Способ градуировки спектра оптического излучения и устройство для его реализации

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению. Его использование позволяет обеспечить высокую точность измерений в широком спектральном диапазоне. Это достигается за счет повышения точности определения корректируемых по интенсивности участков λ_r в спектре S основного излучения Е и увеличения их количества r благодаря тому, что градуировочное излучение I источника линейчатого спектра предварительно разлагают в пространстве по спектральным линиям λ_i, изображениями которых синхронно сканируют по многоэлементному фотоприемнику и по частотному, амплитудному и пространственному спектрам фотоэлектрических сигналов K = F{j,U_n(Δλ_j),f_n(Δλ_j)} и его кодовому преобразованию формируют репер-участок спектра λ_r, по которому производится эталонная коррекция интенсивности спектра S. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для увеличения точности измерения спектров излучения, поглощения и флюоресценции.

Известен способ увеличения точности спектральных измерений [1, 2], состоящий в последовательном сканировании градуировочным лучом многоэлементного фотоприемника и образовании электрической цепи для коррекции интенсивности оптического излучения по соответствующим участкам спектра. Его основными недостатками являются: во-первых, пропорциональная зависимость количества участков коррекции интенсивности в спектре оптического излучения от количества элементов в многоэлементном фотоприемнике устройства градуировки по участкам спектра; во-вторых, низкая защищенность сканирующего излучения от аберрационных помех. Поскольку аберрации существенно возрастают при отклонении луча от нормали плоскости, в которой расположен многоэлементный фотоприемник, то резко возрастают погрешности определения длин волн на краях спектра оптического излучения. В этом случае приходится усреднять длины волн. Для практического использования этого способа необходимо выполнять конфигурацию поверхности многоэлементного фотоприемника по сложному профилю относительно центра кривизны, соответствующего минимальным аберрациям, или располагать фотоэлементы с переменным шагом, увеличивающимся на краях и уменьшающимся в центре. В последнем случае возрастают нелинейности, как развертки градуировочного луча, так и характеристик элементов фотоприемника. Поскольку расстояния между элементами многоэлементного фотоприемника и сечение градуировочного луча на поверхности элементов ограничены, то при сканировании имеют место сбои. Для их предотвращения необходимо либо увеличивать сечение луча, что приводит к снижению точности позиционирования, а также к возрастанию аберраций, либо вводить дополнительные фотоэлементы, смещенные в поперечном сечении относительно основных элементов многоэлементного фотоприемника так, чтобы обеспечить их взаимное перекрытие градуировочным лучом во время сканирования. В этом случае многоэлементный фотоприемник в устройстве [2] выполнен в виде двух n и m- параллельно расположенных фотолинеек со смещением n- и m- фотоэлементов относительно друг друга в единой плоскости до обеспечения взаимного перекрытия в поперечном сечении сканирующего луча. Однако при этом в два раза возрастает количество фотоэлементов. При длине спектра в 1000 нм и спектральном разрешении в 1 нм количество элементов в многоэлементном фотоприемнике должно составлять n+m=2000. Увеличение числа элементов, а вместе с этим и линейных размеров многоэлементного фотоприемника приводит к существенным поперечным аберрациям градуировочного луча и погрешности в определении длин волн на краях спектра основного оптического излучения.

Технической задачей изобретения является увеличение точности спектральных измерений: увеличение количества и точности определения участков спектра корректируемой интенсивности в широком спектральном диапазоне при существенном уменьшении размеров и количества элементов градуировочного многоэлементного фотоприемника.

Это достигается за счет пространственного разложения градуировочного излучения источника линейного спектра по спектральным линиям, изображениями которых синхронно сканируют по многоэлементному фотоприемнику и по пространственному, частотному и амплитудному спектру фотоэлектрических сигналов формируют репер длины волны, по которому производят коррекцию интенсивности на заданном участке спектра оптического излучения.

Способ состоит в следующем. Синхронно со сканированием спектра основного излучения S сканируются изображения спектральных линий λ_i градуировочного излучения L по n элементам многоэлементного фотоприемника. Совокупность этих градуировочных изображений спектральных линий i=1...j, где j - количество линий, разложенных в пространстве дисперсией излучения газоразрядного источника низкого давления (с линейчатым спектром) дифракционным способом, определяется количеством j спектральных линий, их интенсивностями I(λ_i) и пространственным расположением в градуировочном спектре. Обратная линейная дисперсия оптической части устройства градуировки спектра определяется отношением Δλ_j/Δl_j, где Δλ_j - расстояние между изображениями двух соседних λ_i и λ_i+1 линий градуировочного спектра на поверхности многоэлементного фотоприемника. Количество j спектральных линий, расстояние Δl_j между их изображениями (частота f_j= l/Δl_j следования) и интенсивность I(λ_j) каждой определятся градуировочным источником излучения и не изменяются при сканировании. Изменение интенсивности любой спектральной линии пропорционально изменяет интенсивность остальных линий I(λ_j)/I = const, аналогичную зависимость имеют и расстояния между ближними и дальними по положению в градуировочном спектре линиями Δl_j/L = const, где I и L - интегральная интенсивность и ширина спектра калибровочного излучения. Количество линий в спектре так же постоянно (j=const). Каждая линия в зависимости от ее расположения в градуировочном спектре посредством многоэлементного фотоприемника формирует фотоэлектрические сигналы с амплитудой, пропорциональной интенсивности линии U_n(Δλ_j) ≈ I(Δλ_j) и частотой f_n(Δλ_j) ≈ f_j. При сканировании градуировочными изображениями спектральных линий разной интенсивности одни и те же элементы многоэлементного фотоприемника формируют разные фотоэлектрические сигналы. Изображения спектральных линий в процессе сканирования одновременно перемещаются вдоль n элементов многоэлементного фотоприемника и формируют на его выходах спектр фотоэлектрических сигналов K = F{j,U_n(Δλ_j),f_n(Δλ_j)}, соответствующий пространственному положению и интенсивности спектральных линий. Посредством кодового преобразования спектра K фотоэлектрических сигналов формируется репер r, соответствующий заданному участку спектра λ_r по которому корректируется интенсивность E(λ_r) в спектре S. Спектр фотоэлектрических сигналов, его кодовое преобразование и количество элементов многоэлементного фотоприемника определяют количество участков спектра, пропорциональное r≈n·K! . Таким образом, количество всевозможных вариантов комбинации спектра фотоэлектрических сигналов и его кодового преобразования - бесконечное множество. Поэтому количество элементов многоэлементного фотоприемника может быть уменьшено в K! раз. Поскольку при этом существенно уменьшаются, с одной стороны, количество элементов многоэлементного фотоприемника и его размер, а с другой стороны, аберрационная зависимость отклонения изображений спектральных линий от центральной части многоэлементного фотоприемника (это позволяет уменьшить размеры b элементов фотоприемника), то точность определения участков спектра λ_r (точность позиционирования) значительно возрастает с увеличением вариантов комбинации K-спектра фотоэлектрических сигналов и их кодового преобразования. Благодаря увеличению точности определения участков спектра λ_r и увеличению их количества r в спектре S, величины которых взаимосвязаны отношением λ_r= S/r, и эталонной коррекцией E(λ_r) на каждом, соответствующем участке λ_r спектра, существенно повышается точность спектральных измерений. При этом количество управляющих напряжений в цепи коррекции может быть уменьшено. Поскольку величины некоторых управляющих напряжений для разных участков спектра могут совпадать, то одинаковые управляющие напряжения для разных участков спектра могут коммутироваться реперами, соответствующими данным участкам спектра.

В простейшем случае при j = 2 и репер определяется положением изображений двух λ₁ и λ₂ спектральных линий. В этом случае суть работы способа поясняется фиг. 1, на которой изображены: X - линейный размер многоэлементного фотоприемника с 1,2. . .n элементами в плоскости дисперсии, b - размер элемента, t - расстояние между элементами, T - период расположения элементов, L - ширина градуировочного спектра с двумя изображениями спектральных линий λ₁ и λ₂ b₀ - ширина монохроматического изображения спектральной линии градуировочного луча b₀(λ₁) = b₀(λ₂), Δl - расстояние между изображениями спектральных линий, U_n(λ₁) = F(код) - эпюры фотоэлектрических сигналов при сканировании многоэлементного фотоприемника двумя изображениями спектральных линий λ₁ и λ₂, S - ширина спектра основного оптического излучения, I, II - реперы r, сформированные, соответственно, одним или двумя соседними n элементами фотоприемника, λ_r - участок спектра корректируемой интенсивности в спектре S основного оптического излучения, λ_r0 - граничные участки спектра. При сканировании (последовательном перемещении в направлении X) изображениями спектральных линий λ₁ и λ₂ градуировочного луча по n элементам многоэлементного фотоприемника, в соответствие с определенным спектром градуировочного луча, каждый n элемент формирует сигнал U_n(λ_i). При наличии одного сигнала на любом n элементе формируется репер r_n - I. При наличии сигналов U_n(λ_i) ≠ 0 и U_n+1(λ_i) ≠ 0 - на двух соседних элементах n и n+1 формируется промежуточный репер II (пересечение эпюр U_n(λ_i) двух соседних элементов). Таким образом, количество реперов r, следовательно, количество участков спектра λ_r/ корректируемой интенсивности, увеличивается в два раза относительно n элементов многоэлементного фотоприемника. Для обеспечения дискретизации спектра S с равным шагом λ_r= const необходимо выполнение условия Δl/T = 2/3, при этом b₀= Δl/2, b= T/2. Обратная линейная дисперсия Δλ/Δl и ширина b₀ изображений спектральных линий градуировочного луча определяются диспергирующим элементом, фокусными расстояниями объективов, и входной щелью оптической части градуировочного излучения.

Существенным отличительным признаком предлагаемого способа является пространственное разложение градуировочного луча источника линейчатого спектра по спектральным линиям, изображениями которых синхронно сканируют по многоэлементному фотоприемнику, и по пространственному, частотному и амплитудному спектру фотоэлектрических сигналов формируют репер длины волны, соответствующий определенному участку спектра оптического излучения корректируемой интенсивности. Благодаря этому достигается: во-первых, значительное увеличение количества участков спектра корректируемой интенсивности при обратно пропорциональном уменьшении их размеров, т.е. увеличивается монохроматичность участков спектра корректируемой интенсивности; во-вторых, существенно уменьшаются количество элементов и размер многоэлементного фотоприемника, следовательно, уменьшается аберрационная зависимость отклонения градуировочного луча и увеличивается точность определения позиционирования, как в центре спектра, так и на его краях.

Данный отличительный признак является новым, поскольку не использовался в известных способах градуировки спектра оптического излучения и существенным, поскольку обеспечивает решение поставленных ранее задач с высокой точностью в широком спектральном диапазоне.

Преимущество данного способа по сравнению с прототипом заключается в следующем: во-первых, увеличивается точность определения участка спектра (длины волны) по всей ширине спектра оптического излучения, во-вторых, увеличивается число и (пропорционально числу) монохроматичность участков спектра с корректируемой интенсивностью, поскольку уменьшается размер участков в спектре основного оптического излучения, в-третьих, уменьшается число элементов многоэлементного фотоприемника. Количество участков спектра корректируемой интенсивности определяется кодовым преобразованием спектра фотоэлектрических сигналов, т.е. комбинацией нескольких (j, I, f) переменных, и количеством элементов многоэлементного фотоприемника. По сравнению с прототипом [2], содержащим в устройстве градуировки по участкам спектра две многоэлементных фотоприемных линейки (основная и дополнительная) с n = m элементами и сложной конфигурацией расположения n и m элементов, новый способ позволяет корректировать такое же число участков спектра, но со значительно меньшим количеством элементов многоэлементного фотоприемника (в четыре раза - при j = 2, I(λ₁) = I(λ₂), U_n(λ₁) = U_n(λ₂) = const и f_n(λ₁) const). При этом в предлагаемом способе не требуется наличие дополнительной фотоприемной линейки для предотвращения сбоев (прерывания фотоэлектрических сигналов) при сканировании изображениями спектральных линий по многоэлементному фотоприемнику. Для этого достаточно изменить линейную дисперсию Δl/Δλ оптической части устройства градуировки по участкам спектра или ширину b₀ изображений спектральных линий градуировочного луча так, чтобы свести к минимуму вероятность одновременного попадания всех j изображений спектральных линий в промежутки между элементами многоэлементного фотоприемника.

Для реализации вышеизложенного способа градуировки спектра оптического излучения с целью увеличения точности спектральных измерений в широком спектральном диапазоне предлагается устройство [2], содержащее оптически связанные ослабитель потока излучения, монохроматор, снабженный входной и выходной щелями, входным и выходным объективами, диспергирующим элементом и устройством градуировки по участкам спектра оптического излучения, фотоприемник и регистратор, при этом ослабитель размещен перед входной щелью монохроматора и соединен с блоком формирования напряжений в устройстве градуировки по участкам спектра, которое содержит оптически связанные источник излучения, оптическую систему, зеркало, связанное с диспергирующим элементом и многоэлементный фотоприемник, каждый элемент которого соединен с каждым входом нормирующего блока, каждый выход которого соединен с каждым входом блока позиционного кода, каждый k-выход которого соединен с каждым ключом в блоке формирования напряжений и со вторым входом синхронизации регистратора, первый вход которого соединен с фотоприемником, отличающееся тем, что в него введены амплитудный анализатор, делитель напряжения, коммутатор кодов и преобразователь кодов, при этом зеркало выполнено в виде отражательной дифракционной решетки, а источник излучения - в виде источника линейчатого спектра, каждый k-выход блока позиционного кода соединен с каждым k-входом преобразователя кодов и с входом амплитудного анализатора, выход которого соединен с первым входом коммутатора кодов, второй вход коммутатора кодов соединен с делителем напряжения, который соединен с блоком формирования напряжения, выход коммутатора кодов соединен с S-входом преобразователя кодов, каждый r-выход которого соединен с каждым r-входом блока формирования напряжений и со вторым входом синхронизации регистратора.

На фиг. 2 и 3 представлен монохроматор с устройством градуировки по участкам спектра и фрагмент изображений спектральных линий градуировочного излучения: 1 - ослабитель потока излучения, монохроматор 2 с входной 3 и выходной 4 щелями, коллимирующим 5 и фокусирующим 6 объективами и основным диспергирующим 7 элементом, устройство градуировки по участкам спектра с источником 8 излучения линейчатого спектра, с входной 9 и выходной 14 щелевыми диафрагмами, коллимирующим 10 и фокусирующим 12 объективами, диспергирующим элементом 11, светофильтром 13 со спектром пропускания T_сф и многоэлементным фотоприемником 15, электронная часть, содержащая: фотоприемник 16, регистратор 17, нормирующий блок 18 с нормирующими N элементами, 19 - блок позиционного кода с n логическими элементами A-2ИЛИ, B-2И и C-НЕ, j - преобразователь кодов 20 с элементами D-3И, F-НЕ, G-2И, блок формирования напряжений 21 с источником опорного напряжения Z и r-аналоговыми ключами k_r и потенциометрами R_r, амплитудный анализатор 22, коммутатор кодов 23, делитель напряжения 24 и усилитель 25.

Оптическая часть монохроматора и устройства градуировки по участкам спектра (на фиг. 2 представлена в меридиfнальном сечении для симметричной горизонтальной схемы Эберта) выполнена на базе дифракционного спектрографа ДФС-452 [3] , по симметричной вертикальной схеме [4, с. 127, 167]. Входные щели, их изображения, вершины коллиматорных и фокусирующих объектов и центры диспергирующих элементов, в качестве которых используются отражательные дифракционные решетки, лежат в одной вертикальной плоскости, параллельной штрихам решетки. Возможны и другие варианты исполнения монохроматора.

С целью упрощения устройства градуировки по участкам спектра ее оптическая часть может быть выполнена на тех элементах, что и монохроматор. В этом случае направление распространения градировочного излучения аналогично направлению распространения основного оптического излучения, а углы, образованные с главным сечением падающего и дифрагированного пучка градуировочного излучения, должны отличаться от соответствующих углов основного излучения, при этом элементы 10 - 12 отсутствуют.

В электронной части устройства структурные блоки - 1, 15, 16, 17, 18, 19, 21, 25 и их дискретные элементы N, A, B, C, k_r, R_r, Z соответствуют в прототипе [2] блокам 1, 18, 9, 31, 19, 21, 26, 30 и их дискретным элементам 20, 23, 24, 25, 27, 28, 29, схема их подключения идентичная схеме прототипа.

Вариант выполнения преобразователя кодов 20 не ограничивается представленными на фиг. 2 логическими элементами D, F, G и может выполняться, например [5]: для увеличения числа корректируемых участков спектра - на дешифраторах; для уменьшения числа участков спектра - на шифраторах; или других элементах в зависимости от спектра фотоэлектрических сигналов и его кодового преобразования.

Устройство работает следующим образом. Поток основного излучения E через ослабитель 1 и входную щель 3 монохроматора 2 поступает на входной объектив 5. Диспергирующий элемент 7, в качестве которого используется отражательная дифракционная решетка, установлен в параллельном пучке лучей так, что штрихи решетки параллельны входной щели. При падении на дифракционную решетку параллельного пучка лучей на каждом зеркальном штрихе происходит дифракция. Объектив 6 фокусирует одинаково диспергированные лучи и направляет их через выходную щель 4 монохроматора на оптический вход фотоприемника 16. При вращении диспергирующего элемента 7 вокруг оси, образованной его центральным штрихом, монохроматические изображения входной щели, разложенные в спектр, сканируются по выходной щели 4. Оптический сигнал преобразуется фотоприемником 16 в электрический и поступает на первый информационный вход регистратора 17. Интенсивность потока основного излучения регулируется ослабителем 1, в качестве которого могут использоваться, например электрооптические затворы [6, 7] или другие. Посредством управляющих напряжений, формируемых в цепи коррекции блоком формирования напряжений 21 в устройстве градуировки по участкам спектра, ослабитель 1 изменяет апертуру потока излучения во входной оптике (на фиг. 2 не показана) на входной щели 3, регулируя (корректируя) этим интенсивность излучения E(λ_r) на каждом участке λ_r спектра S.

Формирование управляющих напряжений осуществляется следующим образом. Оптическая часть устройства градуировки по участкам спектра идентична монохроматору 2. В качестве источника излучения 8 может использоваться любая лампа с линейчатым спектром излучения, например, ртутная газоразрядная низкого давления. Излучение источника 8 (на фиг. 8 показано в тонких линиях), прошедшее через щелевую диафрагму 9, коллимируется объективом 10, и параллельный пучок сплошного спектра поступает на диспергирующий элемент 11, который связан с элементом 7. Элемент 11 разлагает поток сплошного спектра на спектральные монохроматические составляющие λ_i, соответствующие j резонансным линиям источника 8. Посредством фокусирующего объектива 12 монохроматические изображения спектральных линий, ограниченные по ширине щелевой диафрагмой 9, проецируются на поверхность многоэлементного фотоприемника 15. В качестве фотоприемника 15 могут использоваться любые многоэлементные фотоприемные устройства, например, фотоприемные линейки, используемые в прототипе [2] , фотоприемные устройства матричного и других типов. Выходная щель 14 пространственно ограничивает часть X-спектра, при этом оставляя определенное j количество монохроматических линий λ_i, где i = 1...j. Светофильтр 13 селективно (T_сф, фиг. 3) ограничивает интенсивности спектральных линий I(λ_i). На поверхности многоэлементного фотоприемника 15 формируется совокупность градуировочных изображений спектральных линий, состоящая из количества j-спектральных линий, их интенсивностей I(λ_i) и пространственного расположения Δl в спектре L-излучения. Один из вариантов представлен на фиг. 3 для ртутного источника излучения, имеющего несколько резонансных линий с длиной волны в нм: УФ-184.9 и 253.7; фиолетовая - 404.7; синяя - 435.8; зеленая - 546,1; желтые - 577.0 и 579.5 и др. Каждая спектральная линия лямбда_i в зависимости от ее расположения в градуировочном спектре L одновременно воздействует на многоэлементный фотоприемник, на j-х (освещенных) элементах которого формируются электрические сигналы с амплитудами, пропорциональными интенсивности каждой линии U_n(Δλ_j) ≈ I(Δλ_j). При этом расстояния Δl_j между изображениями линий лямбда_i определяют пространственную выработку элементов многоэлементного фотоприемника. Изображения спектральных линий λ_i в процессе сканирования одновременно с шагом Δl_j перемещаются вдоль элементов многоэлементного фотоприемника 15 и формируют на его выходах спектр фотоэлектрических сигналов k = F{j,U_n(Δλ_j),Δl_j}, соответственно, по частоте, амплитуде и пространственному положению. Электрические сигналы с элементов фотоприемника 15 поступают в нормирующий блок 18, где преобразуются нормирующими элементами N в сигналы нормированных фронтов и амплитуды. Выходные сигналы с блока 18 поступают в блок 19 позиционного кода, в котором посредством логических элементов A, B, C происходит интеграция сигналов двух соседних n и m элементов (в случае использования в качестве многоэлементного фотоприемника двух фотоприемных линеек [2]) в один k-выход. Каждый k-выход блока 19 соединен с каждым k-входом блока преобразователя кодов 20, а также с входом амплитудного анализатора 22, который суммирует амплитуды всех пришедших сигналов, и формирует на своем выходе сигнал j-кратной амплитуды. В предлагаемом устройстве дополнительная m-фотолинейка в фотоприемнике 15 и блок 19 могут отсутствовать. Анализ амплитуды может производиться непосредственно с выходом многоэлементного фотоприемника 15 (на фиг. 2 показано штрихом). Этот сигнал поступает на первый вход коммутатора кодов 23, а на его второй вход с делителя напряжения 24 поступает сигнал (постоянное напряжение), величина которого изменяется от нуля до максимального значения суммарной j-кратной амплитуды. При этом второй сигнал (вход 2) является приоритетным по сравнению с первым, что позволяет устанавливать диапазон точности вручную. Делитель напряжения 24 подключен к блоку формирования напряжений 21, другой вывод делителя заземлен. В зависимости от результата сравнения сигналов коммутатор кодов управляет преобразователем кодов через его S-вход. То есть в соответствии с заданным диапазоном точности (либо вручную посредством 24, либо количеством j-спектральных линий градуировочного источника), коммутатор 23 управляет (увеличивает или уменьшает количеством корректируемых по интенсивности участков спектра λ_r в спектре S. Каждый диапазон точности соответствует заданному количеству участков спектра и размерам этих участков. Минимальная и максимальная точность определяется, соответственно, минимальным и максимальным количеством участков спектра. В случае увеличения количества участков спектра преобразователь кодов выполняет функцию дешифратора, а в случае уменьшения - шифратора [5]. Посредством кодового преобразования спектра фотоэлектрических сигналов с помощью электронных блоков 18-20 и 22-24 (фиг. 2), формируется репер r-электрический сигнал, логическая единица "1", соответствующий заданному участку спектра коррекции интенсивности. Каждый r-выход преобразователя кодов соединен с соответствующим r-входом блока формирования напряжений, т.е. с каждым управляющим электродом аналоговых ключей k_r. Каждый аналоговый ключ коммутирует заданное потенциометром R_r напряжение на выходе блока формирования напряжений. При этом, поскольку величины некоторых управляющих напряжений для разных участков спектра могут совпадать, то одинаковые напряжения могут попеременно коммутироваться разными реперами. Сформированные управляющие напряжения усиливаются усилителем 25 и управляют работой электрооптического ослабителя 1, который диафрагмирует апертуру потока E оптического излучения, соответственно, увеличивая или уменьшая его интенсивность. Таким образом, осуществляется фотоэлектрическая отрицательная обратная связь по цепи коррекции и автоматическая регулировка уровня интенсивности на каждом участке спектра. Поскольку увеличение точности определения участка спектра λ_r и их количество r, величины которых взаимосвязаны отношением λ_r= S/r, позволяет производить эталонные коррекции E(λ_r) на каждом, соответствующем участке λ_r спектра S, то существенно повышается точность спектральных измерений.

Для дешифрации спектра фотоэлектрических сигналов, состоящего из двух сигналов равных амплитуд U_n(λ₁) = U_n(λ₂), и увеличения участков спектра корректируемой интенсивности в два раза r = 2k преобразователь кодов 20 может быть выполнен в виде, показанном на фиг. 2. здесь спектр фотоэлектрических сигналов формируется из двух линий j = 2, например λ₁= 404.7 нм и λ₂= 435.8 нм (для ртутного источника излучения), равной интенсивности I(λ₁) = I(λ₂) и с шагом Δl, пропорциональным нм (поскольку отношение Δl/Δλ = D, где D - линейная дисперсия спектральной оптики устройства градуировки по участкам спектра). При выполнении условия Δl/T = 2/3,b₀= Δl/2, b = T/2 (см. фиг. 1), преобразователь кодов работает следующим образом. При наличии сигнала U₁(λ₁) ≠ 0 на первом входе блока 20 и отсутствии сигнала на втором соседнем входе U₂(λ_i) = 0 на выходе первого логического элемента 2И G - логический нуль "0". Логический элемент НЕ F инвертирует "0" в логическую "1". Поскольку на всех трех входах логического элемента 3И D присутствует сигнал "1", то на его выходе (первом выходе блока 20) формируется управляющий сигнал "1", а на других выходах блока 20 сигналы отсутствуют. При наличие сигналов на соседних k-выходах(первом и втором) блока 20 на выходе первого элемента G - "1", на выходе первого инвертора F - "0", на выходах первого и второго элементов D - "0". На втором выходе блока 20 сформирован управляющий сигнал - "1", при отсутствии сигналов на оставшихся четных и всех нечетных выходах блока 20. При дальнейшем перемещении изображений спектральных линий λ₁ и λ₂ по элементам фотоприемника 15 U₁(λ_i) = 0 и U₃(λ_i) = 0, а U₂(λ_i) ≠ 0 на третьем выходе блока 20 сформирован управляющий сигнал - "1". При этом на других выходах сигналы отсутствуют. Таким образом, при наличии сигнала на любом одном k-входе блока 20 формируется управляющий сигнал с нечетным номером, а при наличии сигналов на двух соседних k- и k + 1-входах - управляющий сигнал с четным номером, соответствующий номерам r-выходом блока 20. При этом управляющие сигналы с четными номерами являются промежуточными между управляющими сигналами с нечетными номерами. Благодаря этому количество корректируемых участков спектра оптического излучения возрастает в два раза. В этом случае блоки 22 - 24 могут отсутствовать.

Спектр фотоэлектрических сигналов, состоящий из комбинации позиций Δl_j/ (по k-входам блока 20), j-количества и амплитуд U_n(λ₁), соответствующих интенсивности изображений спектральных линий λ_i градуировочного излучения может быть самым разнообразным, поскольку является функцией трех переменных и не ограничивается схемным решением блока 20. преобразователь кодов может быть выполнен с использованием счетчиков, шифраторов - дешифраторов, мультиплексоров - демультиплексоров, и прочих известных элементов [5].

В предлагаемом устройстве для предотвращения сбоев во время перемещения изображения щели по элементам многоэлементного фотоприемника не требуется введение дополнительной m-элементной фотоприемной линейки, как предложено в прототипе [2]. Для этого достаточно скомбинировать пространственные позиции спектральных линий и их ширину с размерами и периодом расположения элементов фотоприемника 15 так, чтобы фотоэлектрические сигналы не прерывались при перемещении спектральных линий λ_i по элементам многоэлементного фотоприемника. В этом случае блок 19 отсутствует, а количество нормирующих элементов N блока 18 и фотоприемника 15 уменьшено в два раза.

Таким образом, предлагаемый способ и реализующее его устройство позволяют увеличить точность спектральных измерений в широком спектральном диапазоне.

Источники информации 1. А.с. СССР N 811085, кл. G 01 J 3/12, опубл. 1979.

2. А.с. СССР N 1635013 Al, кл. G 01 J 3/12, опубл. 1991 (прототип).

3. Спектрограф дифракционный. ДФС-452. Паспорт. Описание и инструкция по эксплуатации (аналог).

4. Пейсахсон И. В. Оптика спектральных приборов. Л.: Машиностроение. 1975.

5. Гальперин М.В. Практическая схемотехника в промышленной автоматике. -М: Энергоатомиздат, 1987 с. 320.

6. А.с. СССР, N 714339, кл. G 03 B 7/16, опубл. 1980.

7. А.с. СССР, N 1476424, кл. G 03 B 9/00, опубл. 1989.

Формула изобретения

1. Способ градуировки спектра оптического излучения, заключающийся в сканировании градуировочным лучом многоэлементного фотоприемника, преобразовании фотоэлектрического сигнала в репер длины волны излучения, соответствующий заданному участку спектра оптического излучения, по которому производят коррекцию интенсивности излучения, отличающийся тем, что градуировочный луч от источника линейчатого спектра предварительно разлагают по спектральным линиям, которыми синхронно сканируют по многоэлементному фотоприемнику, и по пространственному, частотному и амплитудному спектрам фотоэлектрических сигналов формируют репер длины волны.

2. Устройство, реализующее указанный в п.1 способ, содержащее оптически связанные ослабитель потока излучения, монохроматор, снабженный входной и выходной щелями, входным и выходным объективами, диспергирующим элементом и устройством градуировки по участкам спектра оптического излучения, фотоприемник и регистратор, при этом ослабитель размещен перед входной щелью монохроматора и соединен с блоком формирования напряжений в устройстве градуировки по участкам спектра оптического излучения, которое содержит оптически связанные источник излучения, оптическую систему, зеркало, связанное с диспергирующим элементом, и многоэлементный фотоприемник, каждый элемент которого соединен с каждым входом нормирующего блока, каждый выход которого соединен с каждым входом блока позиционного кода, каждый k-выход которого соединен с каждым ключом в блоке формирования напряжений и с вторым входом синхронизации регистратора, первый вход которого соединен с фотоприемником, отличающееся тем, что в устройство градуировки по участкам спектра оптического излучения введены амплитудный анализатор, делитель напряжения, коммутатор кодов и преобразователь кодов, при этом зеркало выполнено в виде отражательной дифракционной решетки, а источник излучения - в виде источника линейчатого спектра, каждый k-выход блока позиционного кода соединен с каждым k-входом преобразователя кодов и с входом амплитудного анализатора, выход которого соединен с первым входом коммутатора кодов, второй вход коммутатора кодов соединен с делителем напряжения, который соединен с блоком формирования напряжений, выход коммутатора кодов соединен с S-входом преобразователя кодов, каждый r-выход которого соединен с каждым r-входом блока формирования напряжений и с вторым входом синхронизации регистратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3