КОМПАРАТОР Российский патент 1998 года по МПК G01B9/08 G01J3/36 

Изобретение относится к вспомогательной аппаратуре для спектральных приборов и предназначен для измерения расстояний между спектральными линиями (далее СЛ) в единичном спектре и между СЛ и интерференционными полосами (далее ИП), расположенными в смежных спектрограммах, спектроинтерферограммах протяженных длин (3 м и более).

Известен двойной спектропроектор ДСП-1, который позволяет одновременно проектировать на горизонтальный экран увеличенное изображение двух спектрограмм и используется в практике спектрального анализа для расшифровки спектров путем сравнения с эталонными.

Недостатки: прибор визуальный, предметные столики допускают установку спектрограмм размером 9 х 24 см и могут перемещаться совместно в продольном направлении на 220 мм; отсутствие отсчетных механизмов, позволяющих измерять расстояния между линиями (Оптические приборы. Каталог, т. 4. Спектральные приборы, Машиностроение, 1969, с. 272).

Известен компаратор горизонтальный ИЗА-7 (Техническое описание и инструкция по эксплуатации, ЛОМО, Ленинград, 1982).

Компаратор предназначен для измерения длин путем сравнения измеряемой длины объекта со штриховой линейной мерой компаратора, в том числе для измерения линейных размеров между штрихами СЛ на негативах спектрограмм.

Данный компаратор включает в себя две оптические системы: визирную и отсчетную продольного перемещения. Конструктивно он состоит из основания с осветительной системой, подвижного стола, визирного и отсчетного микроскопов. На подвижном столе установлена аттестованная стеклянная миллиметровая шкала, по которой осуществляются измерения при закреплении на столе измеряемого объекта, для закрепления которого в столе имеются отверстия, в которые вставляются прижимы. Для правильной установки измеряемого объекта относительно оси измерения служит линейка, с помощью которой можно перемещать объект перпендикулярно к оси измерения и разворачивать его на небольшие углы.

Недостатки: визуальные методы измерения с помощью двух систем: визирной и отсчетной продольного перемещения; дискретное увеличение поля зрения визирного микроскопа при сменных объективах: 1,5^x, 3,5^x, 5^x; пределы измерения длин - до 200 мм; нельзя измерять спектрограммы протяженной длины без потери информации; пленку спектрограммы можно измерять при закреплении ее между двумя стеклами, использование которых вызывает поглощение, отражение, в том числе многократное, рассеяние, т.е. потерю яркости, контраста спектрограммы; из-за преломления хода лучей в стекле (пластинках) происходит параллельное смещение изображения; субъективные ошибки измерения, параллакс; отсутствие возможности счета ИП, количество которых может составлять тысячи; погрешность измерений ширины СЛ и расстояний между ними 1 - 8%; пленку шириной 35 мм использовать нельзя - ширина смотрового паза 25 мм; отсутствует возможность перемещать пленку по высоте, в том числе для измерения расстояний между СЛ, ИП в смежных спектрах.

Задача изобретения - повышение точности, расширение функциональных возможностей, фотоэлектрическая регистрация с обработкой данных на ЭВМ.

Достижение задачи осуществляется следующим образом.

Компаратор, содержащий источник света, визирную и отсчетную системы и механизм перемещения спектрограмм, снабжен блоком обработки сигналов, ЭВМ и пультом управления, визирная система выполнена в виде расположенных последовательно на оптической оси конденсора, спектральной щели с переменной шириной, установленной перед спектрограммой, объектива, установленного за спектрограммой, поворотного зеркала с тремя отверстиями, одно из которых расположено на оптической оси, а два других симметрично ему, и экрана, отсчетная система выполнена в виде параллелограммного механизма, содержащего светоделительный экран, устройства перемещения самого параллелограммного механизма и фотоприемного блока, параллелограммный механизм установлен с возможностью сканирования измерительной щели по контурам СЛ вдоль дисперсии спектрограммы, механизм перемещения спектрограммы выполнен в виде бипротяжного средства с релаксационным генератором, соединенным с двигателем, датчиком протяжки пленки и блоком управления протяжкой, блок обработки сигналов выполнен в виде усилителей, входы которых подключены к фотоприемному блоку, а выходы к аналого-цифровым преобразователям и соединены с ЭВМ и пультом управления через управляющую шину, к которой подключены механизм наклона измерительной щели, блок управления протяжкой пленки, датчик протяжки пленки и устройство перемещения параллелограммного механизма. Механизм наклона измерительной щели содержит последовательно соединенные между собой и подключенные к управляющей шине датчик наклона, шаговый двигатель и редуктор, связанный с измерительной щелью, а устройство перемещения параллелограммного механизма содержит шаговый двигатель, подключенный к управляющей шине, и редуктор.

Таким образом, предлагаемая конструкция компаратора имеет следующие преимущества:
- визуальный метод заменен на объективный с фотоэлектрической регистрацией;
- ручное управление прибором заменено автоматизацией измерений с подключением ЭВМ;
- пределы измерения (0 - 200 мм) увеличены до 16 м и более без потери информации;
- дискретное увеличение поля зрения заменено на плавное от 1^x до 10^x;
- при измерении фотопленок спектрограмм стеклянные пластинки исключены;
- возможно использование обычной фотопленки шириной 35 мм;
- при точных измерениях на ИЗА-7 в поле зрения визирного микроскопа спектрограмма (измеряемый объект) перемещается от руки; при точных измерениях на предлагаемом компараторе, измеряемая спектрограмма, спектроинтерферограмма стоит неподвижно; перемещается измерительная щель с фотоприемными устройствами;
- измерительная щель переменной ширины с расположенными за нею тремя фотоприемниками позволяет проводить измерения в трех смежных спектрограммах и измерять расстояния между СЛ, ИП, расположенными как в одной спектрограмме, так и между СЛ, ИП, расположенными в смежных спектрограммах, что в прототипе отсутствует;
- погрешности измерений расстояний между СЛ, ИП уменьшаются на 10^-1 - 10^-2 за счет объективного метода измерения расстояний, определяемых по максимумам СЛ, ИП при сканировании измерительной щели.

На фиг. 1 изображена блок-схема компаратора, где: 1 - источник света, 2 - конденсор, 3 - спектральная щель переменной ширины, 4 - спектрограмма, спектроинтерферограммы, 5-1, 5-2 - бипротяжное средство с кассетами, 6 - релаксационный генератор, 7 - двигатель, 8 - датчик протяжки пленки, 9 - блок управления протяжкой пленки от ЭВМ или от пульта (БУПП), 10 - объектив, 11 - поворотное зеркало, 12 - экран с биссектором (ЭКР), 13 - экран светоделительный для опорного сигнала, принимаемого фотоприемником 15-1, 14 - измерительная щель длиною 140 мм, цена деления отсчетного барабана 0,01 мм, 15-1 - фотоприемник для опорного сигнала, 15-2, 15-3, 15-4 - фотоприемники для трех спектрограмм, 16-1 - 16-4 - усилители для соответствующих фотоприемников, 17-1 - 17-4 - АЦП, 18 - редуктор механизма наклона измерительной щели 14, 19 - шаговый двигатель механизма наклона щели 14, 20 - датчик наклона щели 14, 21-1 - верхнее основание параллелограммного механизма (ПМ - верхнее основание), 21-2 - нижнее основание (ПМ - нижнее основание), 22 - ШД устройства перемещения ПМ, 23 - редуктор перемещения ПМ, 25 - ЭВМ, 26 - пульт управления (ПУ); на фиг. 2 изображена схема оптики компаратора, где: 1 - источник света (кинопроекционная лампа К220-100), 2 - конденсор, 3 - спектральная щель переменной ширины (0-4 мм), 4 - плоскость спектрограммы (фотопленки), 10 - объектив (Индустар 51У), 14 - измерительная щель, 15-2, 15-3, 15-4 - фотоприемники (ФДК155), 11 - поворотное зеркало, 12 - экран с биссектором.

Источник света 1 конденсором 2 изображается в плоскости входного зрачка объектива 10 с увеличением У зрачка. Объектив 10 изображает плоскость фотопленки 4 на фотоприемники 15-2, 15-3, 15-4 с увеличением 1-10^x и расположенную перед ними измерительную щель 14. При работе с разными увеличениями изменяются расстояния: a - от источника света 1 до конденсора 2, b - от плоскости спектрограммы 4 до объектива 10, c - от объектива 10 до плоскости изображения. Оптическая схема (фиг. 2) обеспечивает одновременное получение изображений трех спектрограмм, спектроинтерферограмм, расположенных встык по высоте при увеличениях 1^x - 10^x на плоскости изображения. Щель 14 расположена перед фотоприемниками на расстоянии 0,1 мм. Поворотное зеркало 11 имеет два движения: зеркало выведено из пучка лучей при проведении измерений и устанавливается под углом 45^o к оптической оси для контроля параллельности СЛ, ИП линиям биссектора экрана 12. Т.к. расстояния от точки пересечения зеркала 11 с оптической осью до экрана и до плоскости изображения равны, то если СЛ, ИП параллельны линиям биссектора, то они одновременно будут изображаться параллельными и на плоскости изображения. По трем отверстиям в зеркале, по участкам этих СЛ, ИП осуществляется фотоэлектрический контроль параллельности ножей щели 14 СЛ, ИП. Фотоприемник 15-3 расположен неподвижно на оптической оси и соответствует центральной спектрограмме. Фотоприемники 15-2 и 15-4 смещены симметрично фотоприемнику 15-3 вверх и вниз на 10^x увеличение и они соответствуют спектрограммам, расположенным встык с центральной спектрограммой. Эти два фотоприемника могут перемещаться вверх и вниз и устанавливаться на любое увеличение 1^x - 10^x. Контроль параллельности ножей щели 14 СЛ, ИП осуществляется следующим образом, но может быть другим. Щель 14 стоит неподвижно. Ножи раскрыты. В плоскости изображения находятся участки СЛ, ИП, прошедших через три отверстия. По сигналам трех фотоприемников определяются положения максимумов СЛ, ИП. Затем осуществляется сканирование СЛ, ИП вправо и влево до ножей щели 14 и фиксируются эти расстояния. Если они равны, то ножи щели 14 параллельны СЛ, ИП, если не равны, то щель 14 надо заклонить с помощью датчика наклона 22. Для определения этих же расстояний также использовались значения полуширины контура СЛ, ИП. Технический результат - повышение точности измерений.

Для поиска или установки спектрограммы, спектроинтерферограммы в определенном участке спектра, для поиска определенных СЛ, ИП, повтора измерений в определенном участке спектрограммы, спектроинтерферограммы, тем более длинномерных, необходимо бипротяжное средство протяжки. Ведущей может быть любая кассета. Фотопленка спектрограммы наматывается на втулку кассеты, которая связана с осью кодового диска и по импульсам (1 импульс равен 0,25 мм) определяется перемещение спектрограммы. Бипротяжное средство протяжки содержит релаксационный генератор 6, двигатель 7, датчик протяжки пленки ДПП 8, блок управления протяжкой пленки 9.

Анализ спектрограмм, спектроинтерферограмм осуществляется по программе ЭВМ следующим образом. При измерении расстояний между СЛ, ИП щель 14 неподвижна, а перед нею сканирует спектрограмма или спектроинтерферограмма. Перед определенной СЛ, ИП (по программе) спектрограмма должна остановиться. Эта команда подается от пульта или ЭВМ на ШД 22, редуктор 23 для перемещения верхнего основания параллелограммного механизма 21-1, щель 14, установленная на верхнем основании ПМ 21-1, начинает сканировать перед неподвижным изображением СЛ, ИП, передавая сигналы на вход соответствующего усилителя, если обрабатывается одна спектрограмма, или на входы двух, трех усилителей, если обрабатываются две или три спектрограммы. Далее электрические сигналы усиливаются до величины, позволяющей его обрабатывать в АЦП. На выходе АЦП образуется сигнал, соответствующий величине потока излучения, который передается на ЭВМ. Если идет счет ИП, то щель 14 стоит неподвижно, а перед нею сканирует спектроинтерферограмма и по сигналам с фотоприемников осуществляется счет ИП. Если требуется установить спектрограмму, спектроинтерферограмму на определенную область или просканировать в определенном участке спектра, то щель 14 неподвижна, а перед нею сканирует спектрограмма. Измерение расстояний между СЛ, ИП осуществляется по нахождению их максимумов интенсивностей при сканировании измерительной щелью 14 по контурам СЛ, ИП вдоль дисперсии спектрограммы. Точность движения щели 14 - 1•10^-4 мм. Счет ИП осуществляется также по нахождению их максимумов интенсивностей при сканировании спектроинтерферограммы вдоль дисперсии перед неподвижным положением щели 14.

Изобретение может быть использовано для измерения расстояний между спектральными линиями в спектре или в смежных спектрах. Компаратор содержит источник света, визирную и отсчетную системы, механизм перемещения спектрограммы, блок обработки сигналов, ЭВМ и пульт управления. Визирная система выполнена в виде расположенных последовательно на оптической оси конденсатора, спектральной щели переменной ширины, объектива, поворотного зеркала и экрана. Отсчетная система выполнена в виде параллелограммного механизма, содержащего светоделительный экран и измерительную щель с механизмом ее наклона, устройства перемещения параллелограммного механизма и фотоприемного блока. Механизм перемещения спектрограммы выполнен в виде бипротяжного средства. Блок обработки сигналов содержит усилители, входы которых подключены к выходам фотоприемного блока, а выходы - к соответствующим аналого-цифровым преобразователям и соединены с ЭВМ и пультом управления через управляющую шину. К управляющей шине подключены механизм наклона измерительной щели, блок управления протяжкой пленки, датчик протяжки пленки и устройство перемещения параллелограммного механизма. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Компаратор, содержащий источник света, визирную и отсчетную системы и механизм перемещения спектрограммы, отличающийся тем, что он снабжен блоком обработки сигналов, ЭВМ и пультом управления, визирная система выполнена в виде расположенных последовательно на оптической оси конденсора, спектральной щели переменной ширины, установленной перед спектрограммой, объектива, установленного за спектрограммой, поворотного зеркала с тремя отверстиями, одно из которых расположено на оптической оси, а два других симметрично ему, и экрана, отсчетная система выполнена в виде параллелограммного механизма, содержащего светоделительный экран и измерительную щель с механизмом ее наклона, устройства перемещения параллелограммного механизма и фотоприемного блока, параллелограммный механизм установлен с возможностью сканирования измерительной щелью по контурам спектральных линий вдоль дисперсии спектрограмм, механизм перемещения спектрограммы выполнен в виде бипротяжного средства с релаксационным генератором, соединенным с двигателем, датчиком протяжки пленки и блоком управления протяжкой, блок обработки сигналов содержит усилители, входы которых подключены к выходам фотоприемного блока, а выходы - к соответствующим аналого-цифровым преобразователям и соединены с ЭВМ и пультом управления через управляющую шину, к которой подключены механизм наклона измерительной щели, блок управления протяжкой пленки, датчик протяжки пленки и устройство перемещения параллелограммного механизма. 2. Компаратор по п.1, отличающийся тем, что механизм наклона измерительной щели содержит последовательно соединенные между собой и подключенные к управляющей шине датчик наклона, шаговый двигатель и редуктор, связанный с измерительной щелью, а устройство перемещения параллелограммного механизма содержит шаговый двигатель, подключенный к управляющей шине, и редуктор.