Двухканальный спектрофотометр

 

И.К. Смолкин и Е.И. Лебедев (72) Авторы изобретения

1

6, °

ФФ(° ., %, ф (7!) Заявитель ьМьММ . ". (54) ДВУХКИНИЛЬНЫЙ СПЕКТРОФОТОМЕТР

Изобретение относится к спектральному приборостроению и может быть использовано для прецизионных измерений в инфракрасном диапазоне.

Известны двухлучевые спектрофотсметры оптического нуля (1) .

Однако они обладают относительно невысокой фотометрической точностью (охало 1Ф) и малой скоростью регистрации иэ-ва ряда принципиальных .ограничений. Эти ограничения связаны, о главным образом, с погрешностями изготовления компенсатора (фотометрического клина), неравномерностью изображения источника в плоскости

15 фотометрического клина, с кинематическими погрешностями передачи фотометрический клин — перо, а также с инерционностью последней, что, как плавило лимитирует скорость сканиS

20 рования.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является двухканальный спектрофотометр,со держащий источник излучения, оптические элементы для формирования пучков в каналах образца и сравнения,регулируемый компенсатор неравенства интенсивностей пучков в каналах образца и сравнения, управляющую фотоэлектрическую систему с неселективным фотоприемником, выход которой подключен к регулятору компенсатора, измерительную фотометрическую систему, выход которой подключен к индикаторному устройству, монохроматор, установленный перед управляющей фотоэлектрической системой, и модулятор для поочередной подачи на вход управляющей фотоэлектрической системы пучков из каналов образца и сравнения и для подачи на вход измерительной системы пучков из канала сравнения f23.

Этот спектрофотометр имеет дополнительную однолучевую фотометрическую систему, измеряющую поток,прошедший через компенсатор. Таким

90 образом, в данном приборе разделены функции компенсации поглощения образца и рег страции потока, прошедшего ерез компенсатор в момент компенсации. - то позволяет исключить такие г1огрешности, как по решности изго товлени. комп нсатора, неравномерность иэображения источника в плоскости комп енсатора. Кроме того, спектрофотометр снабжен оптическими элеиен-.ами длл формирования пучка в опорном -;àíàëå и длл подачи э.ого пучка на вход измерительной фотаметрической системы поочередно с подачей на ее вход пучка иэ канага сравнения.

Основным недостатком данного спектрофотометра является сложность оптической. схемы, в которой имеется три отдельных канала. Кроме того, наличие механического компенсатора накладывает ограничения на быстродействие прибора.

Цель изобретенил - упрощение оптической схемы спектрофотометра при сохранeíHè è высокой фо гометрической точности, Цель достигается благодаря тому, что регулируемь.й компенсатор выполнеH на основе дополнительного источника излучения - светодиода, подключенного к схеме питания, а

pGf vJ1fltQD компенсатора в виде схе мы изменения среднего тока питания светодиода„ измерительная система снабжена устройством для измерения средней интенсивности излучения дополнительного источника, а управляющая система - элементами для подачи изгученил от дополнительного источника на неселективный фотоприемник управллющей системы синхронно с подачей на него излучения из канала образца, Кроме того, схема питания светодиода выполнена в аиде генератора переменной частоты, регулятор компенсатора - e виде схемы изменения частоты генератора, а элементы для измеренил средней интенсивности излучения светодиода - в виде частотомера.

На чертеже представлена блок-схема спектрофотометра.

Спектрофотометр содержит исто ник излучения 1, зеркало 2, формирующее пучок канала сравнения, зеркала

3 и 4 для формирования пучка канала образца, а также модулятор 5, который может быть выполнен в форме вращающегося секторного зеркала. Зеркальный модулятор 5 установлен таким образом, чтобы поочередно направлять на вход монохроматора 6 и далее на вход управляющей фотоэлектрической системы 7 пучок образца и пучок сравнения. Основными элементами управляющей системы являются неселек1в тивный приемник излучения 8, соответствующий ее входу, и схема 9 выделения сигналов разбаланса, выраба" тываемых приемником 8 в последовательные полупериоды вращения сектор1З ного зеркала 5. Выход управляющей фотоэлектрической системы подключен к коммутатору 10 компенсатора 11 неравенства пучков в каналах образца и сравнения. Компенсатор неравенства

О пучков содержит, кроме этого, схему питания 12 и дополнительный источник излучения 13, в качестве которого применен светодиод на основе арсенида галлия типа АЛ 106, и систему 14 щ термостабилизации светодиода. Измерительная система l5 подключена к индикаторному устройству {или регистрирующей системе) 16 через устройство измерения средней интенсивности излучения t7, содержащее фотодиод 18.

Прибор работает следующим образом

Излучение от источника 1 зеркалами 2 и 3 разделяется на пучки сравнения и образцы. Первый из них непосредственно, а второй - через образец и зеркало 4 попадает на секторное вращающееся зеркало {модулятор) 5, так что в каждый полупериод

его вращения пучки образца и сравнения отражаются или проходят через модулятор 5 и идут попеременно в монохроматор 6. После разложения в спектр эти пучки попадают на неселективный приемник излучения 8. При этом коммутатор 10, синхронизированный с вращением модулятора 5,включает схему 12 питания дополнительного источника излучения (светодиода) l3 в тот полупериод, когда на приемник 8 поступает пучок канала образца, и отключает ее нв время второго полупериода. В результате на выходе фотоприемника 8 управляющей системы возникает последовательность импульсов с двумя величиЯ нами амплитуды, одна иэ которых пропорциональна интенсивности излучения в канале сравнения, а втораясумме интенсивностей излучения в

5 9056 канапе образца и дополнительного источника. Схема 9 выделяет из этой последовательности сигнал, характеризующий разбаланс импульсов (неравенство их амплитуд), т.е. нера- S венство интенсивностей потоков излучения, попадающих на приемник 8 в последовательные полупериоды работы модулятора . Этот сигнал после преобразования подается через коммута- 1О тор 10 на схему питания 12, которая изменяет интенсивность излучения дополнительного источника до исчезновения сигнала разбаланса. Таким образом, дополнительный источник 15

13 в сочетании со своей схемой питания 12 и коммутатором 10 выполняет функцию регулируемого компенсатора

11 неравенства интенсивности пучков в каналах образца и сравнения.При этом средняя интенсивность добавочного потока излучения, являющаяся мерой поглощения в образце, измеряется устройством 17, входящим в измерительную систему 15, сигнал с 2з которого поступает на индикаторное или регистрирующее устройство 16.

8 том случае, если в качестве дополнительного источника используется светодиод, работающий в ключевом ре- з0 жиме, сигнал раэбаланса используется для управления частотой генератора, включенного в системе питания 12.Для инерционного приемника 8 изменение частоты импульсов источника излуче- 35 ния l3 эквивалентно изменению средней интенсивности добавочного излучения. Измерение поглощения в образце в этом случае сводится к измерению частоты следования импульсов излуче- 40 ния с помошью устройства 17, связанного непосредственно с генератором схемы питания 12 или с фотодиодом

18. Вместо изменения частоты можно использовать изменение скважности им-4 пульсов.

Дополнительный источник излучения 13 и фотодиод 18 могут составлять вместе комплектный блок — оптронную ячейку. Такие ячейки серийно выпускаются промышленностью.

Для того, чтобы одинаковым величинам поглощения на разных длинах волн соответствовали одинаковые показания спектрофотометра, монохроматор 6 имеет специальный щелевой механизм, выравнивающий величину сигнала в канале сравнения по длинам волн. Относительно невысокая точ58 ность этого уравнивания увеличивается до необходимого значения системой автоматической регулировки усиления (на чертеже не показана) .

Таким образом, в предлагаемом спектрофотометре измерение поглощения. образца производится по двухканальной схеме без использования подвижных механических элементов типа фотометрических клиньев. Тем самым значительно упрощается кинематическая схемы, повышается надежность и устраняются погрешности, связанные с ошибками изготовления фотометрического клина, лимитирующие точность измерений на обычном спектрофотометре. Кроме того, достигается высокое быстродействие, ограничиваемое только инерционностью неселективного фотоприемника (постоянная времени порядка 20 мс). Благодаря тому, что в основном варианте данного спектрометра непосредственно измеряемой величиной является не амплитуда, а частота импульсов излучения, значительно упрощаются цифровая регистрация и выдача данных измерений в

3ВМ.

Формула изобретени я

1. Двухканальный спектрофотометр, содержащий источник излучения, оптические элементы для формирования пучков в каналах образца и сравнения, регулируемый компенсатор неравенства интенсивностей пучков в каналах образца и сравнения, управляющую фотоэлектрическую систему с неселективным фотоприемником, выход которой подключен к регулятору компенсатора, измерительную систему, вы-, ход которой подключен к индикаторному устройству, монохроматор, установленный перед управляющей фотоэлектрической системой,и модулятор для по" очередной подачи на вход управляющей фотоэлектрической системы пучков из каналов образца и сравнения,о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения оптической схемы спектрофотометра, регулируемый компенсатор выполнен на основе дополнительного источника излучения светодиода, подключенного к схеме питания, а регулятор компенсатора в виде схемы изменения среднего тока питания светодиода, измеритель905658

Составитель А. Качанов

Редактор M. Циткина Техред Н.Иайорощ Корректор Н. Стец

Тираж 882 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 347/56

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 ная система снабжена устройством для измерения средней интенсивности излучения дополнительного источника а управляющая система - элементами для подачи излучения от дополнительного источника на неселективный фотоприемник управляющей системы синхронно с подачей на него излучения из канала образца.

2. Спектрофотометр по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что схема питания светодиода выполнена в виде генератора переменной частоты, регулятор компенсатора - в виде схемы изменения частоты генератора, а элементы для измерения средней интенсивности излучения дополнительного источника выполнены в виде частотометра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 . Тарасов К,И. Спектральные при1в боры. л., "иааиностроение", 1968.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке И 2120365,04.04.75.