигналы в зависимости от положения изображения в плоско5

55 сти фоточувствительных элементов. Эти сигналы (реперы длины волны) поступают в нормирующий блок 19. где преобразуются нормирующими элементами 20 в импульсы нормированной амплитуды и длительности переднего и заднего фронтов, Выходные импульсы блока 19 поступают в формирователь 21, в котором происходит преобразование их в позиционный код. Это происходит следующим образом. г игнал первого из входов поступает на первый вход первого логического элемента 2ИЛ И 23, сигнал первого из m входов поступает на первый вход первого логического элемента 2И

24. на второй вход которого поступает сигнал "1" логического элемента НЕ 25 (инвертора) и таким образом на выходе логического элемента 2ИЛИ 23 действует сигнал "1" весь период сканирования от начала импульса с первого фоточувствительного элемента основной и-элементной фотоприемной линейки до начала импульса с второго фоточувствительного элемента этой линейки. Таким образом. исключаются сбои во время перемещения иэображения щели по фоточувствительным элементам фотоприемных линеек. Сигналы с выходов логических элементов 2ИЛИ объединяются

1-входовыми логическими элементами ИЛИ в k групп, которые поступают через k- анальный выход блока 21 и вход блока 26 управления на управляющие входы аналоговых ключей 27, подключающих поочередно выходы потенциометров 28 к выходу блока 26. Выходное напряжение блока 26 управления через усилитель 30 поступает на управляющий вход электрически управляемого ослабителя потока 1 излучения, который изменяет поток излучения в соответствии с выходными напряжениями потенциометров 28.

В зависимости от спектральной чувствительности оптического тракта. включающего в себя монохроматор 2 и фотоприемник 9, а также спектрального распределения энергии источника излучения в заданном спектральном диапазоне

Ь1, чувствительность в поддиапазонах коррекции может быть изменена, для чего оператору необходимо установить по шкалам потенциометров 28 величины сопротивлений. соответствующие определенным уровням управляющих напряжений. При этом уровни управляющих напряжений блока

26 устанавливаются в каждом поддиапазоне коррекции независимо друг оТ друга таким образом, чтобы изменение амплитуды сигнала спектра в каждом из этих поддиапазонов коррекции лежало в пределах.

1635013 соответствующих минимальной погрешности измерений.

Устанавливаемые оператором в процессе эксперимента уровни управляющего напряжения блока 26, пропорциональные коэффициентам ослабления ослабителя 1 потока излучения, на каждом из участков коррекции автоматически поддерживаются далее постоянными при последующих циклах сканирования по спектру. В процессе сканирования синхронно со спектральной информацией с выхода нормирующего блока 19 на управляющий вход регистратора 31 поступают реперные метки, несущие информацию о текущем значении длины волны. Таким образом обеспечивается оперативная регулировка в процессе эксперимента величины освещенности на приемной площадке фотоприемника 9 и автоматическое поддержание оптимальной (с точки зрения минимума погрешности измерения) величины ее при последующих циклах сканирования по длинам волн.

Формула изобретения

Спектрометр, содержащий оптически связанные монохроматор, снабженный входной щелью, диспергирующим элементом, плоским сканирующим зеркалом и устройством градуировки по длинам волн, и фотоприемник, а также регистратор, информационный вход которого соединен с фотоприемником, при этом устройство градуировки по длинам волн содержит оптически связанные источник излучения, оптическую систему, плоское зеркало, жестко связанное с плоским сканирующим зеркалом неподвижное зеркало и приемник излучения,отличающийся тем,что, сцелью повышения точности измерений, он дополнитсльно содержит ослабитель потока излучения, снабженный управляющим входом и размещенный перед входной щелью, нормирующий блок, снабженный первым иэ и

45 входов и вторым из m входов наборами входов и первым из и выходов и вторым из m выходов наборами выходов, формирователь, снабженный первым из и входов и вторым из m входов наборами входов и набором из k выходов, блок управления, снабженный набором из k входов и выходом, усилитель управляющего напряжения, регистратор дополнительно снабжен набором из и входов синхронизации, приемник излучения выполнен в виде основной, содержаи„c и фоточувствительных элементов, и дополнительной, содержащей m фоточувствительных элементов, фотоприемных линеек, фоточувствительные элементы основной и дополнительной фотоприемных линеек размещены в одной плоскости со смещением фоточувствительных элементов дополнительной фотоприемной линейки относительно фоточувствительных элементов основной так, что обеспечено одновременное перекрытие потоком излучения фоточувствительных элементов в поперечном сечении линеек, при этом каждый из и фоточувствительных элементов основной фотоприемной линейки соединен с каждым из и входов первого набора входов нормирующего блока, каждый из m фоточувствительных элементов дополнительной фотоприемной линейки соединен с каждым из m входов второго набора входов нормирующего блока, каждый из п выходов первого набора выходов нормирующего блока соединен с каждым иэ и входов первого набора входов формирователя и с каждым из и входов синхронизации регистратора, каждый из m выходов второго набора выходов нормирующего блока соединен с каждым из m входов второго набора входов формирователя, каждый из k выходов формирователя соединен с каждым иэ k входов блока управления, выход которого через усилитель управляющего напряжения соединен управляющим входом ослабителя потока излучения.

1635013

Составитель С,Иванов

Редактор Л.Пчолинская Техред M.Ìîðãåìòàë Корректор В.Гирняк

Заказ 748 Тираж 333 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва. Ж-35, Раушская наб.. 4/5

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