МНОГОЛИНЕЙЧАТЫЙ СПЕКТРАЛЬНЫЙ ИСТОЧНИК ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК G01J3/10 

Изобретение относится к спектральному анализу химического состава веществ, а именно к источникам излучения, излучающим узкие резонансные линии, и может быть использовано в устройствах атомно-абсорбционного, атомно-флуоресцентного анализа, а также в других спектрофотометрических устройствах.

Известна спектральная высокоинтенсивная лампа для атомной абсорбции и флуоресценции, взятая в качестве прототипа, содержащая набор последовательно расположенных вдоль единой оптической оси излучателей резонансных линий, установленных в единой колбе с окном для выхода излучения (см. патент РФ №1612860, кл. H 01 J 61/09, G 01 J 3/10, 1996 г.).

Основными недостатками известной лампы являются следующие.

Во-первых, применение указанной лампы имеет ограниченное функциональное применение, т.к. конструкция лампы не позволяет в каждом конкретном случае получать требуемый набор резонансных линий, из-за того, что количество и набор резонансных линий излучения определяется, соответственно, количеством используемых электродов и их материалами.

Во-вторых, при конкретном наборе введенных в лампу элементов возможно снижение интенсивности излучения лампы на отдельных резонансных линиях или возможной нестабильности свечения. Это связано с тем, что содержащиеся в колбе пары различных элементов за счет взаимодействия этих атомов между собой в одном замкнутом пространстве колбы могут приводить к безизлучательному взаимотушению возбуждения атомов атомами других элементов.

В-третьих, лампа обладает слабой светоотдачей, что связано в основном с ее конструктивными особенностями - ограниченностью телесного угла распространения излучения, определяемого системой дисковых электродов, расположенных друг за другом вдоль оптической оси, являющихся фактически набором дисковых коллиматоров излучения.

В-четвертых, при увеличении числа резонансных линий свыше 5, технология изготовления лампы существенно усложняется, т.к. требуется взаимная юстировка электродов вдоль оптической оси. Так, например, для 10 электродной лампы соотношение диаметров центральных отверстий крайних электродов может быть более 1000.

Технической задачей, решаемой данным изобретением, является устранение указанных недостатков. А именно получение многофункционального источника спектрального излучения с заданным набором резонансных линий, обладающего высокой интенсивностью и стабильностью излучения, высокой светоотдачей, а также конструктивной простотой и технологичностью при изготовлении.

Решение указанной технической задачи в многолинейчатом спектральном источнике излучения, включающем последовательно расположенные вдоль единой оптической оси излучатели резонансных линий, достигается тем, что в качестве излучателей использован набор безэлектродных ламп с индивидуальными характеристическими резонансными линиями излучения, обеспечивающий формирование требуемого набора резонансных линий, при этом все лампы снабжены общим регулируемым источником возбуждения с возможностью регулировки яркости свечения, или каждая безэлектродная лампа снабжена регулируемым источником возбуждения с возможностью управления интенсивности свечения лампы.

Введение в источник спектрального излучения набора отдельно взятых безэлектродных ламп с требуемыми резонансными линиями излучения, установленных на одной оптической оси, позволяет значительно расширить его функциональные возможности за счет излучения требуемой совокупности резонансных линий. Оснащение каждой безэлектродной лампы регулируемым источником возбуждения позволяет существенно улучшить характеристики источника за счет возможности независимой регулировки яркости свечения посредством изменения мощности их накачки. Благодаря отсутствию взаимодействия атомов различных элементов в безэлектродных изолированных друг от друга лампах, эффективность свечения излучателя достигается максимально возможной. При этом резонансное свечение от отдельных безэлектродных ламп не поглощается резонансно при прохождении излучения одной лампы через другие безэлектродные лампы.

При отсутствии необходимости регулировки каждой лампы возможно обеспечение их общим регулируемым источником возбуждения.

Стабилизация светового потока источника может осуществляться посредством стабилизации мощности генератора возбуждения каждой лампы или общего генератора возбуждения набора ламп.

Перспективно каждую безэлектродную лампу со своим источником возбуждения, установить в индивидуальную кассету, на противоположных торцах которой выполнить сквозное отверстие для прохождения излучения, диаметр которого соответствует размеру лампы, например ее диаметру. Для быстроты сборки источника кассеты могут быть установлены на едином основании и закреплены при помощи любого быстросъемного соединения, например, типа “ласточкина хвоста”. Указанное выполнение источника позволяет оперативно заменять в процессе работы одни безэлектродные лампы на другие, подбирая требуемый набор его резонансных линий.

Целесообразно установить безэлектродные лампы вдоль оптической оси в порядке убывания интенсивности свечения их резонансных линий в направлении излучения, что позволит получить большую равномерность интенсивности излучаемых спектральных линий на выходе спектрального источника излучения.

Выгодно использовать в качестве безэлектродной лампы лампу шариковой или цилиндрической формы. Такое выполнение позволит создать компактный многолинейчатый спектральный источник излучения, в котором удается достичь существенного увеличения телесного угла свечения, который ограничен только отношением длины набора безэлектродных ламп к их наружному диаметру.

Указанное выполнение многолинейчатого спектрального источника излучения не имеет аналогов среди известных источников спектрального излучения, а следовательно, удовлетворяет критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 приведен пример реализации заявляемого источника с общим генератором возбуждения.

На фиг.2 приведен пример реализации заявляемого источника с тремя кассетами, использующими шариковые безэлектродные лампы с индивидуальной регулировкой яркости.

На фиг.3 приведена блок-схема стабилизатора регулировкой яркости для одной из кассет источника.

Заявляемый многолинейчатый источник спектральный излучения с общим генератором возбуждения (фиг.1) включает набор шариковых ламп 1, установленных в кассету 2. Для выхода спектрального излучения используется окно 3 с дросселем 4, выполненным в виде металлической сетки, практически прозрачной для оптического излучения, но не прозрачной для СВЧ поля из прямоугольного волновода 5. Для регулировки возбуждения ламп 1 используются индивидуальные регулировочные шайбы 6, а для их возбуждения - СВЧ излучение от магнетрона 7, поступающее через магнетронную секцию волновода 8.

На фиг.2 представлен источник спектрального излучения на трех шариковых безэлектродных лампах с индивидуальной регулировкой яркости, включающий шариковую безэлектродную лампу 1 с возбуждающей катушкой 9, расположенных в кассете 10 со сквозным отверстием 11. Возбуждающая катушка 9 закреплена на монтажной плате 12, на которой также смонтирован разъем для подвода высокочастотной мощности 13. Управление интенсивностью свечения лампы 1 осуществляется за счет фотодиода 14 цепи обратной связи, который установлен в специальном окне кассеты 10.

Схема управления интенсивностью свечения лампы 1 (фиг.3) включает: усилитель 15, в цепи обратной связи которого включен фотодиод 14; управляемый напряжением СВЧ-генератор 16, выход которого нагружен на колебательный контур, составной частью которого является возбуждающая катушка 9.

Заявляемый многолинейчатый источник спектральный излучения (фиг.2) работает следующим образом. Вначале формируют требуемый набор резонансных линий, для чего выбирают соответствующие кассеты и устанавливают их вдоль оптической оси. После чего для каждой кассеты необходимо установить свою яркость свечения посредством подбора мощности тока накачки катушек возбуждения 9. Для этого предварительной регулировкой усилителя 15 (регулятор на схеме не показан) устанавливают требуемое выходное напряжение усилителя, необходимое для генерирования генератором 16 соответствующего выходного СВЧ излучения, подводимого к катушке 9 для возбуждения лампы 1. При этом заданный уровень интенсивности излучения лампы 1 будет поддерживаться на данном уровне за счет фотодиода 14 цепи обратной связи усилителя 15. Происходит это следующим образом. При возрастании интенсивности свечения лампы 1 увеличивается ток фотодиода 14, который включен в цепь обратной связи усилителя 15, что приводит к снижению напряжения на его выходе, а следовательно, уменьшается мощность на выходе СВЧ-генератора 16 и снижается интенсивность излучения лампы 1. При уменьшении интенсивности свечения лампы 1 уменьшается ток фотодиода 14, что приводит к увеличению напряжения на его выходе и увеличению мощности на выходе СВЧ-генератора 16 и, как следствие, к увеличению интенсивности излучения лампы 1.

Для источника, представленного на фиг.1, общая регулировка яркости осуществляется изменением уровня выходной мощности излучения магнетрона 7, а подстройка излучения каждой лампы в небольших пределах может осуществляться индивидуальными регулировочными шайбами 6. Стабилизация СВЧ-излучения магнетрона 7 осуществляется стабилизацией напряжения его питания.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет создать многофункциональный многолинейчатый источник спектрального излучения с требуемым набором резонансных спектральных линий на выходе излучателя.

Изобретение относится к измерительной технике. Источник излучения включает последовательно расположенные вдоль единой оптической оси излучатели резонансных линий. В качестве излучателей использован набор безэлектродных ламп с индивидуальными характеристическими резонансными линиями излучения, обеспечивающий формирование требуемого набора резонансных линий. Все лампы снабжены общим регулируемым источником возбуждения с возможностью регулировки яркости свечения, или каждая безэлектродная лампа снабжена регулируемым источником возбуждения с возможностью управления интенсивностью свечения лампы. Технический результат - повышение стабильности измерений и обеспечение простоты при изготовлении. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Многолинейчатый спектральный источник излучения, включающий последовательно расположенные вдоль единой оптической оси излучатели резонансных линий, отличающийся тем, что в качестве излучателей использован набор безэлектродных ламп с индивидуальными характеристическими резонансными линиями излучения, обеспечивающий формирование требуемого набора резонансных линий, при этом все лампы снабжены общим регулируемым источником возбуждения с возможностью регулировки яркости свечения, или каждая безэлектродная лампа снабжена регулируемым источником возбуждения с возможностью управления интенсивностью свечения лампы.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая безэлектродная лампа снабжена катушкой возбуждения и установлена в индивидуальной кассете, на противоположных торцах которой выполнено сквозное отверстие.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что безэлектродные лампы установлены вдоль оптической оси в порядке убывания интенсивности свечения их резонансных линий в направлении излучения.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве безэлектродной лампы использована лампа шариковой или цилиндрической формы.