Спектрометр

 

Изобретение относится к области спектрального приборостроения. Сущность: спектрометр содержит расположенные на круге Роуланда входную спектральную щель, вогнутую дифракционную решетку и блок сканирования. Блок сканирования состоит из установленной с возможностью перемещения по кругу Роуланда выходной спектральной щели, которая содержит три пары расположенных в одной плоскости симметрично раздвигаемых ножей с независимой регулировкой ширины раскрытия. Выходная спектральная щель установлена на валу, перпендикулярном плоскости круга Роуланда, ось которого совпадает с осевой линией ножей щели. 11 ил.

Изобретение относится к области спектрального приборостроения и может быть использовано при разных спектроскопических, спектроаналитических, спектрорефрактометрических исследованиях, требующих с помощью спектров сравнения отождествления спектральных линий, полос основного спектра и т.д., например при определении показателей преломления и дисперсии оптических материалов, когда спектрометр используется совместно с одноступенным эшелоном. В этом исследовании необходимо для определения дробной части порядка интерференции измерять расстояния между интерференционными полосами и линиями спектра железа [1].

Известны приборы, построенные по оптической схеме Пашена-Рунге, например монохроматор для спектральной области 100-650 нм [2]. В основу прибора положена оптическая схема, в которой дифракционная решетка, входная и выходная щели расположены на круге Роуланда, причем выходная щель вместе с фотоприемником расположена касательно к кругу и перемещается вдоль этого круга, установленного в вертикальной плоскости. Выходная щель вместе с фотоприемником установлена на конце рычага, вращающегося вокруг центра круга Роуланда с помощью механизма типа полиспаста, состоящего из системы подвижных и неподвижных блоков, огибаемых стальным проводом. Один конец рычага укреплен в центре круга Роуланда и вращается в вертикальной плоскости с помощью шарикоподшипников. Другой конец рычага, к которому прикреплен стальной провод, приводится в движение вдоль круга Роуланда двумя синхронными моторами.

Недостатки. Объемная кинематическая схема механизма сканирования выходной щели, расположенного в вертикальной плоскости вне габаритов прибора, типа полиспаста. Выходная щель вместе с фотоприемником перемещается касательно к кругу Роуланда, т.е. выходная щель расположена не перпендикулярно к дифрагированным лучам, а имеет наклоны, равные углам дифракции отраженных от решетки лучей, а т.к. углы дифракции для различных лучей разные, то и наклон плоскости ножей выходной щели будет величиной переменной. В результате косого падения дифрагированных лучей на плоскость ножей выходной щели не все лучи могут попасть на фотокатод фотоумножителя, если диаметр рабочей площади фотокатода не велик (ФЭУ-79, 6 мм; ФЭУ-96, ФЭУ-103, 3 мм), а спектральная область исследований широка. Ошибки результатов измерений для разных длин волн будут иметь различный характер, т.к. при сканировании выходной щели наклон плоскости ее ножей для разных дифрагированных лучей разный.

Прибор не позволяет решать задачу одновременной регистрации нескольких смежных спектров при разной ширине щели, что требуется, например, при решении задачи определения показателя преломления и дисперсии оптических материалов интерференционным методом, сущность которого заключается в совместном использовании спектрометра с одноступенным эшелоном, в результате чего в фокальной плоскости спектрометра получаем спектр интерференционных полос и смежный с ним спектр сравнения, например спектр сравнения железа.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности из используемых для решения аналогичных задач является спектрометрическая установка [3]. Монохроматор содержит установленные неподвижно на круге Роуланда вогнутую дифракционную решетку и входную спектральную щель и блок сканирования, содержащий выходную спектральную щель и оптически связанный с ней фотоприемник. Выходная щель перемещается вдоль круга Роуланда, все время сохраняя перпендикулярное положение плоскости ножей щели падающим на нее дифрагированным лучам. В основу прибора положен рычажный механизм, позволяющий сохранять перпендикулярную установку плоскости ножей выходной щели дифраагированным лучам для всех длин волн.

Данная сканирующая система, содержащая металлические рычаги, шарниры, ползун, винтовые соединения и др. , устроена подобно устройству в виде раздвижного шарнирного параллелограмма-пантографа.

Недостатки. Прибор имеет более простую кинематическую схему, чем [2], тем не менее такая кинематическая схема не целесообразна для установок с дифракционными решетками большого радиуса кривизны и для приборов с большим спектральным диапазоном его работы, т.к. приводит к увеличению габаритов механизма сканирования выходной щели. Он также не позволяет решать следующие задачи: одновременной регистрации нескольких смежных астигматических спектров при разной ширине входной спектральной щели; измерения расстояний между спектральными линиями, полосами, расположенными в одном или в разных спектрах.

Предлагаемый прибор позволяет решать названные задачи.

Для этого в спектрометре, содержащем вогнутую дифракционную решетку и входную спектральную щель, неподвижно установленные на круге Роуланда, и блок сканирования, содержащий установленную с возможностью перемещения по кругу Роуланда выходную спектральную щель и оптически связанный с ней фотоприемник, входная спектральная щель выполнена в виде расположенных в одной плоскости трех пар симметрично раздвигаемых ножей с независимой регулировкой ширины раскрытия, торцевые стыкуемые поверхности которых являются направляющими продольного перемещения ножей, перед щелью установлены модуляторы излучения по числу пар ножей, в блок сканирования дополнительно введены два фотоприемника, оптически связанных с выходной спектральной щелью, а выходная спектральная щель установлена на валу, перпендикулярном плоскости круга Роуланда, ось которого совпадает с осевой линией ножей щели, верхнее основание параллелограммного механизма жестко установлено перпендикулярно верхнему валу, нижнее основание параллелограммного механизма жестко соединено с нижним валом, ось которого совпадает с осью верхнего вала, на конце нижнего вала жестко установлен рычаг длиной l, ось симметрии которого перпендикулярна оси вала, причем обе оси лежат в плоскости щели, второй конец рычага имеет возможность перемещения по направляющей, являющейся частью окружности, проведенной через точки, лежащие на перпендикулярах длиной l, восставленных к дифрагированным лучам в точках их пересечения с кругом Роуланда, причем фотоприемники выполнены в виде фотоприемных устройств для регистрации промодулированного излучения.

Использование в приборе, описанном выше, трехрядной входной щели позволяет получить в его фокальной плоскости три смежные спектрограммы в спектральной области работы прибора при требуемой ширине спектральных линий, полос.

Оптической схеме Пашена-Рунге свойственен астигматизм спектральных линий, а применение модуляторов и выполнение фотоприемников в виде устройств для регистрации промодулированного излучения обеспечивают возможность регистрации смежных астигматических спектров без переналожения.

Выполнение блока сканирования как описано выше позволяет при его движении по кругу Роуланда обеспечивать перпендикулярность плоскости ножей выходной щели дифрагированным лучам всех длин волн.

Введение параллелограммного механизма обеспечивает возможность измерения расстояний между спектральными линиями, полосами, расположенными как в одном, так и в разных спектрах.

На фиг. 1 представлена оптико-кинематическая схема спектрометра. На фиг. 2, 3, 4, 5 изображена входная трехрядная спектральная щель, где фиг. 2 -вид спереди, фиг. 3 - разрез вдоль оптической оси прибора (поперечный разрез щели), фиг. 4 - вид сзади, фиг. 5 -разрез щели вдоль дисперсии (перпендикулярно оптической оси прибора). На фиг. 6, 7 представлен блок сканирования выходной щели вдоль круга Роуланда и ее установки перпендикулярно лучам с механизмом точного сканирования между спектральными линиями, где фиг. 6 -поперечный осевой разрез, фиг. 7 - вид сверху. На фиг. 8 приведена блок-схема устройства сканирования выходной щели вдоль круга Роуланда. На фиг. 9 представлена схема определения графо-аналитическим методом формы направляющей, по которой перемещается конец рычага. На фиг. 10 показан диск модулятора. На фиг. 11 изображена блок-схема электронно-регулирующей системы промодулированного модулятором оптического излучения.

Спектрометр содержит (фиг. 1) расположенные на круге Роуланда 1 сферическую дифракционную решетку 2, входящую трехрядную спектральную щель 3, выходную простую спектральную щель 4, установленную перпендикулярно дифрагированным лучам, блок 5, состоящий из трех фотоприемников, модуляторы 6-1, 6-2 с разным числом прорезей.

Входная трехрядная щель 3 имеет три пары симметрично раскрываемых ножей 7-1, 7-2, 7-3 с независимой регулировкой ширины их раскрытия, торцевые стыкуемые поверхности ножей 8-1, 8-2 являются направляющими продольного перемещения ножей. Выходная щель 4 (фиг. 1) через оптическую связь (световоды) 9, 10, 11 (фиг. 6) направляет излучение на блок фотоприемников, состоящий из трех фотоумножителей 12, 13, 14 с электронной системой регистрации промодулированного излучения.

Выходная щель 4, как показано на фиг. 6, установлена на верхнем валу 15, ось 16 которого совпадает с плоскостью 17 стыка острия ножей. Верхний вал 15 жестко связан с верхним основанием 18 параллелограммного механизма 19, нижнее основание 20 которого, в свою очередь, жестко соединено с нижним валом 21, ось которого совпадает с осью 16 верхнего вала 15 и плоскостью 17 стыка остриев ножей. На нижнем валу 21 перпендикулярно оси нижнего вала установлен жестко скрепленный с ним рычаг 22, развернутый вдоль плоскости 17 стыка остриев ножей выходной щели. Второй конец рычага 22 установлен с возможностью перемещения по направляющей 23 (фиг. 1, 6, 7), представляющей часть окружности, проходящей через точки, лежащие на перпендикулярах, восстановленных к дифрагированным лучам в точках их пересечения с кругом Роуланда, на расстоянии l, где l - длина рычага 22 (фиг. 6, 7). Нижний вал 21, параллелограммный механизм 19, верхний вал 15, выходная щель 4, световоды 9, 10, 11, фотоприемники 12, 13, 14 и рычаг 22 конструктивно представляют единое целое и при перемещении конца рычага 22 по направляющей 23 разворачиваются вокруг оси 16 верхнего вала.

Трехрядная спектральная щель (фиг. 2, 3, 4, 5) имеет общий корпус 24, отсчетные барабаны 25-1, 25-2, 25-3 раскрытия верхней, нижней, средней пары ножей соответственно, микрометренный винт верхней, нижней, средней пары ножей 26-1, 26-2, 26-3, опорные планки верхней, нижней, средней пары ножей 27-1, 27-2, 27-3, ползуны 28-1, 28-2, 28-3, базовая и ограничительная планки 29-1, 29-2, клинья 30-1, 30-2, 30-3, пары колков 31-1, 31-2, 31-3, пару пружин для каждой пары ножей 32, пары спиральных пружин 33-1, 33-2, 33-3, спиральные пружины 34-1, 34-2, 34-3, пары направляющих 35-1, 35-2, 35-3, винты 36-1, 36-22, 36-3, основание 37, шестерни 38-1, 38-2, 38-3 для управления шириной щели извне, например, как в данном приборе, извне термостатированного корпуса прибора, от пульта. Цифры 1, 2, 3 относятся к верхней, нижней, средней паре ножей соответственно.

На фиг. 6, 7, где представлен блок сканирования выходной щели вдоль круга Роуланда и ее установки перпендикулярно дифрагированным лучам с механизмом точного сканирования между спектральными линиями, полосами для измерения расстояний между ними не только в основном спектре, но и между линиями основного и смежного с ним спектра сравнения 39 - платформа, 40 - прижимное колесо, 41 - основание, установленное на фундаменте, 42 - зубчатая передача, 43 - прижимные колеса, 44 - подшипники, 45 - рельсы, 46 - шаговый двигатель (ШД 300/300), 47 - червячная пара, 48 - редуктор для параллелограммного механизма тонкой подачи прямолинейного перемещения выходной щели вдоль спектральной линии или интерференционной полосы для определения положения максимума их интенсивности при измерении расстояний между спектральными линиями, полосами, расположенными как в одном, так и в разных спектрах, I9 - четыре плоские пружины параллелограммного механизма, 50 - кодовый диск, 51 - цилиндрическая рейка, 52-1, 52-2 -трибки, 53 - цилиндрическая передача, 54 -коническая передача, 44 - подшипники, 56 -релаг, 57 - оптопара, 58 - шток, 59 - опорная планка, 60 - блок контроля светозаполнения трех оптических каналов в фокальной плоскости от трехрядной входной щели, 61 - конец рычага, который скользит по направляющей 23, 62 - цилиндрическая передача, 63 - две пружины.

На фиг. 8 приведена блок-схема сканирования выходной щели вдоль круга Роуланда при ее одновременной установке перпендикулярно дифрагированным лучам и параллелограммного механизма тонкого сканирования между спектральными линиями, полосами, где 1 - фокальная поверхность (круг Роуланда), 41 - основание, 51 - цилиндрическая рейка, 23 -направляющая (рельс), 39 - платформа, 52-1, 52-2 трибки, 64, 55 - двигатели (МС-160), 56 - релаг, 53 - цилиндрическая передача, 48, 49 - редукторы, 62 - цилиндрическая передача, 50 - кодовый диск, 57 - оптопара, 16 - ось вала 15, совпадающая с кругом Роуланда и с осью симметрии рычага 22, закрепленного на нижнем валу 21 (фиг. 6, 7), 20 - нижнее основание параллелограммного механизма, неподвижно закрепленное на нижнем валу 21, 46 - шаговый двигатель, 47 - червячная передача, 48 - редуктор, 58 - шток, 59 - опорная планка, неподвижно укрепленная на основании 18 параллелограммного механизма, 63 - две пружины, укрепленные на неподвижном редукторе 48 и присоединенные к опорной планке 59 для возвратно-поступательного перемещения верхнего основания 18 в исходное положение, 19 - четыре пластинчатые пружины параллелограммного механизма, 4 -выходная щель, вертикальная линия симметрии 17 которой совмещена с оптической осью 16 вала 15, которая также совмещена с оптической осью вала 21, 5 - блок фотоприемников (состоящий из трех фотоумножителей 12, 13, 14 с системой регистрации промодулированного излучения).

Фиг. 9 иллюстрирует схему определения графо-аналитическим методом формы направляющей 23, по которой скользит конец 61 рычага 22, где 1 - круг Роуланда, 2 - дифракционная решетка, 3-1, 3-2 - входные щели, установленные при углах падения лучей на решетку 20^o и 50^o соответственно, 4-1, 4-2 - положения выходных щелей для "нулевых" порядков спектра при углах дифракции 20^o и 50^o соответственно, О_р - центр круга Роуланда, О_н - центр окружности направляющей, 4-3 - 4-8 - разные положения выходной щели при сканировании в спектральной области работы прибора блока 5 и одновременно точки пересечения дифрагированных лучей с кругом Роланда 1. Для определения формы направляющей 23 взяты любые дифрагированные лучи: 2-(4-2) - 2-(4-8). Точки 22-3 - 22-8 - это положение конца 61 рычага 22, перпендикулярного к дифрагированным лучам в точках их пересечения с кругом Роуланда. Направление плоскости ножей выходной щели совпадает с направлением расположения рычага 22. Длина рычага 22 произвольная. Строим треугольники, соединяющие концы рычагов 22. Например, треугольник ABC образован концами 22-3, 22-4, 22-8, а треугольник A'B'C' образован концами 22-5, 22-6, 22-7.

Известно [4] , что центр описанной окружности находится в точке пересечения перпендикуляров, восстановленных к сторонам треугольника в их серединах. Перпендикуляры P_a, P_b к сторонам a, b пересекаются в точке О_н, таким образом, О_н является центром описанной окружности треугольника ABC, т.е. направляющей, по которой скользит конец рычага 22. Рассмотрим треугольник A'B'C'. Перпендикуляры P_c' P_b' к сторонам c, b пересекаются также в точке O_н, которая является центром описанной окружности треугольника A'B'C'.

Аналитическим способом радиус описанной окружности для треугольников ABC и A'B'C' находится по теореме "косинусов" [4], т.е. по известным данным сторон a, b, c, a', b', c' находим величины углов A, B, C, A', B', C'. По теореме "синусов" [4] находим величину радиуса описанной окружности, по которой перемещается конец рычага 22.

При установке направляющей 23 на основании прибора 41 производят ее совмещение с концом рычага 22 в разных участках спектральной области работы спектрометра.

На фиг. 10 представлен пример конструктивного выполнения дискового модулятора 6-1 для средних ножей трехрядной входной щели 3. Всего три диска 6-1, 6-2, 6-3 установлены перед каждой парой ножей: средней пары ножей 7-3, верхней пары 7-1, нижней пары 7-2 соответственно. Их различие заключается в разном количестве прорезей. Например, в двух блоках дисковых модуляторов, работающих на пропускание, установлены перед ножами верхней пары 7-1 двигатель ДПМ-25-H1-02, 27 В, 3800 об/мин, на оси которого закреплен модулятор, имеющий 20 прорезей, перед ножами средней пары 7-3 двигатель ДПМ-30-H1-04, 26 В, 5500 об/мин, на оси которого закреплен модулятор, имеющий 56 прорезей 77 (приведен на фиг. 10). Отверстие 65 предназначено для прохождения света от светодиода к фотодиоду (оптопара 66, фиг. 11).

На фиг.11 приведена блок-схема электронно-регистрирующей системы излучения, промодулированного модулятором, где 6-1 (6-2, 6-3) - модулятор, 65 - отверстие, предназначенное для прохождения излучения от светодиода 66-1 к фотодиоду 66-2 (оптопара 66) - датчик опорного напряжения, 2 - входная щель, 4 - выходная щель, 12, 13, 14 -фотоприемники, 67 - усилитель, 68 - синхронный детектор, 69 - НЧ-фильтр, 70 - аналого-цифровой преобразователь (АПЦ), 71 - выход к ЭВМ, 72 - выход к самопишущему прибору, например, ЛКС-4-003.

Модуляторы излучения 6-1, 6-2, 6-3 установлены перед соответствующими парами ножей трехрядной входной щели 3-1, 3-2. Перед отверстиями 65 установлен светодиод, за отверстиями - фотодиод, т.е. датчик опорного напряжения 66, выход которого подключен к управляющему входу синхронного детектора 68, а между сигнальным входом синхронного детектора и выходом фотоприемников 12, 13, 14 установлен усилитель 67. К выходу синхронного детектора подключены низкочастотный фильтр 69 и АЦП 70. Далее выход к ЭВМ 71, ЛКС 72 подключается на выходе НЧ-фильтра 69.

Работа на спектрометре осуществляется следующим образом.

Излучение от источника света, пройдя, например, через модулятор 6-1 и пару ножей 7-3 трехрядной входной спектральной щели 3-2 или 3-1, направляется к дифракционной решетке 2-1 или 2-2, которая введена в ход лучей, т.е. установлена на круге Роуланда 1. Аналогичным образом излучение от других источников света проходят модуляторы 6-2 (6-3 на фиг. 1 не показан), ножи 7-1, 7-2 входной щели 3-1 или 3-2 и далее к дифракционной решетке. Дифрагированные решеткой лучи направляются на простую выходную щель 4 [5]. За щелью 4 расположены три световода 9, 10, 11 и три фотоприемника 12, 13, 14 соответственно трем парам ножей 7-1, 7-2, 7-3 трехрядной входной щели 3-1 или 3-2. Излучение, прошедшее через входную щель, дифрагированное решеткой, прошедшее через выходную щель 4, принимается соответствующим световодом, расположенным в непосредственной близости к ножам выходной щели 4, далее поступает на соответствующий фотоприемник (фотоумножитель ФЭУ-112) 12, 13, 14, принимающий промодулированное по частоте (разной для каждой пары ножей) излучение, что позволяет регистрировать без переналожения смежные астигматические спектры. Регистрация спектрограмм интерференционных полос осуществляется не только одним фотоприемником, но также возможна одновременная регистрация от двух или трех оптических каналов. Может производиться измерение расстояний между спектральными линиями, расположенными как в одном спектре, так и в разных.

Устройство сканирования работает следующим образом (фиг.6, 7). Платформа 39 перемещается по основанию 41, имеющему рельсы 45, с помощью закрепленной на нем цилиндрической рейки 51, соответствующей по профилю и параллельной кругу Роланда 1, по которой перемещаются трибки 52-1 и 52-2. По другой стороне основания перемещаются прижимные колеса 43. Трубки 52-1 и 52-2, получая вращательное движение от двигателей МС-160 (фиг.8, поз. 55, 64), также расположенных на платформе, через цилиндрическую 53 и коническую 54 передачи перемещаются по цилиндрической рейке 51. При перемещении трибок 52-1 и 52-2 приводятся в движение подшипники, перемещающиеся по рельсам 45. В зависимости от требуемого направления сканирования платформы 39 в рабочей области спектра предусмотрен релаг (Р-1000) 56. Релаг 56 с трибкой 52-1 связан через цилиндрическую 53 и коническую 54 передачи. Один двигатель 55 (МС-160, фиг. 8) задает платформе 39 только одну скорость сканирования, которая используется, например, для перемещения платформы из одного участка спектра в другой или для ориентировочного просмотра изучаемого спектра. Второй двигатель 64 МС-160 с редуктором 49 (фиг. 8) (на фиг.6. 7 не показаны) задает платформе 39 требуемую, т.е. рабочую, скорость сканирования. Трибка 52-2 также связана с закрепленными на платформе цилиндрической и конической передачами, которые, в свою очередь, связаны с кодовым диском 50 и оптопарой 57. Таким образом, при перемещении платформы 39 по рельсам 45 начинают вращаться трибки. Вращение от трибки 52-2 передается на кодовый диск 50, на оптопару 57 и далее на ЭВМ, которая по количеству зарегистрированных импульсов определяет пройденное выходной щелью 4 расстояние (один импульс равен 0,25 мм).

В исходном состоянии плоскость ножей 17 выходной щели 4 должна быть выставлена и закреплена перпендикулярно дифрагированным лучам, например, по спектру "нулевого" порядка. Выставленная таким образом плоскость ножей 17 выходной щели 4 и находящийся со щелью в одной плоскости и совпадающий с нею по направлению рычаг 22 при движении платформы 39 по кругу Роуланда будут всегда во всей рабочей области работы прибора расположены перпендикулярно дифрагированным лучам. При движении платформы 39 по кругу Роуланда конец 61 рычага 22, скользя по направляющей 23, будет одновременно разворачивать валы 15 и 21 вокруг оси 16. В результате плоскость ножей 17 выходной щели будет устанавливаться перпендикулярно дифрагированным лучам во всей спектральной области работы прибора. При измерении расстояний между спектральными линиями, полосами до подхода к исследуемой линии по программе и по команде с ЭВМ платформа 39 останавливается, включается шаговый двигатель 46 (ЩД 300/300). От шагового двигателя 46 вращательное движение через связанную с его осью червячную передачу 47 передается не редуктор 48. Редуктор 48 приводит в поступательное движение шток 58, который, опираясь на опорную планку 59, жестко закрепленную на верхнем основании 18 параллелограммного механизма, с помощью четырех пластинчатых пружин 19 поступательно перемещает его вместе с выходной щелью 4.

Трехрядная симметричная щель 3-1 или 3-2 переменной ширины имеет цену деления 0,002 мм отсчетного барабана 25-1, 25-2, 25-3. Три пары ножей 7-1, 7-2, 7-3, симметрично раскрываемые и самостоятельно регулируемые, установлены в едином корпусе 24 на основании 37. Базовой поверхностью для нижней пары ножей 7-2 является базовая планка 29-1, т.е. непосредственно на планке 29-1 торцевой поверхностью установлены два ножа 7-2. В контакте с верхней торцевой поверхностью ножей 7-2 находится нижняя торцевая поверхность ножей 7-3, а верхняя торцевая поверхность ножей 7-3 находится в контакте с нижней торцевой поверхностью ножей 7-1. Планка 29-2 является ограничительной для комплекта ножей. Таким образом, стыкуемые поверхности комплекта трех пар ножей являются направляющими их продольного параллельного перемещения. Т.к. каждая пара ножей имеет самостоятельные и независимые друг от друга механизмы управления шириной раскрытия щелей, то они могут функционировать как все одновременно, так и по одиночке и в любом сочетании при разной ширине их раскрытия. Раскрытие любой щели происходит следующим образом. Вращаем отсчетным барабанчиком любой из трех ножей щели: 25-1, 25-2, 25-3 по часовой стрелке до требуемой ширины щели. При этом связанный с ним микрометренный винт 26-1, 26-2, 26-3 перемещается вниз, опирается на планку, а т.к. планка 27-1, 27-2, 27-3 жестко соединена с ползуном 28-1, 28-2, 28-3, то перемещаются вниз ползун и жестко соединенные с ним через винты клинья 30-1, 30-2, 30-3. Клинья находятся в контакте с колками 31-1, 32-2, 32-3, на которые симметрично по оси опираются пружины 32-1, 32-2, 32-3 с регулируемым усилием. Колки жестко соединены с ножами 7-1, 7-2, 7-3. При перемещении клиньев вниз колки и сопряженные с ними ножи раздвигаются, т.е. увеличивается ширина раскрытия щели. Закрытие щели осуществляется в обратном порядке с помощью спиральных пружин 34-1, 34-2, 34-3, действующих соосно перемещению ползуна.

Управление щелями может осуществляться вручную или от ЭВМ через шестерни 38-1, 38-2, 38-3, связанные с пультами управления, а от пультов - к ЭВМ.

При перемещении выходной щели 4 по кругу Роуланда возможна регистрация спектров от одной, двух или трех пар ножей входной трехрядной щели 3-1, 3-2 раздельно или одновременно. Т.к. данная оптическая схема дает астигматические спектры, то при одновременной их регистрации применяется частотная модуляция. Электронно-регистрирующая система работает следующим образом. Оптическое излучение, промодулированное модуляторами 6-1, 6-2, 6-3, поступает на фотоприемники 12, 13, 14, на выходе которых вырабатывается электрический сигнал переменного тока, частота которого равна частоте модуляции оптического излучения, а амплитуда пропорциональна величине потока излучения. Этот электрический сигнал поступает на вход усилителя 67, где усиливается до величины, позволяющей обрабатывать его в синхронном детекторе 68. Датчик опорного напряжения 66 вырабатывает электрический сигнал той же частоты и фазы, который поступает на управляющий вход синхронного детектора 68. Синхронный детектор 68 преобразует электрический сигнал переменного тока в постоянный ток с величиной, пропорциональной амплитуде сигнала переменного тока, который выделяется узкополосным низкочастотным фильтром 69 и измеряется аналого-цифровым преобразователем 70. На выходе аналого-цифрового преобразователя 70 образуется двоичный код, соответствующий величине потока излучения, который можно подать на ЭВМ 71 или на другое устройство отображения информации 72, например самопишущий прибор типа ЛКС.

Таким образом, предлагается спектрометр, который может быть использован при спектрометрических, спектрорефрактометрических, спектроскопических и других исследованиях, где требуются одновременная регистрация нескольких смежных спектров, в том числе астигматических спектров, при разной ширине ножей входной трехрядной щели или отдельно от каждой пары ножей, а также измерения расстояний между спектральными линиями, полосами, расположенными в одном или в разных спектрах, при этом блок сканирования, содержащий выходную спектральную щель, при его движении по кругу Роуланда обеспечивает перпендикулярность плоскости ножей выходной щели дифрагированным лучам всех длин волн.

Приведем некоторые дополнительные данные по разработанному прибору.

Два узла трехрядных щелей установлены под углом падения излучения 20^o и 50^o, что позволяет в сочетании со сменными решетками 600, 1200, 1800, 2400 штр/мм охватить требуемую спектральную область с необходимой обратной линейной дисперсией, не выходя из углов преимущественно коэффициента отражения решеток. Например, при угле падения 20^o с решеткой 600 штр/мм можно зарегистрировать спектральную область 200-1000 нм при обратной линейной дисперсии 0,32 нм/мм, а при угле падения 50^o с решеткой 1200 штр/мм - примерно такую же спектральную область 330-780 нм, но при обратной линейной дисперсии 0,16 нм/мм.

Так как дифракционные решетки имеют ограниченную область с максимальной эффективностью, зависящей от λ_макс, то в спектрометре предусмотрена возможность последовательного введения в ход лучей одной из двух сменных дифракционных решеток, которые обеспечивали бы работу прибора с высокой интенсивностью спектров в рабочей области. Например, для работы в спектральной области 200-1000 нм с дифракционными решетками 600 штр/мм используются две решетки: одна имеет λ_макс в области 350 нм и используется в области 200-500 нм, вторая имеет λ_макс в области 650 нм и вводится в ход лучей в области 400-1000 нм.

При работе спектрометра с одноступенным эшелоном последний устанавливается перед входной трехрядной щелью 3-1, 3-2 (фиг.1), где 73-1, 73-2 - одноступенный эшелон, 74-1, 74-2 - источник света для эшелона, 75-1, 75-2 (75-3 на фиг. 1 не показан) - источник света для спектра сравнения, 76-1, 76-2 - диафрагма с отверстием по центу для прохождения излучения на среднюю пару ножей щели и с отражающими зеркалами для направления излучения на верхнюю и нижнюю пары ножей щели. Контроль заполнения светом трех оптических каналов от трехрядной входной щели 3-1, 3-2 осуществляется блоком 60.

Оптико-механическая часть прибора и эшелон заключены в термостатированном помещении с температурой 20±0,1^oC, что соответствует международным стандартам, в том числе по рефрактометрическим измерениям.

Литература.

1. Тимофеева Н.Ф. Диссертация, 1957 г., Дисперсия оптических стекол. ГОИ им. С.И. Вавилова, с.27-61.

2. Slyters J.M., Rev.Sci.Jnst., 1958, 29, N 7, p.597-600.

3. Landon D.O., Appl.Optics, 1964, 3, N 1, p.115-120.

4. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М.: Наука, 1965, с.165, 186.

5. ГОСТ 17173-81 "Щели спектральных приборов и насадки к ним".

Формула изобретения

Спектрометр, содержащий вогнутую дифракционную решетку и входную спектральную щель, неподвижно установленные на круге Роуланда, и блок сканирования, содержащий установленную с возможностью перемещения по кругу Роуланда выходную спектральную щель и оптически связанный с ней фотоприемник, отличающийся тем, что входная спектральная щель содержит расположенные в одной плоскости три пары симметрично раздвигаемых ножей с независимой регулировкой ширины раскрытия, торцевые стыкуемые поверхности которых являются направляющими продольного перемещения ножей, и перед ней установлены модуляторы излучения по числу пар ножей, в блок сканирования дополнительно введены два фотоприемника, оптически связанных с выходной спектральной щелью, а выходная спектральная щель установлена на верхнем валу, перпендикулярном плоскости круга Роуланда, ось которого совпадает с осевой линией ножей щели, перпендикулярно верхнему валу жестко установлено верхнее основание параллелограммного механизма, нижнее основание параллелограммного механизма жестко соединено с нижним валом, ось которого совпадает с осью верхнего вала, на конце нижнего вала жестко установлен рычаг длиной l, ось симметрии которого перпендикулярна оси вала, причем обе оси лежат в плоскости щели, второй конец рычага имеет возможность перемещения по направляющей, являющейся частью окружности, проведенной через точки, лежащие на перпендикулярах длиной l, восстановленных к дифрагированным лучам в точках их пересечения с кругом Роуланда, причем фотоприемники выполнены в виде фотоприемных устройств для регистрации промодулированного излучения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11