Спектральный прибор Советский патент 1990 года по МПК G01J3/02 

Изобретение относится к спектральным приборам и может быть использовано в приборах с источником излучения в.виде газоразрядной лампы при изучении спектров пропускания и поглощения в УФ-области спектра.

Целью изобретения является увеличение относительной чувствительности спектрального прибора.

На,фиг.1 приведена схема спектрального прибора} на фиг.2 - газоразрядная лампа, общий вид$ на фиг.З - то же, поперечный разрез.

и h (фиг.З) и обращено к аноду 12. Со стороны, обращенной к катоду, на глубине 0,4-0,6 от длины формирователя оно выполнено в форме параллелепипеда с основанием, совпадающим с большим основанием пирамиды.

Существенное, хотя и несколько меньшее, увеличение яркости излуче- ния лампы и соответветственно увеличение чувствительности спектрального прибора может быть достигнуто и при более простом выполнении формирователя 13, а именно при придании его

Изобретение относится к спектральным приборам и может быть использовано при изучении спектров пропускания и поглощения в УФ-области спектра. Целью изобретения является увеличение относительной чувствительности спектрального прибора. Это обеспечивается за счет эффективного использования излучения газоразрядной лампы, содержащей катод 11, анод 12, формирователь 13 и концентратор 16 разряда со сквозными отверстиями 14 и 18 специальной формы. Размеры сквозных отверстий 14 и 18, выполненных в виде усеченных пирамид с основаниями 15 и 19 прямоугольной формы, согласованы с относительным отверстием A монохроматора, увеличением V оптической системы прибора и шириной C и высотой D входной щели монохроматора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Спектральный прибор состоит из ос- 15 сквозному отверстию 14 формы усеченной пирамиды. Размеры сторон b и h малого основания 15 пирамиды в обоих вариантах выполнения формирователя выбраны из соотношений

20

25

35

ветителя 1, монохроматора 2 с относительным отверстием А, камеры 3 образца и приемо-регистрирующего устройства 4.

Монохроматор 2 может быть выполнен по любой известной схеме. В качестве диспергирующего элемента в нем используется, например, дифракционная решеткао Входная щель 5 монохроматора (как и выходная) выполнена прямоугольной и имеет ширину с и высоту d.

Камера 3 образца содержит держатель для исследуемого образца U. В (случае построения прибора по двухпле- чевой схеме камера может быть снабже- JQ на дополнительным держателем (показан пунктиром) для образца сравнения.

Приемо-регистрирующее устройство 4 может содержать один или несколько приемников. Для ультрафиолетовой области ими могут быть фотоэлементы или фотоумножители.

Осветитель 1 спектрального прибора состоит из источника 6 излучения (газоразрядной лампы) и оптических Q элементов, например, эллиптического конденсорного 1 и плоского 8 зеркал, обеспечивающих формирование изображения источника 6 излучения на входной щели 5 монохроматора 2 с увеличением V. Вместо зеркал для той же цели можно использовать линзовые элементы.

В колбе 9 (фиг.2) газоразрядной лампы, заполненной рабочим газом и снабженной оптически прозрачным окном 10, размешены катод 11 и анод 12, между которыми соосно с ними установлен формирователь 13 разряда, который может быть выполнен из молибдена, сквозное отверстие 14 в формирователе выполнено в виде усеченной пирамиды, малое основание 15 которой имеет прямоугольную форму со сторонами b

b г,

с V

h г.

d V

(1)

(2)

а угол наклона d боковых граней сквозного отверстия 14 к малому основанию 15 - из соотношения

, IT V-A d 2 + arctg -т;-.

(3)

Длина L формирователя 13 определяется из соотношения

2Vbh ЈL Ј7-/bh.

(4)

12

45

50

/ В центре анода 1Z соосно с катодом 11 и окном 10 на расстоянии 1 от формирователя 13 размещен концентратор 16, заостренный на конце 17, обращенном к катоду 11. Сквозное отверстие 18 концентратора 16 также выполнено в виде усеченной пирамиды, малое основание 19 которой имеет прямоугольную форму со сторонами bf и Ь и обращено к формирователю 13. Боковые грани отверстия 18 составляют с малым основанием угол ft , Размеры b,,, h, и угол /3 связаны с параметрами формирователя 13 и с расстоянием 1 между концентратором 16 и формирователем 13 следующими зависимостями:

b,b + ItgU- Ј)ЈЗЬ, (5) h, + ItgU- |)J 3h. (6)

b г,

с V

(1)

25

h г.

d V

(2)

а угол наклона d боковых граней сквозного отверстия 14 к малому основанию 15 - из соотношения

, IT V-A d 2 + arctg -т;-.

(3)

35

Длина L формирователя 13 определяется из соотношения

2Vbh ЈL Ј7-/bh.

(4)

Q

12

5

0

/ В центре анода 1Z соосно с катодом 11 и окном 10 на расстоянии 1 от формирователя 13 размещен концентратор 16, заостренный на конце 17, обращенном к катоду 11. Сквозное отверстие 18 концентратора 16 также выполнено в виде усеченной пирамиды, малое основание 19 которой имеет прямоугольную форму со сторонами bf и Ь и обращено к формирователю 13. Боковые грани отверстия 18 составляют с малым основанием угол ft , Размеры b,,, h, и угол /3 связаны с параметрами формирователя 13 и с расстоянием 1 между концентратором 16 и формирователем 13 следующими зависимостями:

b,b + ItgU- Ј)ЈЗЬ, (5) h, + ItgU- |)J 3h. (6)

,

515

Таким образом, все конструктивные элементы лампы их основные размеры взаимосвязаны между собой и с параметрами V и А спектрального прибора. Спектральный прибор работает еле дующим образом.

При включении прибора на электроды

11и 12 лампы 6 подается инициирующее напряжение. Между катодом 11 и анодом

12возникает разряд, причем столб разряда локализуется в сквозном отверстии формирователя 13. После зажигания разряд поддерживается рабог

чим напряжением. Это напряжение, об- ратно пропорциональное площади поперечного сечения сквозного отверстия 14 формирователя и связанное прямой зависимостью с длиной разрядного столба, составляет в лампах данного типа 75-25 В. При постоянном рабочем напряжении яркость излучения лампы 6 определяется концентрацией плазмы в формирователе 13 и длиной рабочего столба (т.е. длиной формирователя 13) Поскольку в изобретении удлинение формирователя 13 сопровождается увеличением площади поперечного сечения отверстия 18, при том же рабочем напряжении возможно увеличение длины разрядного столба до 7тЬЬ. В результате обеспечивается увеличение яркости излучения на выходе лампы 6. Благодаря тому, что длина L формирователя 13 выбирается в зависимости от площади поперечного сечения его от- верстия 18 согласно соотношению (4), разрядный столб или плазма равномерно заполняет все отверстия 18 в формирователе 13. Если , то, вследствие неравномерности заполнения плазмой отверстия в формирователе, излучение становится нестабильным, что снижает эффективность работы лам

пы.

Вследствие того, что расстояние между формирователем 13 разряда и концентратором 16 удовлетворяет соотношениям (5 и 6), а размеры сторон малого основания 19 пирамидаль- ного отверстия 18 концентратора 16 выбираются с учетом размеров малого основания 15 пирамидального отверстия 14 формирователя 13, расстояния между концентратором 16 и формирова- телем 13 и угла наклона образующих пирамидального формирователя к малом основанию (5 и 6), анодные пятна концентрируются во входном отверстии

5

627

«Q

45

50 55 146

малого основания 19 концентратора 16, имеющего заостренные края 17. При этом образуется дополнительно плазменное образование, яркость излучения которого прибавляется к яркости излучения разряда, локализован- ного внутри формирователя.

Оптическими элементами 7 и 8 осветителя 1 изображение торца 15 формирователя 13 разряда газоразрядной лампы 6 проецируется на входной щели 5 моиохроматора 2 с увеличением V. Световой ггучок, выделяемый входной щелью 5 монохроматора 2, попадает на диспергирующий элемент, который разлагает его в спектр.

Вследствие того, что угол наклона fb образующих пирамидального концентратора 16 к его малому основанию 19 равен или несколько больше угла наклона d образующих пирамидальной части формирователя 13 к его малому основанию 15, пучок излучения от формирователя 13 и от анодного плазменного образования не дифрагмируется анодным концентратором 16 и благодаря тому, что угол d. и размеры b и h сторон малого основания 15 формирователя 13, определяемые выражениями (3), (1) и (2), выбраны с учетом размеров входной щели 5 монохроматора 2, его относительного отверстия А и увеличения V осветителя, удается повысить используемый поток излучения.

Выделяемый выходной щелью монохроматический пучок, пройдя через исследуемый образец, регистрируется приемником, входящим в состав прие- мо-регистрирующего устройства 4.

Увеличение яркости излучения источника и потока его излучения, попадающего в прибор, приводит к увеличению сигнала на выходе из прибора, что, в свою очередь, обеспечивает повышение чувствительности, т.е. достижению цели изобратения. Формула изобретения

rf | + arctg ---; „С 4 /3 : 180

b |; h 2Vbh L

bt ь + UgU- |) зь,- h,

- h + ItgU - |) 3h,

где end- ширина и высота, входной щели монохроматора соответственно.

Фиг.1

Редактор Г.Гербер

Составитель В.Шувалов

Техред М.Ходанич Корректор Н.Ревская

Заказ 1055

Тираж 430

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР Т13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

А-А Ь,

Фиг.3

Подписное