ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА Российский патент 1997 года по МПК G01J3/36 

Изобретение относится к технической физике, а именно к спектральным приборам с фотоэлектрической регистрацией излучения и может быть использовано для спектрального анализа различных материалов.

Известна фотоэлектрическая установка для спектрального анализа, состоящая из источника света, спектрального прибора, фотоприемника, коммутаторов, интеграторов и измерительного устройства [1]
Ближайшим аналогом изобретения является фотоэлектрическая установка для спектрального анализа, содержащая источник света, по ходу излучения которого установлен спектральный прибор, на оптическом выходе которого установлены фотоприемники, каждый из которых через свой электрический ключ и интегратор соединены с соответствующим входом регистра [2]
Эти установки обладают общим недостатком: для контроля фотоэлектрической воспроизводимости (суммарной погрешности, вносимой фотоприемником и измерительной системой) во всех приборах используется режим фотоконтроля, в котором фотоприемник воспринимает излучение от специального источника сплошного спектра, имеющего высокую стабильность излучения (фотометрические лампы). При этом на все фотоприемники поступает неразложенный свет близкой по величине интенсивности, что отрицательно сказывается на работе фотоприемников и измерительных каналов. Это обусловлено прежде всего тем, что каждый фотоприемник настроен на определенную спектральную линию, которые по интенсивности могут отличаться на несколько порядков. Поэтому каждый фотоприемник должен иметь свою строго определенную чувствительность. Для фотоприемников, выполненных на фотоэлектронных умножителях, она определяется величиной анодного напряжения.

Поэтому во всех фотоэлектрических многоканальных установках приходится изменять чувствительность фотоприемников при изменении режимов работы. При большом количестве каналов установка режимов занимает большое время.

Кроме того, для выхода на номинальный режим работы источнику стабильного излучения необходимо продолжительное время, которое также значительно увеличивает продолжительность режима фотоконтроля.

Кроме того, необходимо также учитывать время выхода на новый режим работы фотоприемников при изменении режимов работы. Для стабильной работы фотоприемников необходимо, чтобы они всегда находились под определенным выбранным из характеристики анализируемой линии напряжением. Нарушение этого условия при несогласовании интенсивности излучения и чувствительности фотоприемника может привести к длительному простою фотоприемника из-за его перенасыщения.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка анализатора, в котором при использовании исключена операция перестройки чувствительности фотоприемников при изменении режимов работы.

Технический результат при использовании изобретения заключается в сокращении продолжительности режима фотоконтроля за счет исключения операции чувствительности фотоприемников.

Дополнительный технический результат заключается в обеспечении номинальных режимов работы фотоприемников во всех режимах работы.

Этот технический результат достигается тем, что фотоэлектрический анализатор спектра, содержащий источник света, по ходу излучения которого установлен полихроматор с оптическим входом и оптическими выходами, оптически связанными с фотоприемниками, выходы которых через свой интегратор соединены соответственно с входами регистратора, дополнительно содержит источник стабильного излучения, световод, состоящий из моноволокон различного диаметра, выбираемого из условия согласования интенсивности источника стабильного излучения и чувствительности соответствующего фотоприемника, шторку, установленную между источником стабильного излучения и входом световода с возможностью прерывания оптической связи между источником стабильного излучения и световодом, выход которого посредством моноволокон оптически связан с входами соответствующих фотоприемников, шторку, установленную у оптического входа полихроматора с возможностью его прерывания, а также узел управления шторками, выход которого кинематически связан со шторками.

На чертеже приведена схема анализатора.

Он содержит источник 1 света, по ходу излучения которого установлен полихроматор 2 с оптическим входом 3 и оптическими выходами 4, шторку 5, установленную с возможностью прерывания оптического входа 3 полихроматора 2. Оптические выходы полихроматора оптически связаны с входом соответствующего фотоприемника 6, выход которого через соответствующий интегратор 7 подключен к соответствующему входу регистратора 8. Источник 9 стабильного излучения оптически связан с входом световода 10, состоящего из моноволокон, выходы которых оптически связаны с выходом соответствующего фотоприемника 6, между источником 9 и световодом 10 установлена шторка 11 с возможностью прерывания оптической связи между источником 9 и световодом 10, шторки 5 и 11 кинематически связаны с выходом узла управления шторками 12.

В аналитическом режиме шторка 11 прерывает связь между источником 9 и световодом 10, а шторка 5 открывает оптический вход полихроматора 2. В режиме фотоконтроля шторка 5 закрывает оптический вход 3, а шторка 11 не препятствует прохождению излучения на световод 10. Управление положением шторок осуществляется узлом 12, который может быть выполнен, например, в виде механического переключателя или электромагнита, подвижный элемент которого связан со шторками. В зависимости от положения электромагнита изменяет состояние шторок.

Анализатор работает следующим образом.

В аналитическом режиме излучение от источника 1 разлагается в спектр полихроматором 2, через выходы которого поступает на фотоприемники 6, которые преобразуют оптический сигнал в электрический, накапливаемый на интеграторах, с которых сигналы поступают в регистратор 8.

Переход в режим фотоконтроля осуществляется подачей сигнала на узел управления шторками, который перемещая шторки 5 и 11, закрывает оптический вход полихроматора и открывает вход световода 10. Ввиду того, что источник 9 постоянно находится во включенном состоянии и номинальном режиме, то режим фотоконтроля начинается сразу после открывания шторки 11. При этом из режима фотоконтроля исключается время, необходимое для выхода на режим источника 9. Так как величина излучения, подводимого к фотоприемнику зависит от диаметра моноволокна, то перестройка фотоприемника при переходе из режима в режим исключается. Чувствительность каждого фотоприемника устанавливается в зависимости от интенсивности анализируемой спектральной линии. А в режиме фотоконтроля за счет выбора величины диаметра моноволокна от источника 9 отбирается только та величина сигнала, которая соответствует чувствительности данного фотоприемника. При этом исключается случайное ошибочное перенасыщение фоторпимников, сокращается время режима фотоконтроля, которое в реальных условиях составляет 30-50 мин, за счет исключения перестройки фотоприемников и времени их выхода на режим.

Согласование величины излучения от источника 9, подводимого к фотоприемникам, с их чувствительностью осуществляется следующим образом.

Пусть чувствительность, например, первого, второго, третьего каналов в относительных единицах составляет отношение 100:10:1. Тогда диаметры моноволокон соответственно должны относиться как 0,1:0,31:1, т.к. величина излучения, подводимого по световоду пропорциональна площади сечения световода (квадрату его диаметра).

Испытания опытной установки на базе серийного квантометра МФС-6 показали, что продолжительность режима фотоконтроля сократилась до долей минуты, а сам режим возможно стало осуществлять с периодичностью 20 секунд (по необходимости), проведя его во время смены пробы.

Использование: спектральные приборы с фотоэлектрической регистрацией излучения. Сущность изобретения: в фотоэлектрический анализатор спектра, содержащий источник света, по ходу излучения которого установлен полихроматор с оптическим входом и оптическими выходами, оптически связанные с фотоприемниками, введены источник стабильного излучения, световод, состоящий из моноволокон разного диаметра, шторка, установленная между источником стабильного излучения и входом световода с возможностью прерывания оптической связи между источником стабильного излучения и световодом, и шторка, установленная у оптического входа полихроматора с возможностью его прерывания, а также узел управления шторками, выход которого кинематически связан со шторками. 1 ил.

Фотоэлектрический анализатор спектра, содержащий источник света, по ходу излучения которого установлен полихроматор с оптическим входом и оптическими выходами, оптически связанными с фотоприемниками, выходы которых через свой интегратор соединены соответственно с входами регистратора, отличающийся тем, что он дополнительно содержит источник стабильного излучения, световод, состоящий из моноволокон разного диаметра, выбираемого из условия согласования интенсивности источника стабильного излучения и чувствительности соответствующего фотоприемника, шторку, установленную между источником стабильного излучения и входом световода с возможностью прерывания оптической связи между источником стабильного излучения и световодом, выход которого посредством моноволокон оптически связан с входами соответствующих фотоприемников, шторку, установленную у оптического входа полихроматора с возможностью его прерывания, а также узел управления шторками, выход которого кинематически связан со шторками.