Способ измерения полуширины спектральной линии

 

768762

Союз Советсннн

Социалнстичеснин

Реслублин (б1) Дополнительное к авт, свид-ву— (22) Заявлено 12.10.78 (21) 2672850/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.10.80 Бюллетень № 37 (45) Дата опубликования описания 07.10.80 (51) М. Кл.з

G 01 J 3/30

Государственный комитет

ro делам изобретений и отнрытнй (53) УД К 535.8 (088.8) (72) Авторы изобретения

Е. А. Ершов-Павлов и H. И. Чубрик

Ордена Трудового Красного Знамени институт физики АН Белорусской ССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛУШИ РИ НЬ1

СПЕКТРАЛЬНОЙ ЛИНИИ ной функции, линии.

Эта цель достигается благодаря тому, что полуширину спектральной линии опрев деляют по отношению ее интенсивности, зарегистрированной для двух значений ширины спектрального интервала на выходе прибора с известной аппаратной функцией.

Имеется двухканальный монохроматор, t0 аппаратная функция которого f, одинакова для обоих каналов..

Необходимо определить полуширпну линии с формой контура, . Распределение освещенности в плоскости выходных щелей

1б монохроматора прп регистрации излучения линии определяется сверткой этих двух функций

F (x) =! f,, (х ) f n (х — х ) с(х . (1) 20

Полная энергия линии Ео при некогерсптном освещении

+ж

Ео — — с ) F(x)dx, (2) где с — константа, равная Ео для нормированной функции F (х), т. е. . -".о

F (х) dx=1.

30 — 00

Изобретени относится к области спектроскопии, в частности спектроскопии нагретых газов и плазмы, и может быть использовано для определения параметров спектральных линий атомов и ионов, диагностики плазмы.

Известен способ определения полуширины спектральной линии (1).

Наиболее близким техническим решением является способ определения полуширины спектральной линии, основанный на регистрации интенсивности ее излучения, т. е. регистрапии ее контура с помощью многоканальной фотоэлектрической системы. Интенсивность излучения в несколько точках контура линии рсгпстрирустсяодновременно соответствующим числом каналов, например, датчиков излучения, расположенных близко друг к другу в фокальной плоскости спектрального прибора. По полученному таким образом контуру линии можно определить ее полуширину (2), однако отмечается сложность производимого измерения.

Целью изобретения является упрощение процесса определения полуширппы спектральной линии при использовании одно-илп двухканальных спектральных приборов среднего разрешения с шириной аппарат2 сравнимой с полуширпной

768762

Знергия линии, регистрируемая при ширнпс выходной щснп b, равна

Для линии, попадающей в центр выхо,ч ной щели, шириной b, будет рсгистрпроваться часть ее энергии, равная

-)—

E=E, 1F (x) dx. (3) ь

Доля регистрируемой энергии для заданных f, и f,1 зависит от их полуширины (а и Л7. соответственно) п и!ирины выходной щсли b, т. е.:

Е=Ep — (b+a) arctg! b+a — (b — а) arctg — — " (1п(()Л7а) +

Ai.

+ (a+h) ) — In((A7„) 2+ (r(— b) ) ) (10)!

Псрейдя к безразмерным величинам путем подстановки

Е=ЕО(р(а, ЛХ, b). (4)

При различной ширине выходной щели в обоих каналах монохроматора — b, и b,— будет зарегистрирована энергия соответственно = Ч (а, Л7, b(, b2). (6)

Е, Таким образом, учитывая, что сигнал в каждом канале пропорционален регистрируемой энергии, по отношению сигналов от обоих каналов можно определить Л7, если известны величины а, b, и b2.

Пример определения полуширины атомных спектральных линий, излучаемых положительным столбом стабилизированнойэлектрической дуги при атмосферном давлении. В условиях электрических дуг высокого давления концентрация электронов в плазме велика и большинство контуров атомных линий тяжелых элементов носит дисперсионный характер Х 1

fr —— (1 — ..1-+ (а- — ) Для регистрации излучения изпользуют монохроматор со сравнительно широкой входной щелью, аппаратную функцию которого можно представить в виде при (х) ( а

0 .! >—

2 (8) где а †. полуширина аппаратной функции прибора, равная ширине его входной щели.

При регистрации излучение в линии распределения освещенности в плоскости выходной щели монохроматора в этом случае имеет вид

F(c) = агс19 — ага19 ) (9) )(а Ai, At„

Е) — — Е()(р(а, Mi, b() и Е2 — — Ео(р(а, Л7., b2). (5)

Из выражения (5) следует, что

b=na, Л7.=та, 1Б где и и т

25 Таким образом, долю регистрируемой энергии линии k при заданном соотношении величин а, b и Л7. можно представить в виде

Е (n -, 1

К = — = — (n+ I) arctg —

Е, т (n — 1) arctg - — — — (In(m2+ (и+1) 2)—

Fn 2 — )а(т -1- (а — 1) )) ) (13) зо

На фиг. 1 представлен график зависимости К от относительной величины (л полуширины линии и аппаратной функции прибора для различных соотношений и— ширины аппаратной функции и выходной щели. Используя график и зная а и и, можно определить m, найдя экспериментально коэффициент k, либо как отношение сигналов при регистрации энергии линии с выходной щелью узкой и достаточно широкой для регистрации полной энергии линии (при условии отсутствия в данном участке спектра других линий), либо, получив полную энергию расчетным путем и используя абсолютную калибровку, и далее из выражения (11) найти Л7,.

Принимая во внимание уравнения (6) и (13), можно рассчитать соотношение энергий (сигналов) для двух значений n) — — 1 и

n2 — — 5 (двух размеров выходной щели). На фиг. 2 представлено соотношение регистрируемой энергии линии для двух значений выходной щели в зависимости от т для рассматриваемого случая. Измерив отношение сигналов для двух значений выходной щели b, и b2, можно найти m и, зная а, определить Л7. Сказанное выше можно проиллюстрировать на примере измерения полуширины спектральных линий.

45

55

60 коэффициенты пропорциональности, получаем (и+!

Е=ЕΠ— — ((и+ 1) arctg—

"о — (и — 1) агс1д — — — (In(m2+ (п+ 1) )— т 2 — 1п(т2+ (и — 1) -")) (. (12) !

768762 к, n=(0

g8 п=5

Об и-2 о,е

0?! б

5

1 856,7 нм и Ar 1 811,5 нм в спектре плазмы воздуха, получаемой в стабилизированной дуге атмосферного давления при силе тока 200 а. Ширина входной щели использованного спектрометра прп измерениях составляет 0,2 пл, выходной—

0,2 мм (для n=1) и 1,0 мм (для а=5).

Для нахождения значений интенсивности в каждой пространственной зоне с определенной температурой применено обратное преобразование Абеля, для выбранных значений температуры найдено отношение интенсивностей и по ним — ширина линий.

На фиг- 3 и 4 представлены результаты измерения полуширины линии азота (М 1

856,7 нм) и аргона (Аг 1 811,5 нм), соответственно. Здесь же приведены данные расчета полуширины линий с использованием штарковских параметров Г. Гримма. Для большей части температурного диапазона измеренные и рассчитанные величины удовлетворительно согласуются. Погрешность метода не превышает

10О О в оптимальных условиях.

Формула изобретения

Способ измерения полуширины спектральной линии с помощью приборов со спектральным разрешением, сравнимым с полушириной линии, основанный на регистрации интенсивности ее излучения, о т л пч а ю шийся тем, что, с целью упрощения измерения полуширину спектральной ли10 нии определяют по отношению ее интенсивности, зарегистрирванной для двух значений ширины спектрального интервала на выходе прибора.

1 5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Нагибина И. М. и Прокофьев В. К.

Спектральные приборы и техника спектроо скопин. М.-Л, «Машгиз», 1963, с. 131.

2. Kiyohiko О., Kozo, А., Кагпо М., Kozuke О, Jap Journ, Аррl. Phys., 1971, 10, М 7, 886.

768762

4 4о о0

Об

Составитель А. Смирнов

Техред И. Заболотнова

Корректор T. Трушкина

Редактор Б. Федоров

Изд. № 517 Тирая 729

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, K-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 7478

Подписное

Загорская типография Уирполиграфиздата Мособлисполкома

10 17 И T 10 /

Щы

10 12 14 T V4 4