Многоходовая оптическая кювета

 

О П И С А Н И Е 27I058

ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СЕИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства «¹

Заявлено 24.11.1969 (№ 1309335/26-25) с присоединением заявки ¹ 1309334(26-25

Приоритет 24.II.1969 г.

Опубликовано 12.Ч.1970. Бюллетень ¹ 17

Дата опубликования описания 12Х111.1970

Кл. 42h, 20/01

МПК G 02Ь

УДК 535.853.6 (088.8) Комитет по делам изобретений и открытий при Совета Министров

СССР

Ю. А. Бубнов, Ю. П. Платонов, Ю. С. Стрелецкий и А. В. IIIyMaxqp, Главная астрономическая обсерватория АН СССР

Авторы изобретения

Заявитель

МНОГОХОДОВАЯ ОПТИЧЕСКАЯ КЮВЕТА

Изобретение относится к области спектральHblx исследований газов, в частности к оптическим кюветам, применяемым в этой области.

Известны оптические кюветы, содержащие три сферических зеркала равного радиуса кривизны, из которых два установлены подвижно на одном конце кюветы и снабжены механизмом поворота их друг относительно друга, а третье установлено неподвижно в противополокеном конце кюветы.

Однако эти кюветы характеризуются невозможностью стабилизации оптики, а, следовательно, не обеспечиваюг постоянства заданного числа ходов светового пучка при большом числе прохождений или при значительной длине кюветы.

С целью управления механизмами поворота сферических зеркал, предлагаемая оптическая кювета снабжена следящими системами.

Каждому числу ходов светового пучка при постоянном расстоянии между центрами кривизны подвижных зеркал на неподвижном зеркале соответствует голько одно .вполне определенное расчетное расстояние между центрами бликов на неподвижном зеркале. Это расчетное расстояние остается постоянным и при смещениях подвижных зеркал как единого целого относительно неподвижного зеркала; при этом верхний ряд бликов на последнем остается неподвижным.

Следящие системы для управления механизмом относительного поворота подвижных сферических зеркал содержат фотодатчпкп, установленные в направлении отраженного or

5 одного подвижного зеркала светового пучка на расчетном расстоянии от входного светового п чка.

Для обеспечения слежения за перемещениями отраженного пучка фотодатчик следящей

10 системы установлен с тыльной стороны неподвижного сферического зеркала, а верхняя грань этого зеркала расположена ниже верх— ней части кюветы. Для обеспечения стабильности направлений входного светового пуч;a

15 н отраженного пучка перед входным окном установлено светоделцтельное устройство, разделяющее световой поток осветителя на пучки, направленные во входное окно и в противоположном направлении.

2п Для обеспечения вывода светового пучка в выходное окно кюветы дополнительно используется свойство оптической схемы кюветы, заключающееся в том, что взаимное смещение подвижных зеркал, как единого целого, отно25 сительно неподвижного зеркала вызывает смещение на его поверхности нижнего ряда бликов без изменения расстояния между ними.

Светоделптельное устройство содержит пря3Q моугольную призму, обращенную одним кате271058 том к световому потоку осветителя, а другим — к входному окну, и наклеенную на полупрозрачную область в верхней части гнпотенузной грани другой прямоугольной призмы, катетная грань которой, обращенная к световому потоку осветителя. имеет зеркальное покрытие. Фотодатчик установлен на расчетном расстоянии от нуль-пункта отсчета, постоянном для отраженных пучков при заданном числе входного пучка, вводимого в кювету через светоделительное устройство. Высота полупрозрачного участка светоделительного устройства равна высоте выступающего над неподвижным сферическим зеркалом входного окна.

EIa чертеже изображена принципиальная схема предлагаемой многоходовой оптической кюветы.

Она содержит неподвижное сферическое зеркало 1, закрепленное в одном конце кюветы, и два сферических зеркала 2 и 8,. подвижно установленных в противоположном конце кюветы. Радиус кривизны зеркал одинаковый.

Центры .кривизны зеркал 2 и 8 (С., и С;) находятся на поверхности неподвижного зер <ила 1 на горизонтальной прямой, проходящей через его центр. Центр кривизны неподвижного зеркала 1 (С,) находится на сфере, ооразованной поверхностями зеркал 2 и 8 посредине линии стыка между ними. Подвижные сферические зеркала 2 и 8 снабжены механизмом 4 их тюворота относительно друг друга и механизмом 5 их совместного поворота.

По левую сторону от зеркала 1 расположено входное окно 6 кюветы, а по правую сторону— выходное окно 7 кюветы, причем верхняя грань зеркала 1 ниже верхней части входного окна б. На нижнюю правую часть 8 зеркала 1, ра вную по высоте превышению входного окна б над верхней гранью зеркала 1, нанесено полупрозрачное отражающее покрытие, а тыльная часть зеркала на этом участке отполирована.

Осветитель 9 установлен таким образом, что его световой поток перпендикулярен, нормали к входному окну 6. В направлении светового потока осветителя 9 перед входным окном 6 .кюветы установлено светоделительное устройство, представляющее собой прямоугольную призму 10, обращенную одним катодом к световому потоку осветителя 9, а другим — к входному окну б.

Гипотенузная грань призмы 10 частично алюминирована на размер по высоте призмы, равной превышению входного окна 6 над верхней гранью зеркала 1. Грань призмы 10, обращенная к световому потоку осветителя 9, алюминирована полностью. На частично алюминированный участок гипотснузной грани призмы 10 наклеена гипотенузной гранью прямоугольная призма 11. Кювета снабжена двумя следящими системами, первая из которых содержит фотоэлектрический блок 12, а вго.рая — фотоэлектрический блок 18. Каждый блок имеет щель с модулятором,и фотоэлек5

15 го

65 тронный умножитель (ФЭУ) в качестве прием н,ика.

Каждый фотоэлектрический блок закреплен в каретке 14, снабженной микрометрическим отсчетным винтом и установленной за тыльной стороной неподвижного зеркала 1 в,направляющихих 10) napaллельных плоскос1 и этого зеркала.

Кроме того, первая .следящая система включает в себя исполнительный механизм 16, управляемый сигналами от ее ФЭУ и связанный с механизмом 4 относительного поворота подвижных зеркал 2 и 8, а вторая, дополнительная следящая система — исполнительный механизм 17, управляемый сигналами от своего

ФЭУ и связанный с механизмом 5 совместного поворота зеркал 2 и 8.

Работа многоходовой оптической кюветы заключается в следующем. При помощи механизма 4 относительного поворота ориентировочно устанавливают зеркала 2 и 8 в положение, соответствующее заданному числу ходов светового пучка в кювете, Световой поток осветителя 9 направляется на катетную грань призмы 11. Часть светового потока, отражаясь от ее гипотенузной грани, направляется через входное окно 6 кюветы на подвижное зеркало 2 и, отражаясь от него, строит олик В нижнем ряду неподвижного зеркала 1. Дальнейшие отражения приводят к построению бликов как в нижнем, так .и в верхнем ряду неподвижного зеркала 1.

Другая часть светового потока осветителя 9 проходит через частично алюминированную гипотенузную грань призмы 10 и, отражаясь от полностью алюминированной катетной грани этой призмы, а затем вновь от гипотенузной грани той же призмы, образует свето вой луч с высотой, равной высоте призмы 11, направленный параллельно основному лучу в прямо противоположном ему направлении.

Этот луч назовем опорным пучком. Часть светового луча, дающего первый блик в верхнем ряду неподвижного зеркала 1, ввиду превышения входного окна б кюветы над верхней гранью зеркала 1 проходит за его тыльную часть. Эту часть светового луча назовем контрольным пучком.

Благодаря наличию двух отражений от граней призмы светоделительного устройства, его повороты относительно вертикальной оси не влияют на смещение опорного пучка, что обспечивает в дальнейшем максимальную сгабильность нуль-пункта отсчета следящей системыы.

Световой луч, дающий первый блик в нижнем ряду неподвижного зеркала 1, попадает ча его нижнюю правую часть 8, имеющую полупрозрачное отражающее покрытие, и частично проходит за тыльную часть зеркала 1.

Эту часть свегового луча назовем дополнительным контрольным пучком. Каретку 14 с фотоэлектрическим блоком 12 следящей сисгемы устанавливают по центру опорного пучка так, чтобы сигнал на выходе этого блока был

271058

10 равен нулю. В этом положении каретки 14 записывают .нулевой отсчет по барабану микрометрического отсчетного винта, и это положение является нуль-пунктом отсчета следящей системы.

Затем каретку 14 перемещают по направляющим 15 до положения против заранее ориентировочно установленного контрольного пучка.

Расстояние между опорным и контрольным пучками, как уже упоминалось, расчетное и зависит при постоянном размере С С, только от заданного числа прохождений. Каретку 14 устанавливают на указанном расчетном расстоянии от нуль-пункта отсчета для заданного числа прохождений светового пу чка В кювете, определяя это расстояние по барабану микрометрического отсчетного винта каретки

14. В этом положении каретку 14 закрепляют в направляющих 15.

При включении следящей системы ФЭУ блок 12 дает сигнал на исполнительный механизм 16, который с помощью механизма 4 поворачивает зеркало 2 относительно зеркала

8 до тех пор, пока контрольный пучок не займет симметричного положения относительно оптической оси фотоэлектрического блока 12, при котором .не будет сигнала на выходе, а интервал между центрами опорного .и контрольного пучков, и, следов@тельпо, параллельных им основных пучков,в кювете, станет равным упомянутому расчетному расстоянию.

После этого смещение блика верхнего ряда на неподвижном зеркале 1 вследствие деформации,кюветы или дрейфа фундаментов будет сопровождаться появлением сигнала в следящей системе и поворотом зеркала 2 относительно зеркала 8 в первоначальное -положение.

Работа дополнительной следящей системы протекает аналогичным образом с той лишь разницей, что за нуль-пункт отсчета выбирают вертикальную ось симметрии неподвижного зеркала 1, ее каретку 14 с блоком 18 закрепляют в направляющих 15 в положении против дополнительного контрольного пучка, на расстоянии от нуль-пункта отсчета до центра последнего, расчетном для заданного числа прохождений, а ФЭУ блока 18 дополнительной следящей системы дает сигнал исполнительно15

50 му механизму 17, связанному с механизмом 5 совместного говорота зеркал 2 и 8.

Смещение блика .нижнего ряда на неподвижном зеркале 1, вследствие деформации кюветы или дрейфа фундаментов, будет сопровождаться появлением сигнала в дополнительной cJIpдящей системе и совместным поворотом зеркал 2 и 8 относительно зеркала 1 в пер воначальное положение.

Предмет изобретения

1. Многоходовая оптическая кювета, содержащая неподвижное сферическое зеркало,и два подвижных сферических зеркала, снабженных механизмом поворота Нх друг относительно друга, отличагощаясч тем, что, целью управления механизмами поворота сферических зеркал, она снабжена следящими системами, содержащими фотодатчики, усгановленцые с тыльной стороны неподвижного сферического зеркала против полупрозрачных участков в местах падения отраженных пучков на расчетном расстоянии от нуль-пункта отсчета, постоянном для отраженных пучков при заданчом числе ходов.

2. Кювета по п. 1, от,гичаюигаяся тем, что за нуль-пункт принимают вертикальную ось симметрии неподвижного сферического зеркала.

3. Кювета по и. 1, отличающаяся тем, что она снабжена светоделительным устройством, установленным перед входным окном, причем нуль-пунктом является центр входного пучка, ВВОдимого В кгОВету через сВетоделггтельное устройство.

4. Кювета по п. 3, от,гичагощаяся тем, что светоделительное устройство содержит прямоугольную призму, обращечную одним катетом к световому потоку осветителя, а другим катетом — к входному окну, и наклеенную на полупрозрачную область в верхней части гипотенузной грани другой прямоугольной призмы, кагетная грань которой, обращенная к световому потоку осветителя, имеет зеркальное покрытие.

5. Кговета по и. 4, отличающаяся тем, чro высота полупрозрачного участка светоделительного устройства равна высоте выступающего над неподвижным сферическим зеркалом

Входного окна.

271058

)»с

Составитель А. А. Шеломова

Редактор A. В. Квочкина Техред 3. H. Tapa(IeIII o Коррекгор H. А. Мигрохииа

Заказ 2205)10 Тир а >к 1 80 Поди не.)ое

ЦНИИГ1И Комитета по делам изобрстсни)(и DTI p) ITllil при Соьетс Мшшстров СССР

Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4j5

ТIIII()l 1))н,)нн, ll1). C311) IIOI)2, 2