Инфракрасный спектрофотометр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<и947652 (61)Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30. 01. 81 (21) 3241933/18.-25 с присоединением заявки ¹(23) Приоритет

Опубликовано 30.07,82.Бюллетень № 28 (5 ) М g 3

G О1 Э 3/42

Государствеиный комитет

СССР

ll0 делам изобретеиий и открытий (53) УДК 535. 8 (088.8) Дата опубликования описания 30.07.82

О.В. Александров, Е. A. Внноградов и л. Б. Кацнельсон г. (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ИНФРАКРАСНЬЩ СПЕКТРОФОТОМЕТР

Изобретение относится к спектральному приборостроению и может быть использовано для создания высокочастотных спектрофотометров. 5

Известны инфракрасные спектрофотометры, в которых для модуляции излучения или коммутации оптических каналов используется прерыватель, периодически вводимый в поток излучения (lj .

Недостаток известных инфракрасных спектрофотометров заключается в том, что в них не исключены погрешности, обусловленные собственным излучением спектрафотометра. Это мешающее излучение попадает на детектор спектрофотометра в те полупериоды движения прерывателя, когда он перекрывает поток излучения от источника на детектор.

Источниками мешающего излучения могут быть как сам прерыватель, когда он имеет достаточно большой спектральный коэффициент излучения, так и излучение различных нагретых деталей, когда прерыватель отражающий.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является спе" ктральное устройство, содержащее последовательно установленные источник излучения, зеркальный прерыватель, ионохроматор, детектор и-оптическиХ ,поглотитель, оптически сопряженный с детекторам посредством зеркального прерывателя (2).

К недостаткам можно отнести низкую точность измерений эа счет погрешностей, обусловленный неравенством тем" пературы детектора и оптического поглотителя.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем уменьшения погрешностей, обусловлен" ных непостоянством нулевого сигнала.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что в йнфракрасный спектрофотометр, содержащий последовательно установленные источник излучения, зеркальный прерыватель, монохроматор, детектор и оптический поглотитель, оптически сопряженный с детектором посредством зеркального прерывателя, введено устройство для выравнивания температуры между оптическим поглотителем и детектором.

На чертеже показана принципиаль-ная схема инфракрасного спектрофотометра.

Инфракрасный спектрофотометр со держит источник 1 излучения, например, керамический излучатель, эеркаль947652 ный прерыватель 2, выполненный, например, в виде полудиска, установленного с возможностью вращения вокруг своей оси 3, монохроматор 4, детектор

5, оптический поглотитель б и устройстьо 7 подцержания температуры оптического поглотителя б, равной с требуемой точностью температуре детектора 5, который подключен к измерите.льной системе 8, связанной с не изображенными на чертеже индикаторным )0 прибором, регистрирующим устройством

ЭВМ и т.п. Оптический поглотитель б представляет собой физический объект, у которого спектральный коэффициент отражения, ЙЛ в рабочем спектральном интервале спектрофотометра близок нулю. Оптический поглотитель б целесообразно выполнить в виде камеры, форма внутренней полости 9 которой обеспечивает многократное отражение любого вошедшего в нее луча. При этом на стенки внутренней полости 9 нанесено покрытие, поглощающее излучение. Возможно также выполнение оптического Йоглотителя 6 в виде пластин из металла с высокой теплопроводностью, покрытого сажей. устройство поддержания температуры оптического поглотителя может пред) ставлять собой, например, ультратермостат с жидким теплоносителем, обмывающим корпус детектора 5 и поглотитель б.

В простейшем варианте это устройство 7 поддержания температуры может быть выполнено в виде металлическо- З го термопроводника. При этом он одновременно может. служить конструктивным элементом, к которому крепятся как детектор, так и оптический поглотитель. 40

Плоскость 10 зеркального прерывателя 2 выполнена зеркальной, при этом углы с(1, К, образованные нормалью N к плоскости 10 зеркального прерывателя 2, соответственно с 45 осями 0101 оптического поглотителя б и 0 10) не изображенной на чертеже проекционной системы, направляющей излучение источника 1 излучения на входную щель монохроматора 4, равны друг другу. Кюветное отделение или держатель исследуемого образца ИО расположены между зеркальными прерывателем 2 и монохроматором 4. Размеры Е, Н выходного окна оптического поглотителя б выбраны из,условий

L ) I+2S tg U, н ) h+25 tg U, где 1, h высота и ширина источника 1 излучения соответственно,U — входной апертурный угол проекционной системы, а S — аесолютное значение разности расстояний бО от оптического поглотителя б и источника 1 излучения до первого оптического элемента проекционной сис- темы. Если расстояние от него до бптического поглотителя б больше, чем б5 к от источника 1 излучения, то на оси

0„ 0„ перец оптическим поглотителем б целесообразно установить диафрагму 11, расстояние от которой до зеркального прерывателя 2 следует выбрать равным S.

Инфракрасный спектрофотометр работает следующим образом.

В течение одного полупериода своего вращения зеркальный прерыватель

2 выведен иэ потока излучения от исхбчника 1 излучения. В этот полупериод излучение попадает на исследуемый образец ИО.. Часть монохроматического излучения, прошедшая через образец и

;лонохроматор 4, создает с помощью проекционной системы иэображение източника 1 излучения на приемной площадке детектора 5.

В следующий полупериод своего вращения, соотвествующий нулевому сигналу, зеркальный прерыватель 2 перекрывает поилок излучения от источника 1 излучения и одновременно сопрягает своей зеркальной плоскостью 10 оптический поглотитель б и детектор 5.

При этом благодаря выбору указанных значений L и Н он направляет вдоль оси 0 0 только поток, представляющий собой сумму собственного излучения поглотителя и диффузного отражен. ного им излучения нагретых элементов спектрофотометра. Никакие другие потоки на детектор 5 в это время не попадают, потому что прерыватель так же,.как и другие элементы оптической схемы, имеет спектральный коэффициент излучения ЕЛ О.

Значение первой из укаэанных составляющих нулевого сигнала определя-. ется теплообменом между детектором и поглотителем и зависит от разности температур между ними, значение второй составляющей определяется спектральным коэффициентом отражения поглотителя.

Благодаря введению оптического поглотителя б с малым Rg и .устройства 7 поддержания ez"o температуры, близкой температуре детектора 5, обе эти составляющих малы, так что их флуктуации не влияют на постоянство . нулевого сигнала, и следовательно, не вносят погрешности измерений..Требования на точность подцержания равенства температур между оптическим поглотителем и детектором и на R однозначно связаны с допустимой абсолютной фотометрической погрешностью лТ спектрофотометра. Можно показать, что фотометрическая погрешность дТЛ, вызванная нестабильностью нулевого сигнала dI, выражается формулой

33

" » — (ë-т, ц

947652

Формула изобретения

Р

gf

ВНИИПИ Заказ 5618/62 Тираж 887 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óærîðîä, ул. Проектная, 4 где T> - измеряемый спектральный коэффициент пропускания исследуемого образца; — лучистый поток, излучаемый источником.

Из формулы ()) видно, что погрешность измерения растет при уменьшении измеряемых коэффициентов пропускания, причем допустимая нестабильностьь5А нулевого сигнала связана с . допустимой фотометрической погреш- 10 ностью д Т спектрофотометра выражением аЛ - ДЛат.

Погрешности измерений, вносимые ниэкотемпературным излучением нагретых элементов спектрофотометра, наиболее существенно сказываются в длинноволновой части спектра от

10 мкм и дальше. В этой области для теплового излучения справедлив закон

Рэлея-Джинса, согласно. которому меж.ду спектральным потоком излучения и температурой, выраженной в шкале Кельвина, существует линейная зависимость.

Инфракрасный спектрофотометр, содержащий последовательно установленные источник излучения, зеркальный прерыватель, монохроматор, детектор и оптический поглотитель, оптически сопряженный с детектором .посредством зеркального прерывателя, о т л и— ч а ю шийся .тем, что; с целью повышения точности измерения путем уменьшения погрешностей, обусловленных непостоянством нулевого сигнала, в него введено устройство для выравнивания температуры между оптическим поглотителем и детектором.

Источники, информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Спектрометр инфракрасный ИКС-31.

Техническое описание и инструкция по эксплуатация ЛОМО, 1977, с. 6-7.

2. Авторское свидетельство СССР

9 211119, кл. G 01 J 3/42, 1963.