СПОСОБ ОСВЕЩЕНИЯ ВХОДНОЙ ЩЕЛИ СПЕКТРАЛЬНОГО ПРИБОРА Российский патент 2001 года по МПК G01J3/443 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, в частности к приборам для определения химического состава веществ, например, к высокоточным спектрометрам.

В настоящее время при производстве наиболее ответственных узлов и агрегатов в машиностроении особо актуальной является задача контроля качества используемых материалов. Так, например, при изготовлении тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) для атомных электростанций актуальной является задача непрерывного контроля атомного состава примесей в основном веществе, содержащемся в ТВЭЛе, путем проведения атомно-эмиссионного спектрального анализа. Контроль осуществляется одновременно по нескольким десяткам элементов, а данные анализа сохраняются на время работы ТВЭЛа и могут быть проверены в случае возникновения нештатной ситуации. Качество проводимого спектрального анализа во многом зависит от способа освещения входной щели спектрального прибора, который должен обеспечить ряд жестких условий, таких как:
- воспроизводимость результатов параллельных измерений, то есть повторяемость значений амплитуды сигналов при измерении одинаково приготовленных проб;
- правильность результата измерения за счет возможности выбора области исследования в шнуре аналитического искрового или дугового разряда.

Известен способ освещения входной щели спектрального прибора (см. "Техника оптической спектроскопии", В.В. Лебедева, Москва, Московский университет, 1986 г., стр. 182, рис. 7.8а), обеспечивающий непосредственное освещение входной щели спектрального прибора дугоразрядным источником светового излучения, расположенным перед ней. Основным недостатком известного способа является то, что регистрируется только очень малая часть светового потока (менее одного процента), при этом световое излучение собирается со всей области нестабильного в пространстве дугового или искрового разряда, включая область свечения раскаленных электродов.

Кроме того, известный способ не позволяет выбрать для анализа наиболее информационную часть шнура дугового или искрового источника света, а значит достигнуть правильности результата измерения. Попытка локализовать для измерения аналитическую часть шнура разряда с помощью дополнительного щелевого коллиматора приводит к еще более катастрофической потере света.

Известен способ освещения входной щели спектрального прибора, позволяющий локализовать для измерения аналитическую часть шнура разряда с помощью линзы (см. "Техника оптической спектроскопии", В.В.Лебедева, Москва, Московский университет, 1986 г., стр. 182, рис.7.8б), включающий проецирование с помощью линзы изображения шнура дугоразрядного источника на плоскость входной щели спектрального прибора. Основным недостатком известного способа является низкое качество проводимых измерений, т.к. при нестабильном в пространстве источнике света (например, дуговом или искровом разряде в воздухе) изображение шнура разряда уходит со щели, что не позволяет достигнуть стабильности измерения.

Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является устранение указанного недостатка, а именно, повышение качества спектральных измерений за счет повышения стабильности измерения при сохранении высокой интенсивности сбора светового потока.

Указанная задача в способе освещения входной щели спектрального прибора, включающем проецирование с помощью линзы изображения шнура дугоразрядного источника на плоскость входной щели спектрального прибора, достигается тем, что входную щель устанавливают перпендикулярно направлению шнура дугоразрядного источника в области вышеуказанного разряда, при этом длину регистрируемого участка входной цели выбирают не менее размера области пространственной нестабильности излучения дугоразрядного источника, а ее ширину - не более длины шнура излучения дугоразрядного источника.

Расположение входной щели перпендикулярно направлению шнура дугоразрядного источника в области дугового или искрового разряда позволяет получить изображение всей области пространственной нестабильности дугового или искрового разряда и одновременно выбрать нужную для исследования область шнура разряда по его длине.

Путем выбора длины регистрируемого участка входной цели не менее размера области пространственной нестабильности излучения дугоразрядного источника, а ее ширину - не более длины шнура излучения дугоразрядного источника, достигается стабильность регистрируемых величин, за счет того, что оптическая информация от каждого искрового или дугового разряда попадает на регистрируемый участок входной щели спектрального прибора независимо от положения дуги или искры в пространстве.

Обеспечение возможности параллельного перемещения щели вдоль шнура разряда позволяет выбрать для спектрального анализа излучение части шнура дугового или искрового источника света по его длине, обеспечивающую правильность результата измерения за счет проецирования изображения наиболее информативного участка шнура разряда на входную щель спектрального прибора.

Указанный способ позволяет получать стабильные и одновременно правильные результаты спектрального анализа за счет пространственного выбора области исследования по длине шнура искрового или дугового разряда при одновременном эффективном сборе света со всего выбранного участка дугового или искрового разряда, что не имеет аналогов в технике спектроскопии, а значит удовлетворяет критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 и 2 представлена оптическая схема, поясняющая заявляемый способ освещения входной щели спектрального прибора, где 1 - электроды источника дугового или искрового разряда, 2 - разрядный шнур, 3 - оптическая линза, 4 - плоскость входной щели спектрального прибора, 5 - оптическое изображение источника дугового или искрового разряда, 6 - входная щель спектрального прибора, 7 - участок щели спектрального прибора, информация с которого поступает на приемники.

Пример 1.

Рассмотрим пример измерения концентрации содержания примесей атомов в электродах, являющихся одновременно образцом (фиг. 1).

В качестве электродов используются специально подготовленные для анализа цилиндры из анализируемого материала диаметром 5 мм с плоскими торцами. Электроды устанавливают так, чтобы между плоскими торцами было расстояние 2 мм. Для создания изображения в плоскости щели спектрального прибора использована оптическая линза диаметром 20 мм с фокусным расстоянием 250 мм. Высота входной щели равна 20 мм, размер участка щели спектрального прибора, информация с которого поступает на приемники, составляет 10 мм. Ширина щели составляет 15 мкм. Щель установлена с возможностью параллельного перемещения вдоль шнура разряда.

При измерении в режиме дуги переменного тока, оптимального по правильности результата, удалось достичь при установке щели в середине шнура дугового разряда при высокой стабильности получаемого результата (среднеквадратичное отклонение результата в параллельных измерениях уменьшилось в 3,2 раза).

В случае дугового разряда постоянного тока или искрового разряда целесообразно устанавливать положения щели на расстоянии 2/3 зазора между электродами от положительно заряженного электрода, при этом достигается максимальная правильность результатов измерения при высокой стабильности получаемого результата (среднеквадратичное отклонение результата в параллельных измерениях уменьшилось в 2,5 раза).

Пример 2.

Рассмотрим пример измерения концентрации содержания примесей атомов в порошковых образцах, помещенных в графитовый цилиндрический электрод внешним диаметром 6 мм. Противоэлектродом является графитовый электрод конической формы (фиг. 2).

Электроды устанавливают так, чтобы расстояние между острием противоэлектрода и плоским торцом электрода, содержащего образец, составляло 2 мм. Для создания изображения в плоскости щели спектрального прибора использована оптическая линза диаметром 20 мм с фокусным расстоянием 250 мм. Высота входной щели равна 20 мм, размер участка щели спектрального прибора, информация с которого поступает на приемники, составляет 10 мм. Ширина щели составляет 15 мкм. Щель установлена с возможностью параллельного перемещения вдоль шнура разряда.

При измерении в режиме дуги переменного тока, оптимального по правильности результата, удалось достичь при установке щели в середине шнура дугового разряда при высокой стабильности получаемого результата (среднеквадратичное отклонение результата в параллельных измерениях уменьшилось в 3,4 раза).

В случае дугового разряда постоянного тока устанавливать положения щели на расстоянии 2/3 зазора между электродами от положительно заряженного электрода, при этом достигается максимальная правильность результатов измерения при высокой стабильности получаемого результата (среднеквадратичное отклонение результата в параллельных измерениях уменьшилось в 3,2 раза).

Таким образом, заявляемый способ позволяет значительно повысить воспроизводимость результатов параллельных измерений, то есть повторяемость значений амплитуды сигналов при измерении одинаково приготовленных образцов и правильность результатов измерения, за счет возможности выбора области исследования в шнуре аналитического искрового или дугового разряда.

Изобретение относится к оптической спектроскопии. Способ включает проецирование изображения шнура дугоразрядного источника на плоскость входной щели прибора. Входную щель прибора устанавливают перпендикулярно направлению шнура дугоразрядного источника в области дугового или искрового разряда, при этом длину регистрируемого участка входной щели выбирают не менее размера области излучения нестабильного в пространстве дугоразрядного источника, а ее ширину - не более размера области излучения нестабильного в пространстве дугоразрядного источника. Входную щель прибора устанавливают с возможностью параллельного перемещения вдоль шнура разряда. Техническим результатом изобретения является повышение повторяемости значений амплитуды сигналов при измерении одинаково приготовленных образцов и точности результатов измерения. 1 з.п. ф-лы 2 ил.

1. Способ освещения входной щели спектрального прибора, включающий проецирование с помощью линзы изображения шнура дугоразрядного источника на плоскость входной щели спектрального прибора, отличающийся тем, что входную щель спектрального прибора устанавливают перпендикулярно направлению шнура дугоразрядного источника в области дугового или искрового разряда, при этом длину регистрируемого участка входной щели выбирают не менее размера области излучения нестабильного в пространстве дугоразрядного источника, а ее ширину - не более размера области излучения нестабильного в пространстве дугоразрядного источника. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что входную щель спектрального прибора устанавливают с возможностью параллельного перемещения вдоль шнура разряда.