СПОСОБ СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ Российский патент 2005 года по МПК G01J3/30 

Способ спектроскопической диагностики относится к области физической оптики и оптического приборостроения, а именно к спектроскопической диагностике. Изобретение наиболее эффективно может быть применено для определения температурной зависимости концентрации возбужденных частиц в газоразрядных источниках света.

Известен “Способ для исследования светового излучения” (Патент 4123161 США, Бюллетень 5, 1978, МКИ G 01 J 3/32), в котором для исследования светового излучения на разных длинах волн световой поток разделяют на два расходящихся пучка лучей. В середине между лучами фокусируют эталонный промежуточный луч.

Недостатком способа является отсутствие временной развертки, вследствие чего исследуются только интегральные во времени характеристики импульса излучения. Другим недостатком способа является невозможность определения физических условий внутри излучающего объекта ввиду отсутствия возможности учета самопоглощения и переизлучения световых квантов.

Из известных способов наиболее близким по технической сущности является “Способ определения спектральных характеристик излучающего объекта” (Патент 2193167, 2003 г., Эльдаров Ш.Ш. и др.). На основе регистрации импульсов излучения названных источников и по отношению их интенсивностей излучения определяют коэффициент поглощения на выбранной длине волны.

Недостаток известной конструкции “Способа исследования спектральных характеристик” заключается в том, что он не позволяет определить различные условия внутри излучающего объекта.

Это связано с тем, что в способе не определяется абсолютная интенсивность излучения эталонного источника, а экспериментально измеряется величина сигнала (фототока), снимаемого с фотоприемника, соответствующего падающему излучению.

Другим недостатком известной конструкции “Способа исследования спектральных характеристик” является то, что интенсивности излучения эталонного и исследуемого источников измеряются не в абсолютных, а в относительных единицах.

Задачей настоящего изобретения является определение физических условий внутри излучающего объекта.

Технический результат: определение концентрации и температуры возбужденных частиц внутри излучающего объекта. Одновременно определяются физические условия, при которых наблюдаются излучения на выбранной длине волны.

Технический результат достигается тем, что способ спектроскопической диагностики включает регистрацию импульсов излучения исследуемого и эталонного источников с последующим их сравнением и отличается тем, что физические условия внутри излучающего объекта определяются путем нахождения интенсивности излучения эталонного источника по известному значению его температуры, при этом интенсивность исследуемого источника выражается через интенсивность эталонного источника и отношения сигналов, соответствующих их импульсам излучения. Это достигается тем, что на определенной длине волны по известному значению температуры определяется абсолютная интенсивность эталонного источника - абсолютно черного тела (АЧТ). Затем регистрируют сигнал с фотоприемника, соответствующий данной интенсивности излучения, тем самым калибруют систему диспергирующее устройство - фотоприемник. Одновременно или последовательно регистрируют и измеряют сигнал с фотоприемника для исследуемого источника излучения. По отношению величин соответствующих сигналов находят отношение интенсивностей

где J_u(n, T) - интенсивность исследуемого источника излучения, являющаяся функцией от концентрации и температуры;

J_эт(Т) - интенсивность эталонного источника, являющаяся функцией только его температуры;

U_u - сигнал с фотоприемника для исследуемого источника;

U_эт - сигнал с фотоприемника для эталонного источника.

По известному значению правой части (1) определяемой из эксперимента и значению J_эт(Т), определяемой теоретически по формуле Планка, находят J_u(n, T). Наконец по явному выражению J_u(n, Т) находят температурную зависимость концентрации или наоборот.

На чертеже изображена совместная регистрация импульсов излучения эталонного и исследуемого источников 1, 2; собирающие линзы 3, 4; поворачивающееся зеркало 5; собирающая линза для построения изображения в полости входной щели диспергирующего устройства (ДУ) 6; диспергирующее устройство 7; фотоприемник (ДЭУ) 8; измерительное устройство (осциллограф) 9.

Пример конкретного выполнения.

Способ спектроскопической диагностики осуществляется следующим образом. Посредством собирающих линз 3, 4, 6 и поворачивающегося зеркала 5 строят изображение эталонного и исследуемого источников излучения 1, 2 в плоскости входной щели диспергирующего устройства (ДУ) 7, получают спектр в фокальной плоскости ДУ и направляют монохроматический световой поток на фотоприемник, сигнал с фотоприемника подается на измерительное устройство. По отношению измеренных сигналов и интенсивности эталонных сигналов находят интенсивность излучения исследуемого источника (фор.1). На основе явной зависимости интенсивности излучения от температуры и концентрации находят температурную зависимость и их значения, при которых наблюдается максимум интенсивности излучения на выбранной длине волны.

В момент излучения исследуемого и эталонного источников (1, 2) посредством собирающих линз 3, 4, 6 и поворачивающегося зеркала 5 строят изображение источников в плоскости входной щели диспергирующего устройства (ДУ) 7, в фокальной полости ДУ получают их спектры. Световые потоки, соответствующие выбранной длине волны попадают на фотоприемник 8, сигнал с которого измеряется измерительным устройством 9, при этом получают два сигнала, соответствующие одной и той же длине волны, регистрируемые и измеряемые при абсолютно одинаковых условиях. По отношению величин измеренных сигналов и рассчитанному значению интенсивности излучения эталонного источника J_эт(T) определяют интенсивность излучения J_u(n, T) исследуемого источника. Зная явную зависимость J_u(n, T) от n и Т, находят условия внутри излучающего объекта.

Предложенный способ спектроскопической диагностики позволяет с высокой точностью и достоверностью исследовать физические условия внутри излучающего объекта. Помимо этого изобретение позволяет определить параметры (температура и концентрация), при которых наблюдается максимум излучения на выбранной длине волны.

Выполнение способа спектроскопической диагностики описанным выше образом обеспечивает непосредственное определение физических условий излучения, вследствие этого становится возможным существенно упростить примененные методы исследования.

Область использования - измерительная техника. Способ включает регистрацию импульсов излучения исследуемого и эталонного источников с последующим их сравнением. Физические условия внутри излучающего объекта определяются путем нахождения интенсивности излучения эталонного источника по известному значению его температуры, при этом интенсивность исследуемого источника выражается через интенсивность эталонного источника и отношения сигналов, соответствующих их импульсам излучения. Технический результат - повышение точности. 1 ил.

Способ спектроскопической диагностики, включающий регистрацию импульсов излучения исследуемого и эталонного источников с последующим их сравнением, отличающийся тем, что физические условия внутри излучающего объекта определяются путем нахождения интенсивности излучения эталонного источника по известному значению его температуры, при этом интенсивность исследуемого источника выражается через интенсивность эталонного источника и отношение сигналов, соответствующих их импульсам излучения.