Устройство для спектрального анализа

Изобретение относится к технике спектрального анализа и может найти применение при эмиссионных и атомно-абсорбционных измерениях в спектроанализаторах с дифракционными решетками и многоэлементными фотоприемниками. Устройство для спектрального анализа содержит источник излучения, входную щель, дифракционную решетку, в фокальной плоскости которой установлен многоэлементный фотоприемник, выходом подключенный к первому входу блока регистрации и обработки информации. В устройство введен второй многоэлементного фотоприемник, установленный в плоскости зеркально отраженного изображения входной щели с возможностью регистрации лучей как реперной, так и определяемой спектральных линий, выход которого соединен со вторым входом блока регистрации и обработки информации. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения точности и оперативности определения длин волн спектральных линий, а также в обеспечении возможности сокращения времени измерений. 3 ил.

 

Изобретение относится к технике спектрального анализа и может найти применение при эмиссионных и атомно-абсорбционных измерениях в спектроанализаторах с дифракционными решетками и многоэлементными фотоприемниками.

Известно устройство (А.Я.Суранов, А.В.Шпомер, А.Г.Якунин «Применение автоматизированного регистратора спектра на основе линейного ПЗС-фотодиодного приемника для спектрального анализа металлов» ЖПС, №3, т.XLIII, 1985 г, стр.377), в котором для регистрации спектра используется многоэлементный фотоприемник. В этом устройстве в качестве координаты спектральной линии берется координата элемента с максимальной амплитудой сигнала центра тяжести ее изображения. Однако механические вибрации и изменение условий окружающей среды приводит к изменениям положения диспергирующего элемента и, как следствие, к смещению спектральных линий относительно чувствительных элементов фотоприемника. Для корректировки смещения необходимо дополнительно регистрировать реперный (известный) спектр.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для спектрального анализа (а.с. №1827550, G01J 3/42, опубликовано 15.07.93 г.), содержащее источник излучения, который через входную щель освещает дифракционную решетку, разлагающую излучение в спектр. Спектр регистрируется многоэлементным фотоприемником, который расположен в фокальной плоскости дифракционной решетки. Сигнал с фотоприемника поступает на устройство обработки информации (например, ЭВМ) и отображается в виде номеров элементов фотоприемника со своими величинами сигналов на индикаторном устройстве.

В этом устройстве последовательно измеряют значения сигналов со всех элементов фотоприемника, фиксируют номера элементов фотоприемника, для которых зарегистрированы сигналы от максимальных до фоновых значений для определяемой и реперной спектральных линий. Определяют точные координаты максимумов интенсивности реперной и определяемой спектральных линий. Определяют расстояния К1 и К2 между первым элементом фотоприемника и координатами максимумов интенсивностей определяемой и реперной спектральных линий и находят длину волны λx определяемой спектральной линии по формуле:

где λx - длина волны определяемой спектральной линии;

λ1 - длина волны реперной спектральной линии;

κ1, κ2 - расстояния между первым элементом фотоприемника и координатами максимумов интенсивностей определяемой и реперной спектральных линий соответственно;

P - среднее значение обратной линейной дисперсии.

Недостатком этого устройства является необходимость регистрации наряду с исследуемым дополнительно реперного спектра при каждом измерении. Следующим недостатком этого устройства является то, что в период времени между регистрацией реперного и исследуемого спектров вследствие механических вибраций и изменения условий окружающей среды может произойти изменение положения дифракционной решетки, в результате чего возникнет смещение исследуемого спектра и изменение координаты максимума интенсивности определяемой спектральной линии относительно первого элемента фотоприемника. Это приведет к дополнительной ошибке при нахождении длины волны определяемой спектральной линии.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение точности и оперативности определения длин волн спектральных линий при проведении спектрального анализа за счет исключения ошибок, возникающих при изменении положения дифракционной решетки под воздействием вибраций и условий окружающей среды, при сокращении времени измерений.

Указанная задача решается тем, что в устройстве для спектрального анализа, содержащем источник излучения, входную щель, дифракционную решетку, в фокальной плоскости которой установлен многоэлементный фотоприемник, выходом подключенный к первому входу блока регистрации и обработки информации, введен второй многоэлементный фотоприемник, установленный в плоскости зеркально отраженного изображения входной щели с возможностью регистрации лучей как реперной, так и определяемой спектральных линий, выход которого соединен со вторым входом блока регистрации и обработки информации.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства для спектрального анализа. На фиг.2 показан ход лучей при изменении положения дифракционной решетки. На фиг.3 изображены уровни выходных сигналов с элементов второго фотоприемника во время регистрации реперной и определяемой спектральных линий при условии изменения положения дифракционной решетки.

Устройство для спектрального анализа содержит источник излучения 1, входную щель 2, дифракционную решетку 3, в фокальной плоскости которой установлен многоэлементный фотоприемник 4, выходом подключенный к первому входу блока регистрации и обработки информации 5, второй многоэлементный фотоприемник 6, установленный в плоскости зеркально отраженного изображения входной щели, с возможностью регистрации лучей как реперной, так и определяемой спектральных линий, выходом подключенный ко второму входу блока регистрации и обработки информации 5.

Устройство работает следующим образом. От источника излучения 1, через входную щель 2 падающий луч L1 освещает дифракционную решетку 3, разлагающую излучение в спектр, расположенный в фокальной плоскости дифракционной решетки 3 многоэлементный фотоприемник 4 поочередно регистрирует разложенные в спектр лучи реперной L2 и определяемой L3 спектральных линий. Электрический сигнал с выхода фотоприемника 4 поступает в блок регистрации и обработки информации (например, ЭВМ с аналоговым входом) 5, где преобразуется в цифровую форму, запоминается для расчета положений максимумов реперной и определяемой спектральных линий. Одновременно с регистрацией реперной спектральной линии излучение зеркально отраженного изображения входной щели (луч L4) регистрируется вторым фотоприемником 6, с выхода которого электрический сигнал поступает на второй вход блока регистрации и обработки информации 5, где также преобразуется в цифровую форму, запоминается и определяется положение максимума зеркально отраженного изображения входной щели XmR, соответствующее положению дифракционной решетки во время регистрации реперной спектральной линии. Одновременно с регистрацией определяемой спектральной линии излучение зеркально отраженного изображения входной щели также регистрируется вторым фотоприемником 6, запоминается и определяется положение максимума зеркально отраженного изображения входной щели XmO, соответствующее положению дифракционной решетки во время регистрации определяемой спектральной линии. Если дифракционная решетка 3 оставалась неподвижной в период времени регистрации реперной и определяемой спектральных линий, то положения максимумов XmR и XmO совпадут.

Если же в процессе работы устройства вследствие механических вибраций или изменения условий окружающей среды (температуры, давления, влажности) за время от регистрации реперной до регистрации определяемой спектральных линий дифракционная решетка 3 изменит свое положение на угол α1-α и займет положение 3', нормаль n - положение n', зеркально отраженный луч L4 также изменит направление на угол α1-α (луч L'4), а луч разложенного излучения с длиной волны определяемой спектральной линии L3 изменит свое положение на угол β-β' (луч L'3) в соответствии с основным уравнением дифракционной решетки (см. И.В.Пейсахсон, «Оптика спектральных приборов», Л. Машиностроение, стр.53):

где κ - порядок спектра;

λ - длина волны светового излучения;

N - число штрихов дифракционной решетки, приходящихся на миллиметр;

α - угол падения светового излучения;

β - угол разложения светового излучения длиной волны λ.

Сплошной линией на фиг.3 показан сигнал на выходе второго фотоприемника 6 от изображения входной щели во время регистрации реперной спектральной линии с положением максимума XmR при аппроксимации выходных сигналов с элементов фотоприемника треугольной функцией (максимальное значение сигнала на элементе М). Пунктирной линией показан сигнал на выходе фотоприемника 6 от изображения входной щели во время регистрации определяемой спектральной линии (максимальное значение сигнала на элементе Н, положение максимума XmO), при изменении положения дифракционной решетки в позицию 3'. По линейному смещению ΔX зеркально отраженного луча L4 рассчитывают угол падения α1. Используя основное уравнение дифракционной решетки (2) находят угол разложения β1, по которому рассчитывают линейное смещение Δy луча L3 определяемой спектральной линии. Окончательно внося поправку в (1), определяют длину волны определяемой спектральной линии λх как:

где λx - длина волны определяемой спектральной линии;

λ1 - длина волны реперной спектральной линии;

κ1, κ2 - расстояния между первым элементом фотоприемника и координатами максимумов интенсивностей определяемой и реперной спектральных линий соответственно;

Р - среднее значение обратной линейной дисперсии;

Δy - линейное смещение определяемой спектральной линии.

Введение дополнительного фотоприемника, установленного в плоскости зеркально отраженного изображения входной щели с возможностью регистрации лучей как реперной, так и определяемой спектральных линий, позволяет уменьшить погрешность за счет исключения ошибок, возникающих при изменении положения дифракционной решетки под воздействием вибраций и условий окружающей среды, а также повысить оперативность определения длин волн, так как регистрацию реперной спектральной линии достаточно выполнить однократно при проведении спектрального анализа.

Устройство для спектрального анализа, содержащее источник излучения, входную щель, дифракционную решетку, в фокальной плоскости которой установлен многоэлементный фотоприемник, выходом подключенный к первому входу блока регистрации и обработки информации, отличающееся тем, что в него введен второй многоэлементный фотоприемник, установленный в плоскости зеркально отраженного изображения входной щели с возможностью регистрации лучей как реперной, так и определяемой спектральных линий, выход которого соединен со вторым входом блока регистрации и обработки информации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к инфракрасной спектроскопии поверхностей металлов и полупроводников. .

Изобретение относится к бесконтактным исследованиям поверхности металлов и полупроводников оптическими методами, а именно к определению спектров поглощения как самой поверхности, так и ее переходного слоя, путем измерения длины распространения поверхностных электромагнитных волн (ПЭВ), направляемых этой поверхностью, в инфракрасном диапазоне (ИК) спектра и может найти применение в исследованиях физико-химических процессов на поверхности твердого тела, в ИК-спектроскопии окисных и адсорбированных слоев, в сенсорных устройствах и контрольно-измерительной технике.

Изобретение относится к способу определения золота в отходах производства элементов электронной техники методом атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС). .

Изобретение относится к электротермическому атомизатору для определения благородных металлов. .

Изобретение относится к спектральным газоразрядным лампам для атомной абсорбции и предназначено для использования в спектрометрах абсорбционного типа. .

Изобретение относится к оптическим методам исследования тонких слоев на поверхности металлов и полупроводников, а именно к инфракрасной (ИК) спектроскопии диэлектрической проницаемости.

Изобретение относится к бесконтактным исследованиям поверхности металлов и полупроводников оптическими методами, а именно - к определению спектров поглощения как самой поверхности, так и ее переходного слоя путем измерения коэффициента затухания поверхностных электромагнитных волн (ПЭВ), направляемых этой поверхностью, в инфракрасной (ИК) области спектра, и может найти применение в исследованиях физико-химических процессов на поверхности твердого тела, в ИК-спектроскопии окисных и адсорбированных слоев, в контрольно-измерительной технике нанотехнологий, в лазерной и интегральной оптике.

Изобретение относится к спектральным приборам, а именно дифракционным полихроматорам, и предназначено для анализа спектров излучения исследуемых объектов. .

Изобретение относится к устройствам для исследования источников света оптическими методами и может быть использовано для определения качества спектра электрических ламп.

Изобретение относится к оптической спектрометрии (спектроскопии) и может быть использовано для создания линейных по оптической частоте спектрометров. .

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для автоматизированной регистрации спектров поглощения и люминесценции. .

Изобретение относится к спектральному анализу химического состава веществ, а именно к средствам формирования оптического спектра, и может быть использовано в устройствах атомно-эмиссионного, атомно-абсорбционного анализа, а также в других спектрофотометрических устройствах.

Изобретение относится к области технической физики. .

Изобретение относится к области оптического приборостроения. .

Изобретение относится к области оптического приборостроения. .

Изобретение относится к спектральному приборостроению и предназначено для получения спектров излучения с модуляцией экспозиций по определенному закону. .

Изобретение относится к спектрофотометрии и может быть использовано в физике, химии, биологии и медицине, а также в экологии и промышленности. .

Изобретение относится к области оптического приборостроения и предназначено для регистрации спектров комбинационного рассеяния (КР) света газовых сред

Изобретение относится к технике спектрального анализа и может найти применение при эмиссионных и атомно-абсорбционных измерениях в спектроанализаторах с дифракционными решетками и многоэлементными фотоприемниками

Наверх