Спектрометр

 

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s G 01 J 3/42

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

1 (21) 4917985/25 (22) 11.03.91 (46) 07,01.93. Бюл. ¹ 1 (71) Ленинградский электротехнический институт им.В,И,Ульянова (Ленина) (72) А.А.Бузников, А.В.Шашкин. и А.С.Харитонов (73) Ленинградский электротехнический институт им.В.И.Ульянова (56) Авторское свидетельство СССР № 1322770, кл. G 01 J 3/42, 1985, Авторское свидетельство СССР № 864940, кл. G 01 J 3/42, 1980.

° (54) СПЕКТРОМ ЕТР (57) Использование: спектральное оптическое приборостроение, может быть использовано для регистрации спектров нестандартных источников и сред с повышенной точностью. Сущность изобретения:

Изобретение относится к спектральному оптическому приборостроению и может быть использовано для регистрации спектров нестационарных источников и сред с повышенной точностью, Предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерения спектров при изучении таких физических процессов, как ослабление света частицами аэрозоля, поглощение света нестабильными оптически активными газовыми и жидкостными смесями.

Применение в описанном устройстве управляющей ЭВМ позволяет сократить

„„Ы) ÄÄ 1 787265 A3 спектрометр содержит монохроматор с оптико-механической системой сканирования, включающий в себя первый светоделитель и формирователь реперных меток длины волны, фотоприемник спектрального канала, блок усиления спектрального канала с регулируемым коэффициентом усиления и каскад для управления коэффициентом передачи усилителя, включающий фотоприемник каскада управления, а также формирователь команд управления, усилитель управляющего сигнала, управляемые пиковый детектор и запоминающее устройство, блок квантования управляющего сигнала. В него введены второй светоделитель, N дополнительных фотоприемников, N блоков усиления сигнала дополнительных фотоприемников, N+1 устройств выборки-хранения, коммутатор, блок ввод-вывода и вычислительное устройство, 2 ил. время на подготовку, проведение и обработку результатов экспериментов.

Известен спектрометр с коррекцией спектральной чувствительности в пределах спектрального диапазона, содержащий монохроматор с оптико-механической сканирующей системой и усилитель спектрального канала, включающий каскад для управления коэффициентом передачи усилителя, в котором коррекция спектральной чувствительности осуществляется посредством программной сканирующей ширмы.

Недостатком такого устройства является нерационность механизма сканирования ширмы, а также сложность и трудоемкость

1787265

его перестройки на другую программу, что бывает необходимо, например, при смене источника излучения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является спектрометр со скорректированной спектральной чувствительностью в пределах участка сканирования спектра. содержащий монохроматор с оптико-механической сканирующей системой, фотоприемник и усилитель спектрального канала с регулируемым коэффициентом уси-. ления, светоделитель, фотоприемник и усилитель канала управления, а также каскад для управления коэффициентом передачи усилителя спектрального канала, включающий в себя формирователь периодических во времени реперных меток длины волны, формирователь команд управления, управляемые пиковый детектор и запоминающее устройство, блок квантования управляющего сигнала. В указанном спектрометре коррекции спектральной чувствительности осуществляется посредством изменения коэффициента передачи усилителя спектрального канала, управляемого с помощью сигнала, поступающего с фотоприемника каскада управления, установленного так, что изображение участка спектра попадающее на него, смещено по длинам волн на один участок коррекции в сторону определения по отношению к изобра>кению на оптической щели фотоприемника спектрального канала. Однако в данном устройстве не производится учет погрешностей изменения, возникающих вследствие спектральной оптической нестабильности среды за время спектрометрирования, что снижает точность измерений, В указанном устройстве невозможна коррекция либо иэменение методики проведения измерений, что снижает круг задач, который может решать устройство, Целью изобретения является повышение точйости измерения спектоов за счет автоматической коррекции результатов спектрометрирования по отдельным участкам спектрального диапазона, Цель достигается тем, что в спектрометр, содержащий монохроматор с оптикомеханической сканирующей системой, включающий в себя первый светоделитель и формирователь реперных меток длины волны, фотоприемник спектрального канала (ФПСК), блок усиления спектрального канала с регулируемым коэффициентом усиления и каскад для управления коэффициентОм передачи усилителя, включающий фотоприемник каскада управления (ФПКУ), а также формирователь команд управления, усилитель управляющего сигнала, управляемые пиковый детектор и запоминающее устройств, блок квантования управляющего сигнала, при этом первый светоделитель расположен перед оптической щелью

5 . ФПСК под углом к оптической оси монохроматора с возможностью выделения на оптической щели ФПКУ изображения участка спектра, смещенного по длинам волн на один участок коррекции в сторону опере>кения по отношению к изображению на оптической щели ФПСК, а электрический вход ФПКУ подключен к входу последовательно соединенных усилителя управляющего сигнала, управляемого пикового

50 детектора, управляющий вход которого соединен с третьим выходом формирователя команд управления, вход которого соединен с электрическим выходом формирователя реперных меток длины волны, механически связанного с оптико- механической сканирующей системой монохроматора, выход управляемого пикового детектора соединен с информационным выходом управляемого запоминающего устройства, управляющий вход которого соединен с вторым выходом формирователя команд управления, вход сброса информации — с первым выходом формирователя командуправления, а выход — с входом блока квантования управляющего сигнала, выходы которого соединены с управляющими выходами блока усиления спектрального канала с регулируемым коэффициентом усиления, введены в монохроматор второй светоделитель, а в электронную часть N дополнительных фотоприемников, N блоков усиления сигнала дополнительных ф ото п рием ни ко в, N+1 устройств вы боркихранения, коммутатор, блок ввода-вывода и ЭВМ, при этом второй светоделитель расположен перед оптической щелью

ФПCK под углом к оптической оси монохроматора с возможностью выделения на оптических щелях дополнительных фотоприемников сканируемого участка спектра, а электрические выходы дополнительных фотоприемников подключены к входам последовательно соединенных блоков усиления сигнала дополнительных фотоприемников и устройств выборки-хранения, управляющие входы которых соединены с первым выходом ЗВМ, а информационные выходы — с входами коммутатора, вход которого соединен с входом блока ввода-вывода, а управляющий вход. — с вторым входом ЭВМ; третий выход Э ВМ соединен с входом блока ввода-вывода. Введение указанных элементов позволяет контролировать временную нестабильность оптического излучения в спектральном интервале, соответствующем ширине входной щели дополнительных фо1787265

10

20

30

50

55 топриемников непосредственно в процессе сканирования, что существенно отличает

его от всех ранее известных технических решений данного типа, в том числе и от и рототипа.

Вследствие того, что измерения электрических величин в устройстве происходят в конечное отличие от нуля время, и вследствие необходимости подключать к блоку ввода-вывода сигнал от различных фотоприемников, в него введены устройства выборки-хранения и коммутатор. Для контроля производимых операций, регистрации полученных данных, оперативного управления процессами измерений, построения стабильной шкалы длин волн, ре шения различного класса обратных задач, а также для организации вывода информации на устройство хранения и отображения в устройство введена управляющая 3ВМ, что позволяет расширить круг задач, решаемых устройством.

На фиг, 1 представлена блок-схема предлагаемого спектрометра. Спектрометр состоит из оптико-механической и электронной частей, В оптико-механическую часть входят объектив 1, монохроматор 2 с оптико-механической системой сканирования, снабженный двигателем 37,.формирователем 3 реперных меток длины волны, первым светоделителем 4 и вторым светоделителем 38, представляющим собой полупрозрачные плоскопараллельные пластины, выходными щелями спектрального канала 5 и каскада управления 6 с установленными за ними ФПСК 7 и ФПКУ 8, а также дополнительные фотоприемники 39. Формирователь 3 реперных меток длины волны содержит оптически связанные источник излучения, модулятор и приемник излучения. Периодичность по времени и механическая связь формирователя 3 с оптико-механической системой сканирования обеспечивается тем, что модулятор формирователя 3 расположен на валу двигателя системы сканирования. Светоделитель 4 расположен в монохроматоре под углом к оптической оси перед выходной щелью 5 спектрального канала с.возможно-. стью вращения вокруг вертикальной оси, параллельной щелям 5 и 6, и установлен таким образом, чтобы обеспечить опережение во времени развертки спектра на входные щели 6 каскада управления по отношению к развертки спектра на выходной щели 5 спектрального канала на величину, равную длительности сканирования одного участка коррекции. Светоделитель

38 установлен под углом к оптической оси прибора таким образом, чтобы обеспечить попадание светового потока на выходную щель 5 спектрального канала и дополнительные фотоприемники 39 одновременно в пределах участка сканирования спектра.

В электронную часть входят формирователь 9" команд управления, содержащий последовательно соединенные двигатель 10 частоты, вход которого является входом формирователя 9 и подключен к электрическому выходу формирователя 3 реперных меток длины волны, формирователь 11 длительности, выход которого служит первым выходом Т1 формирователя 9, первую линию 12 задержки, выход которой служит вторым выходом Т2 формирователя 9, вторую линию 13 задержки, выход которой служит третьим выходом ТЗ формирователя 9, а также усилитель 14 управляющего сигнала, выполненный по схеме широкополосноro операционного усилителя управления

Кроме того, электронная часть содержитуправляемый пиковый детектор 15, содержащий аналоговый ключ 16, информационный вход которого является входом детектора и подключен к выходу усилителя 14 управляющего сигнала, управляющий вход через инвертор 17 соединен с управляющим входом детектора, подключенного к третьему выходу Т3 формирователя команд управления, а выход через пиковый детектор 18 соединен с выходом детектора и информационным выходом аналогового ключа 19 сброса информации, управляющий вход которого соединен с управляющим входом детектора, а выход — с общей шиной питания; управляемое запоминающее устройство 20, содержащее входной аналоговый ключ 21, информационный вход которого является входом устройства 20 и соединен с выходом управляемого пикового детектора 15, управляющий вход служит управляющим входом устройства 20 и подключен к второму выходу Т2 формирователя 9 команд управления, а выход через запоминающее устройство 22 подключен к выходу устройства 20 и информационному входу аналогового ключа 23 сброса информации, управляющий вход которого служит входом сброса информации устройства 20 и соединен с первым выходом Т1 формирователя 9 команд управления, а выход подключен к общей шине питания; блок 24 квантования сигнала управления, выполненный в виде амплитудных компараторов 25 с заданными различными уровнями срабатывания, входы которых соединены параллельно и служат входом блока 24, подключенного к выходу управляемого запоминающего устройства

20, а выходы являются выходами блока 24.

Электрическая часть содержит также блоки

1787265

26 усиления спектрального канала и допол. нительных фотоприемников, содержащие усилители 27, неинвертирующий вход которых соединен с электрическими выходами, фотоприемников 7 и 39, а инвертирующий — через параллельные цепи обратной связи, состоящие из последовательно соединенных масштабных резисторов 28 и аналоговых ключей 29, управляющие входы которых соединены с выходами блока 24 квантирования сигнала управления, причем к выходам блоков 26 усиления спектрального канала и дополнительных фотоприемников подключены устройства 30 выборки-хранения, управляющий вход которых соединен с первым выходом ЭВМ 36, а выход подключен к входу коммутатора 31, управляющий вход которого соединен с вторым выходом

ЭВМ 36, выход коммутатора 31 подсоединен к входу компаратора 32 блока 35 вводавывода, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя 33, вход которого подключен к третьему выходу ЭВМ 36, выход компаратора.соединен с входом блока 34 выборки синхроимпульса периферии подключен к входу ЭВМ

36.

Пример. Устройство "МАСКА-1", схема которого представлена на фиг. 2, содержит входную щель 40, закрепленную на коллиматорном. объективе 41, подающем оптический поток на призменный монохроматор 42, за которым установлены конденсаторный объектив 43, оптико-механическая система 44 сканирования спектра с установленными на ней фотоприемниками

45 спектрометра и дополнительными фотоприемника 46, а также светоделитель 47.

Фотоприемники 45 спектрометрэ и дополнительные фотоприемники 46 подключены к масштабным усилителям 48, соединенным с устройствами. 49 выборки-хранения, сигнал с которых по управлению ЭВМ 50 коммутируется мультиплексором 51 на блок 52 . ввода-вывода спектральной информации из

ЭВМ 50.

Формула изобретения

Спектрометр, содержащий монохромэтор с оптико-механической системой .сканирования, включающий первый светоделитель и формирователь реперных меток длины волны, а также фотоприемник спектрального канала (ФПСК}, блок усиления спектрального канала с регулируемым коэффициейтом усиления и каскад для управления коэффициентом передачи усилителя, включающий фотоприемник каскада управления (ФПКУ), формирователь команд управления, усилитель управляющего сигнала, управляемые пиковый детектор и запоминающее устройство, блок квантования управляющего сигнала, при этом первый светоделитель расположен перед оптической щелью ФПСК под углом к оптической оси монохромэтора с возможностью выделения на оптической щели ФПКУ изображе-. ния участка спектра, смещено по длинам волн на один участок коррекции в сторону

10 опережения па отношению к изображению на оптической. щели ФПСК, э электрический

ФПКУ подключен к входу последовательно соединенных усилителя управляющего сигнала, управляемого пикового детектора, управляющий вход которого соединен с третьим выходом формирователя команд управления; вход которого соединен с электрическим выходом формирователя реперных меток длины волны, механически связанного с оптико-механической сканиру20 ющей системой монохроматора, выход управляемого пикового детектора соединен с информационным входом управляемого запоминающего устройства, управляющий

25 выход которого соединен с вторым выходом формирователя команд управления, а вход сброса информации с первым выходом формирователя команд управления, а выход — с входом блока квантования управляющего сигнала, выходы которого соединены с управляющими входами блока усиления спектрального канала с регулируемым коэффициентом усиления, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности за

35 счет автоматической коррекции результатов спектрометрирования по отдельным участкам спектрального диапазона, монохроматор дополнительно содержит второй светоделитель, а в устройство введены N дополнительных фотоприемников, N дополнительных блоков усиления сигнала до пол нител ьн ых фотоприемников, {N+1) устройств выборки-хранения, коммутатор, блок ввода-вывода и вычислительное устрасположен перед оптической щелью ФПСК под углом к оптической оси монохроматора с возможностью выделения на оптических щелях дополнительных фотоприемников сканируемого участка спектра, а электрические

50 выходы дополнительных фотоприемников подключены к входам последовательно соединенных дополнительных блоков усиления сигнала дополнительных фотоприемников и устройств выборки-хранения, управляющие входы которых соединены с первым выходом вычислительного устройства, а информационные выходы — с входами коммутатора, выход которого соединен с входом блока авода-вывода, а управляющий

45 роиство, при этом второй светоделитель

40

Фкг.2

Составитель А, Харитонов

Техред М.Моргентал Корректор Н. 6учок

Редактор

: Заказ 272 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент"., г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 вход — с вторым выходом вычислительного устройства, третий выход вычислительного устройства соединен с входом блока вводавывода.