Спектральный прибор для оперативного измерения длины волны монохроматического излучения Советский патент 1983 года по МПК G01J3/42 

Изобретение относится к спектроскопии, в частности к спектрометрам монохроматического излучения, и может быть использовано для оперативного измерения длины волны монохроматического излучения.

Известны спектральные приборы различного типа, содержащие осветительную, спектральную и приемно-регистрирующие части. В спектральной части этих приборов установлена диспергирующая система либо селективный модулятор l.

Все эти приборы не позволяют оперативно измерять длину волны излучения при спектральной перестройке источника и имеют большие габариты и вес.

Наиболее близким к предлагаемому является спектральный прибор для оперативного измерения длины волны монохроматического излучения, содержащий многоканальный оптический детектор и схему регистрации, причем каждый канал оптического детектора состоит из последовательно расположенных по ходу луча диспергирующей среды, выполненной в виде спектрального фильтра и фотоприемника 2.

Недостатком этого прибора является то, что он не позволяет измерять длину волны с высокой точностью в широком спектральном интервале при наличии фоновой засветки и дает большие ошибки при измерениях с ма.пыми соотношениями сигнал/шум.

Цель изобретения - расширение спектрального диапазона измерений и

10 повышение точности измерения в широком спектральном интервале при наличии высокого уровня фоновой засветки и малых соотношениях сигнал/ шум.

15

Поставленная цель достигается тем, что в спектральном приборе для оперативного измерения длины волны монохроматического излучения, содержащем многоканальный оптический

20 детектор и схему регистрации, причем каждый канал оптического детектора состоит из последовательно расположенных по ходу луча диспергирующей среды, выполненной в виде спектраль25ного фильтра и фотоприемника, фильтры выполнены так, что спектральная полоса пропускания каждого из них имеет вид плавной кривой или ломаной линии с одной экстремальной точ30кой, в максимуме пропускания, симметричной относительно линии, проведенной через данную точку экстремума и середину полосы пропускания, и пересекается с полосами пропускания фильтров смежных каналов по полувыicoTB, при этом в прибор введен логический блок, а в каждом канале дополнительно установлены п компараторов, причем входы компараторов соединены с выходами фотбприемников, вход логического блока соединен с выходами компараторов, а выход логического блока соединен с входом схемы регистрации.

На фиг. 1 представл на блок-схема устройства, на фиг. 2 - график зависимости пропускания спектральных фильтров матрицы от длины волны.

Устройство содержит освещаемый . рассеянным монохроматическим излучением N-канальный оптический детектор, в каждом канале которого установлен фотоприемный блок 1 со спектральным фильтром 1 , полоса пропускания которого имеет вид плавной кривой или ломаной линии с одной экстремальной точкой, в максимуме пропускания, симметрична относительно линии, проведенной через-данную точку экстремума и середину полосы пропускания и пересекается с полосами пропускания смежных каналов, компараторы 2, логический блок 3 и схему 4 регистрации. Выходы каждого фоиоприемника блока 1 соединены с входами п компараторов 2, выходы которых подсоединены к входу логического блока 3, а выход его соединен с входом схемы 4 регистрации.

Логический блок 3 представляет собой устройство, преобразующее сигналы компараторов в потенциальные сигналы логических уровней, обрабатывающее данные сигналы по заданном алгоритму и синхронизирующее работу прибора.

С помощью фиг. 2 йоясняется выбор относительных значений уровней срабатывания компараторов, установленных в каждом канале. Для этого нужно разбить спектральные зоны между точками, соответствующими максимумам пропускания смежных фильтров на 2п участков (п - количество компараторов в канале). Из середины этих участков нужно провести линии, параллельные оси ординат.

Отсчеты по оси ординат, соответствующие точкам пересечения зтих линий с графиками пропускания фильтров, дадут относительные величины уровней срабатывания компараторов.

Абсолютное значение наименьшего уровня срабатыва шя компаратора определяется по заданным значениям вероятностей правильного обнаружеНИИ и ложной тревоги и пороговой чувствительности фотоприемного блока 1. Количество каналов N и компараторов в каждом канале определяется, исходя из технических требований, предъявляемых к прибору в конкретной задаче измерения длины волны. Точность измерения длины волны монохроматического 1 злучения равнадЛо,5 2И

где ДД.0,5 - ширина полосы пропускания спектрального фильтра по полувысоте/

5 п количество компараторов в канале (количество уровней).

Реальные фильтры могут иметь кривые пропускания, отличные от изобра0 женных на графике (фиг. 2) . ..В этом случае, интегрируя сигналы в фотоприемном блоке, относительные значения порогов срабатывания компараторов можно определять по отношению

5 площадейг участков, ограниченных осью абсцисс, кривой пропускания и прямыми, параллельными оси ординат, которые делят спектральную зону между максимумами пропускания

0 Смежных фильтров на уча.стки, ширина которых соответствует заданной точности измерения длины волны монохроматического излучения.

Для крайних каналов устройства количество компараторов должно быть увеличено на п штук и для них должны быть установлены более высокие уровни срабатывания в соотвез ствии с пропусканием спектральных (р льтров крайних каналов в зонах, где

0 исследуемое излучение проходит только через один фильтр.

Устройство работает следующим образом.

C Монохроматическое рассеянное излучение направляется на N фотоприемных блоков 1 и проходит в один или два канала, благодаря спектральной селекции, которая выполняется

„ установленными в фотоприемных блоках фильтрами 1 . Сигналы с выходов фотоприемников -поступают на входы установленных в каждом канале п компараторов 2, каждый из которых настроен на определенный уровень, Сиг- налы с выходов всех каналов заведены на вход логического блока 3, ко-, торый преобразует импульсные сигналы в потенциальныеJ обрабатывает их по заданному алгоритму в зависимос0 ти от соотношения числа каналов и количества компараторов в канале и синхронизирует работу устройства.

Схема 4 регистрации дешифрирует сигналы логического блока 3 и ииди5 цирует результаты измерения. Устройство позволяет опера.тивно измерять длину волны монохроматичес кого излучения. Количество каналов выбирается, Исходя из требуемой точности измерения в заданном спект ральном интервале и условии работы прибора. Например, если прибор пред назначен для работы при наличии выс кого уровня фона в исследуемом спектральном интервале, целесообраз но пойти на увеличение количества каналов, так как в каждый канал излучение фона будет проходить лишь в пределах полосы пропускания фильт ра. Если нет сильной фоновой эасветки, то для упрощения устройства целесообразно уменьшить число каналов, требуемую точность достигнуть за счет увеличения количества компараторов в каждом канале, так как уровень современной микроэлектроники позволяет изготавливать микросхе мы, имеющие несколько компараторов в одном корпусе. Предлагаемые устройства особенно полезны при измерении длины волны импульсного монохроматического излучения, когда неизвестен момент появления сигналов. Например, при декодировании спектрального состава излучения устройств наведения с лазерной подсветкой цели. ,. Кроме того, в таком устройстве упрощается автоматизация обработки результатов измерения, так как сиг налы компараторов могут соответствовать уровням логических О и Формула изобретения Спектральный прибор для операти ного измерения длины волны монохро матического излучения, содержащий многоканальный оптический детектор и схему регистрации, причем каждый канал оптического детектора состоит из последовательно расположенных по ходу луча диспергирующей среды, выполненной в виде спектрального фильтра и фотоприемника, отличающийся тем, что, с целью расширения спектрального диапазона измерений и повышения точности измерений при наличии высокого уровня фоновой засветки и малых соотношениях сигнал/шум, фильтры выполнены так, что спектральная полоса пропускания каждого из них имеет вид плавной кривой или ломаной линии с одной экстремальной точкой в максимуме пропускания, симметричной относительно линии, проведенной через данную точку экстремума и середину полосы пропускания, и пересекается с полосами пропускания фильтров смежных каналов по полувысоте, при этом в прибор введен логический блок, а в каждом канале дополнительно установлены п компараторов, причем входы компараторов соединены с.выходами фотоприемников, вход логического блока соединен с выходами компараторов, а выход логического блока соединен с входом схемы регистрации. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Тарасов К.И. Спектральные приборы, Л.°, Машиностроение, 1977, с. 297. 2.Шишловскйй А.А. Прикладная физическая оптика, М., 1961, с.616-618.

I-§

В

fs

-0N

/i

/Л/

-&

фиг i