Спектрофотометр Советский патент 1984 года по МПК G01J3/12 

Изобретение относится к фотоме трии и может быть использовано для исследования спектрально структуры излучения объектов. Известен спектрофотометр, который содержит установленные по ходу луча объектив, интерференционные светофильтры, диафрагму, фотоприемник и соединенный с ним электронный блок с усилителем Г I 3 Недостатком изкестного спектрометра является ограничение (Диапазона из мерения спектральной яркости -объектов, так как он не позволяет регистрировать полный спектр излучения объектов а также обладает существенной инерционностью, так как измерения производятся поочередно на каждой дли1ге волны. Наиболее близким к изобретению техническим решением является спектрофотометр, содержащий установленные по ходу луча объектив, дисковый интерференционный светофильтр, соединенный с приводом вращения, щелевую диафрагму, расположенную в фокальной плоскости объектива, фотоприемник и соединенный с ним электронный блок с усилителем Недостатком известного устройства является ограничение возможности исследования динамики спектральной яркости объектов. В устройстве возможна либо последовательная регистра ция единичных спектров яркости объек тов, либо регистрация яркости на одной длине волны, что ограничивает применение устройства для исследования временных характеристик спектров излучё ния природных объектов , (водных бассейнов или лесных массивов). Цель изобретения - расширение воз можности исследования динамики спект ральной яркости объектов. Эта цель достигается тем, что спектрофотометр, содержащий установленные по ходу луча объектив, дисковый интерференционный светофильтр, соединенньш с приводом вращения, щелевую диафрагму, расположенную в фокальной плоскости объектива, фотоприемник и соединенный с ним электронный блок с усилителем, дополнител но содержит постоянный магнит, магнитоуправляемые контакты, неподвижную обойму, механизм- возвратно-посту пательного перемещения с валом и кулисой и ячейки памяти, причем постоя ный магнит закреплен на периферийном учас7ке светофильтра, магнитоуправляемые контакты установлены в неподвижной обойме, охватывающей свето- . фильтр, и соединены с кулисой механизма возвратно-поступательного перемещения, вал которого установлен соосно со светофильтром, при этом каждая ячейка памяти соединена с выходом усилителя через магнитоуправляемьш контакт. На фиг.1 изображен один и; вариантов выполнения спектрофотометра; на фиг.2 - вариант выполнения обоймы с магнитоуправляеььгми контактами и механизмом возвратно-поступательного перемещения; на фиг.З изображен электронный блок. Спектрофотометрсодержит корпус 1, имеющий два входных окна, одно из которых закрыто защитным кварцевым стеклом 2, вторюе - молочным коллектором 3, выполненным из светорассеи-п вающего стекла и предназначенным для пропускания в корпус I солнечного (1}ли иного) излучения 4 при калибг- нке устройства. В корпусе J по ходу луча установлены поворотное зеркало 5, объектив 6, щелевая диафрагма 7 в фокальной плоскости объектива 6, светофипьтр 8, расположенный между объективом 6 и диафрагмой 7 и соединенный с приводом 9 вращения, и фотоприемник 10. В корпусе 1 размещены также обойма 11, охватывающая с зазором светофильтр 8, механизм 12 возвратнопоступательного перемещения и электронньм блок 13, соединенный с фотоприемником 10. Поворотное зеркало 5 предназначено для изменения хода луча и направления его на входной объектив § при различных режимах работы фотометра (измерение, калибровка). Светофильтр 8 выполнен в виде дискового интерференционного фильтра с непрерывной разверткой по оптическому спектру. На краю светофильтра 8 закреплен постоянный магнит 14. Светофильтр 8 н щелевая диафрагма 7 служат для вьщеления из исследуемого излучения монохроматического света в узком спектральном диапазоне.. В качестве фотопрнемника JO, предназначенного для преобразования светового излучения в электрический сигнал, может быть использован фотодиод или- фотозлектронный умножитель. tJ6oHMa I 1 устаиоилена Б корпусе 1 неподвижно и охватывает светофильтр 8 с зазором, величина кото- рого выбирается, исходя из условия надежного срабатывания мarнитo paвляемого контакта. Обойма 11 может быть выполнена из немагнитного материала, например фторопласта, и име ет паз, в котором размещены магнитоуправляемые контакты 15 в держателях 16, изготовленных, например, из латуни. Держатели 16 с магнитоуправляемыми контактами 15 можно перемещать по окружности паза и фиксировать их установку. Механизм 12 возвратно-поступатель ного перемещения содержит наконечник 17,кулису 18, вал 19, электропривод 20, стакан 21, кронштейн 22. Вал 19 установлен соосно со светофильтром 8 в неподвижном стакане 21. На стакан 21 посажен кронштейн 22 с закрепленным на нем электроприводом 20. Вал электропривода 20 соединен с кулисой 18. Кулиса 18 одним концом жестко соединена с валом 19, а другой ее конец снабжен наконечником 17. Кулиса 18 преобразует вращательное движение электропривода 20 в возвратно-поступательное движение наконечника 17. Кронштейн 22, соединенный со стаканом 21 и электроприводом 20, позволяет уста навливать механизм возвратно-поступа тельного перемещения в любое угловое положение по окружности обоймы путем поворота кронштейна 22 и фикса ции его в новом положении. В спектрофотометре может быть использовано несколько аналогичных механизмов возвратно-поступательного движения, если необходимо одновременно сканировать несколько участков спектра. В этом случае каждый механизм подсоединяют посредством на конечника 17 к отдельным магнитоуправляемым контактам. Электронный блок состоит из пред- -варительного усилителя 23, оконечного усилителя 24 и ячеек 25 - 28 памяти. Предварительный усилитель 23 и оконечный усилитель 24 подключешл последовательно на вь&соде фотоприемника 10 и предназначены для усиления электрического сигнала, вырабатываемого фотоприемником 10. В качестве предварительного усилителя 23 может быть использован, например, полевой транзистор или электро №трическая лампэ. Схема оконечного усилителя 24 выбирается в .зависимости от исполь-зуемого регистратора сигналов. Ячейки 25 - 28 памяти предназначены для фиксации результатов измерений. Число их соответствует числу магнитоуправляемых контактов 15. Каждая ячейка памяти включена на выходе предварительного усилителя 23 через отдельный магнитоуправляемый контакт, причем ячейка 28 памяти подсоединена через магнитоуправляемый контакт 15 к механизму 12 возвратнопоступательного перемещения. Спектрофотометр работает следую- щим образом. В зависимости от задачи исследования устанавливают магиитоуправляемыё контакты 15 в обойме И в определенное угловое положение и фиксируют их. Один или несколько незафиксирован; ных магнитоуправляемых контактов 15 подсоединяют к механизму (механизмам) возвратно-поступательного движения посредством наконечников 17 кулисы 18, Разлучение 29 от исследуемой поверхности 30 (фиг.1) проходит входное окно, закрытое защитным стеклом,2, отражается поворотным зеркалом 5 и коллимируется входным объективом 6 на щелевую диафрагму 7. Светофильтр 8, вращаемый с постоянной скоростью электродвигателем 9, и щелевая диаф-. рагма 7 выделяют из исследуемого из-. лучения монохроматический свет в узком спектральном диапазоне, который попадает на фотоприемник 10 и преобразуется в электрические сигналы. Постоянный магнит 14 вращается вместе с дисковым интерфереициоиным светофильтром 8 и при прохозвдеиии мимо магнитоупраэляемого контакта 15 замыкает его. В этот момент сигнал с фотоприемника 10 в виде импульса определенной амплитуды поступает на вход предварительного усилителя 23, затем через замкнутый магнитоуправляемый контакт 15 проходит в ячейку 28 памяти и запо1«инается в ней. Амплитуда электрического импульса пропорциональна монохроматическому световому потоку, пропущенному тем участком светофильтра 8, который находится против щелевой диафрагмы 7 в момент замыкания магнитоуправляемого контакта 15. При непрерывном вращении светофильтра 8 все магиитоуправляемыё коитакты 15 замыкаются по очереди, в результате чего регистрируются свето вые потоки, соответствумцие заданным длинам волн в спектре исследуемого излучения. За один оборот светофильт ра 8 регистрируется полный спектр объекта 30, При необходимости выбора другого спектрального интервала магнитоуправляемые контакты 15 плавно перемещаются по пазу обоймы и закрепляют держатели, в которых они находятся, в новом положении. Одновременно с непрерывным враще нием светофильтра 8 механизм возвратно-поступательного движения,подсоеди ненный к магнитоуправляемому контакту 15, придает этому контакту возг-.вратно-поступательное перемещение по дуге окружности обоймы J1 со скоростью, например, равной угловой ско рости вращения светофильтра 8, обеспечивая тем самым сканирование в выбранном спектральном интервале. На ячейке 28 памяти, подключенной к усилителю 23 через магнитоуправляемый контакт 15, фиксируется полученная информация. Закон перемещения магнитоуправляемого контакта 15 может быть изменен путем изменения скорости вращения электропривода 20. Таким образом, спектрофотометр позволяет получить на выходе оконеч ного усилителя 24 полный непрерывный спектр излучения исследуемого объект в виде графика функции В f (Я ),, 826 где В - яркость, - длина волны спектра, на выходах ячеек 25-27 памяти - временную зависимость яркости на определенной длине волны В (Я I) f (t ), где S ( ) - яркость на длине волны Л-, (i 1,2,..., п), t -время, на выходе ячейки 28 памяти - временную зависимость яркости для определенного спектрального интервала В (Я ) f (t), где (Ai-(j- ) - интервал ск1 нирования по спектру излучения от Л- до А. (i,j 1,2,3,...п). Калибровку спектрофотометра осуществляют от внешнего источника света либо в относительных единицах по Солнцу,либо в абсолютных единицах по эталонной лампе, расположенной со стороны второго входного окна корпуса 1. В этом случае молочный коллектор 3 является диффузным рассеивателем и служит для приема солнечного излучения при различных зенитных углах Солнца, а поворотное зеркало 5 разворачивают так, чтобы направить это излучение (l ) в измерительный канал спектрофотометра. Предлагае1Ф1Й спектрофотометр позволяет исследовать динамику спектральной яркости объектов с заданной дискретностью, а также структуру спектральной яркости объекта в выбранном спектральном интервале путем непрерывного сканирования этого интервала и отличается быстродейсгрчем. оперативностью измерений и простотой обработки информации.

СПЕКТРОФОТОМЕТР, содержащий .установленные по ходу луча объектив, дисковый интерференционный светофильтр, соединенньй с приводом вращения, щелевую диафрагму, расположенную в фокальной плоскости объектива, фотоприемник и соединенный с ним электронный блок с усилителем, отличающий с я тем, что, с целъю расширения возможности исследования динамики спектральной яркости объектов, он дополнительно содержит постоянный магнит, магнитоуправляемые контакты, неподвижную обойму, механизм возвратно-поступательного перемещения с валом и кулисой и ячейки памяти, причем постоянный магнит закреплен на периферийном участке свето шьтра, магнитоуправляемые контакты установлены в неподвиж8 ной обойме, охватывающей светофильтр, и соединены с кулисой механизма воз-, (Л вратно-поступательного перемещения, вал которого установлен соосно со светофильтром, при этом каждая ячейка памяти соединена с выходом усилителя через магнитоуправляемый контакт.