Модуляционный способ спектрального анализа Советский патент 1985 года по МПК G01N21/31 

;о

00 сл Изобретение относится к спектральному анализу и может быть использовано для определения содержания излучающих (поглощающих) свет молекул в среде. Задача спектрального анализа - выделение излучения определенного спектрального состава, характерного цля анализируемого вещества. Целью изобретения является увеличение чувствительности и достоверности анализа. На фиг. 1 изображен некоторый спектр излучения, состоящий из ряда линий, расположенных в определенном порядке, причем относительные интенсивности линий изменяются характерным для данного спектра образом; на фиг. 2 - зависимость амплитуды модуляции от времени; на фиг. 3 - вид модулированного сигнала. Для определенности принято, что спектральные интервалы между линиями изменяются линейно AX..;-i, где i - номер линии. Наличие в спектре ряда линий используется для преобразования последовательности линий в последовательность электрический сигналов. В зависимости от амплитуды модуляции (от числа перекрываемых при модуляции линий) число регистрируемых электрических сигналов за один период модуляции, т.е. частота регистрируемого сигнала меняется. Для случая, показанного на фиг. - 2, амплитуды модуляции Ait такова, что перекрываются три спектральные линии - электрический сигналшесть раз за период изменяется от минимального до максимального значения (фиг. 3). Для регуляризации последовательности электрических сигналов необходимо, чтобы скорость модуляции Уд изменялась в соответствии с изменением спектральных интервалов между линиями. При этом время прохождения различных спектральных интервалов одинаковое и частота регистрации электрических сигналов Ыс постоянная (вданном случае УМ. - Дополнительным условием регуляризации электрических сигналов является такой выбор спектрального участка, при котором каждый цикл модуляции начинается и заканчивается в одном из экстремумов исследуемого спектра (максимум - центр линии, минимум - положение между линиями, когда интенсивность излучения минимальна). Итак, при вь1боре амплитуды модуляции АМ , где , и переменной скорости модуляции такой, что At,- const, ряд характерно расположенных линий в исследуемом спектре преобразуется в последовательность электрических сигналов, частота повторения которых кратна частоте спектральной модуляции . Изменение интенсивности спектральных линии можно представить в виде огибающей спектра излучения (поглощения), промодулированного по амплитуде (фиг. 1, кривая 1). Последовательность электрических сигналов, полученная в результате преобразования, также промодулирована по амплитуде (фиг. 3, пунктир). Частота изменения огибающей сигнала зависит от характера изменения интенсивностей -спектральных линий и амплитуды спектральной модуляции А„. В случае, изображенном на фиг. 3, {s) 2(«;м. Отнощение величины сигнала, измеренного на частоте Шс, к величине сигнала на частоте 0)°, 1 (шс) / 1 ( ч), зависит от Aj и характерно для конкретного спектра, форма спектральных линий проявляется в описываемом способе анализа в интенсивности составляющих регистрируемого сигнала на различных гармониках, причем величины этих составляющих полностью зависят от выбранного режима спектральной модуляции. Таким образом, исследуемый спектр анализа характеризуется величинами сигналов, измеренных на частотах Ыс, Ыс и гармониках частоты модуляции (достаточно интенсивных), полностью определяемых выбранным режимом спектральной модуляции. Чувствительность предлагаемого способа теоретически определяется полным изменением интенсивности спектральных линий в центре и вне их. В описываемом способе влияние посторонних линий резко ослабляется вследствие частотной селекции - посторонние линии преобразуются в электрический сигнал на частотах, не совпадающих с рабочими частотами. По той же причине достоверность анализа, определяемого селективностью измерения исследуемого сигнала, предлагаемым способом выще. При измерениях в открытой атмосфере содержания иода с помощью анализатора, реализующего способ, чувствительность оценена величиной 0,1-0, м при лабораторных измерениях -0,03 ч-млн.м. В макете йодного анализатора использована спектральная модуляция посредством колеблющейся щели, расположенной в выходной фокальной плоскости спектрометра. Частота модуляции 202 Гц, частоты регистрации сигнала 404 и 80Й Гц. С повыщением частоты регистрации резко ослабляется искажение сигнала вследствие наложения посторонних линий в исследуемом спектре, увеличивается достоверность анализа. Реализованные в макете йодного анализатора чувствительность и селективность позволяют не только измерить общее содержание йода в атмосфере на длинной (более 1 км) трассе, но и оценить свдержание и тем самым концентрацию 32 в воздухе при измерениях локальных (длина трассы 50 м).

МОДУЛЯЦИОННЫЙ СПОСОБ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА, включающий выделение спектрального интервала. содержащего анализируемый спектр, циклическую спектральную модуляцию исследуемого излучения, преобразование излучения в электрический сигнал, измерение электрического сигнала на частотах, кратных частоте модуляции, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и достоверности анализа, амплитуду модуляции выбирают кратной половине спектрального интервала между регистрируемыми линиями спектрального излучения (поглощения) определяемого вещества, причем скорость модуляции устанавливают переменной таким образом, чтобы время.прохождения интервалов между регистрируемыми спектральными линиями определяемого вещества было одинаковым, а частоту измеряемого сигнала выбирают в соответствии с числом спектральных интервасл лов между регистрируемыми линиями излучения (поглощения) в модулируемом спектральном диапазоне.