Способ регистрации спектральных линий и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК G01J3/12 

Изобретение относится к спектроскопии и может использоваться для спектрального анализа веществ, соединении, сред, при технологическом и экологическом контроле.

Целью изобретения является повышение точности регистрации спектра за счет привязки репер ной линии та расширенном диапазоне отношений сигнал/шум.

Введение в способ новой операции - сглаживания реперной линии уменьшает дисперсию шума и, следовательно, область разброса экстремума реперной линии, повышает точность определения экстремума и точность его привязки, что обеспечивает расширение рабочего диапазона отношений сигнал/шум для привязки реперной линии и повышение точности

регистрации спектра, отсутствующие у прототипа.

Введение в устройство, реализующее способ, новых элементов - сглаживающего фильтра, второго аналого- цифрового преобразователя с памятью для хранения отсчетов однократного сканирования и новых связей между элементами устройства обеспечивает повышение точности регистрации.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 и 3 - формы спектральных линий первого и второго однократных сканирований соответственно.

Устройство (фиг.1), реализующее предлагаемый способ регистрации спектральных линий, состоит из блока 1 получения спектра, включающего пере У1

Р № ч

00

страиваемый лазер 2 с элементом 3 перестройки, поглощающую ячейку 4, детектор 5, первый аналого-цифровой преобразователь (А1Щ) 6, из блока 7 частотной привязки, состоящего из регистра 8 сдвига, амплитудного дискриминатора 9 и запоминающей ячейки 10 регистра, блока 11 регистрации спектра, состоящего из накапливающего сумматора 12 цифроаналогового преобразователя 13 и двухкоординатного самописца 14, сканирующего устройства .15, состоящего из генератора 16 тактовых импульсов, счетчика 17 и цисЬро- аналогового преобразователя (ПАП) 18, кроме того, блок получения спектра включает сглаживающий фильтр 19 и второй аналого-цифровой преобразователь 20 с памятью.

Способ осуществляют следующим образом.

Сканирующее устройство с помощью генератора 16 тактовых импульсов, счетчика 17 формирует на выходе ПДП

18пилообразное напряжение, управляющее через элемент 3 перестройки частотой перестраиваемого лазера 2

в выбранном диапазоне частот. Спектр поглощения исследуемого вещества в поглощающей ячейке 4 выделяется в виде напряжения детектора 5, которое сглаживается сглаживающим фильтром

19и преобразуется в цифровую форму в первом А1Щ 6. Одновременно несглаженное напряжение с выхода детектора 5 преобразуется в цифровую форму

во втором АЦП 20, имеющем память для хранения 1000 отсчетов (каналов) однократного сканирования. Каждый импульс (такт) генератора 16 тактовых импульсов одновременно управляет кодированием одного числа в соответствующем АЛЛ, записью кода числа первого АЦП 6 в регистр 8 сдвига и сравнением в амплитудном дискриминаторе 9 этого текущего и предыдущего значений отсчетов амплитуды спектра от первого АЦП 6. Если текущее значение больше предыдущего, сигнал с амплитудного дискриминатора 9 стро- бирует запись в запоминающую ячейку 10 регистра номера канала (адрес) отсчета, с максимальной в текущий такт амплитудой спектра,, В результате однократной развертки в запоминающей ячейке 10 регистра фиксируется адрес (номер канала) экстремального (в данном случае максимума) значения

0

5

0

5

0

5

0

5

спектра однократного сканирования. По окончании развертки в амплитудном дискриминаторе 9 происходит определение разницы (сдвига) между адресом экстремума и его желаемым положением на шкале (место привязки), задаваемым числом АЭ в виде константы с пульта. Величина и направление сдвига с выхода амплитудного дискриминатора 9 управляют через сдвиговый регистр 8 суммированием амплитуд несглаженного спектра каждого сканирования из второго АЦП 20 в накапливающем сумматоре 12. Результаты измерения после каждого сканирования или накопления могут выводиться через ЛАП 13 на двухкоординатный самописец 14, управляемый разверткой с выхода ПАП 18.

Сущность предлагаемого способа поясняется фиг.2 и 3, где изображены результаты измерения спектра после первого и второго однократных сканирований. Шкала частот имеет 1000 каналов, кривые а - измеренный (несглаженный) спектр, кривые б - сглаженный спектр. Положения максимумов кривых а и б даны в виде номеров каналов на частотной оси. Полагают, что спектр привязывают к центру шкалы, т.е. к 500 каналу (). Тогда для первого сканирования: сглаживают линию, определяют ее экстремум (он лежит в 530 канале), для привязки экстремума к 500 каналу определяют сдвиг 500- 530 - 30, суммируют амплитуды несглаженного спектра этого сканирования в накапливающем сумматоре со сдвигом на (-30) каналов (вместо 500- каналов по известному способу) . Для второго сканирования: сглаживают линию, определяют экстремум (460), определяют сдвиг 500-460 +40, суммируют несглаженную линию со сдвигом всех амплитуд на +40 каналов (вместо 500-520 -20 каналов).

Основные параметры реализованного спектрометра: длина волны излучения лазера 3,39 мкм, перестройка в диапазоне ±8 МГц, максимальное число частотных каналов 1024, скорость развертки диапазона 0,8 с/сканирование .

Использование предлагаемого способа регистрации спектральных линий и устройства для его осуществления позволит повысить рабочий диапазон отношений сигнал/шум, прямо влияю

515

щий на точность определения экстремума (точность привязки), и улучшить точность всего способа регистрации спектра. Это происходит за счет того.

что экстремум определяется по сгла- женной линии, к так как дисперсия шума на выходе сглаживающего фильтра всего меньше дисперсии сигнала с детектора, точность определения экстремума выше. Формула изобретения

1.Способ регистрации спектральных линий, основанный на многократном сканировании в исследуемом диапазоне частот или длин волн, привязке исследуемого диапазона спектра к частотному реперу, выборе при каждом сканировании в пределах диапазона одной

из линий спектра в качестве репер- ной, измерении амплитуд спектра при каждом сканировании и накоплении их суммированием, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности регистрации спектра за счет привязки реперной линии в расширен- |ном диапазоне отношений сигнал/шум, линию, выбранную в качестве реперной, сглаживают при каждом сканировании, определяют экстремум сглаженной линии и суммируют значения измеренных амплитуд спектра при многократном сканировании так, чтобы экстремальные значения выбранной сглаженной реперной линии каждого однократного сканирования совпадали.

2.Устройство для регистрации спектральных линий, содержащее блок

0

5

7

с

0

5

0

5

186

получения спектра, состоящий из последовательно расположенных перестраиваемого лазера с элементом перестройки, поглощающей ячейки, детектора, первого аналого-цифрового преобразователя, первый вход которого соединен с первым выходом сканирующего блока, выполненного в в;;де последовательно соединенных генератора ТРКТОВЫХ импульсов, счетчика, цшЬро- аналогового преобразователя, выход которого соединен с элементом перестройки перестраиваемого лазера, выход счетчика соединен также с первым входом блока частотной привязки, выход которого соединен с входом блока регистрации спгктра, второй вход блока частотной привязки соединен с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, отличающееся тем, что в блок получения спектра введены сглаживающий фильтр и второй аналого-цифровой преобразователь I- памятью, при этом вход сглаживающего фильтра и первый вход второго аналого-цифрового преобразователя связаны с выходом детектора, выход сглаживающего фильтра связан с вторым входом первого аналого-цифрового преобразователя, третий вход первого аналого-цифрового преобразователя и второй вход второго аналого- цифрового преобразователя соединены с первым выходом сканирующего блока, а выход второго аналого-цифрового преобразователя связан с входом блока регистрации спектра.

01

Изобретение относится к спектроскопии. Целью изобретения является повышение точности регистрации спектральных линий за счет привязки реперной линии в расширенном диапазоне отношений сигнал-шум. Способ позволяет регистрировать малые по амплитуде спектральные линии путем синхронного накопления сигналов многократной развертки в исследуемом диапазоне частот или длин волн с привязкой при малых отношениях сигнал-шум. Это достигается тем, что линию, выбранную в качестве реперной, сглаживают при каждом сканировании, определяют ее экстремум и суммируют значения измеренных несглаженных амплитуд спектра при многократном сканировании так, чтобы экстремальные значения сглаженной реперной линии каждого однократного сканирования совпадали. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

ПВО 500 Фиг.З

500 560

Фиг. 2

900

900