Спектрофотометр Советский патент 1990 года по МПК G01J3/42 

ел j

00

ел

о о

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению. Целью изобретения является повышение точности измерений. Излучение от осветителя 1 разделяется на измерительный 3 и компенсационный 13 каналы. В измерительном канале 3 установлены секторный ослабитель 4, выполненный в виде двух соосных двухлопастных секторов 5, 6, блок сканирования световым пучком и привод 24 блока сканирования. Для регулирования взаимного положения секторов 5, 6 служит блок 8. Блок сканирования световым пучком состоит из двух пар жестко связанных плоских зеркал 18, 19 и 20, 21, которые вращаются вокруг оси измерительного канала. Ось оптической связи зеркал 19, 21 проходит через сектора 5, 6. Блок 8 регулирования может иметь шаговый двигатель, кинематически связанный через микровинт с секторами 5, 6, а также часовые механизмы, через муфты соединенные с секторами 5, 6. Ошибка измерений в спектрофотометре не превышает 0,01%. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Фиа1

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению,,

Целью изобретения является повышение точности измерений,

На фиг,1 показана структурная схема спектрофотометра; на фиг02 и 3 - схемы блока регулирования,,

Спектрофотометр содержит осветитель 1 с монохроматором и расположен- ные по ходу луча светоделительный элемент 2 и далее в измерительном канале 3 секторный ослабитель 4 с секторами 5 и 6, блоком 7 сканирования, блоком 8 регулирования, держатель 9 образцов с образцами 10 и 11 исследуемого материала, фотоприемник 12, в компенсационном канале 13 - регулируемую диафрагму 14 и фотоприемник 15 Фотоприемники 12 и 15 соединены с бло ком 16 измерения фототоков. На светоделительный элемент и оптические каналы установлен светозащитный кожух 17, Блок 7 сканирования состоит из четырех одинаковых зеркал 18 - 21, которые попарно 18, 19 и 20,21 жестко связаны между собой, центры вращения зеркал 18, 20 находятся на оптической оси измерительного канала 3, а пря- - мая, проходящая через центры зеркал 19, 21, параллельна оптической оси измерительного канала Зеркала 18, 20 связаны через передачи 22 и 23 с двигателем 24.

В одном варианте (фиг,2)блок 8 регулирования состоит из микрометрического винта 25, гайки 26, которые закреплены соответственно на секторах 5 и 6, червячной пары 27, связывающей реверсивный шаговый двига- тель 28 и микрометрический зинт 250 Шаговый двигатель 28 связан через блок 29 управления с блоком 16 измерения фототоков0 В другом варианте (фиг.З) блок 8 регулирования выпол- нен в виде двух часовых механизмов 30 и 31, на оси которых через электрические муфты 32 и 33 посажены сектора 5 и 6, и связанных через блоки 34 управления с блоком 16 измерения фото токов-, с секундомерами 35 и 36 0

Спектрофотометр работает следующим образом0

Подается питание в осветитель 1, секторный ослабитель 4, блоки 7 и 8 сканирования и регулирования, блок 16 измерения фототоков. При этом приводятся во вращение вокруг оптической оси измерительного канала 3 зер

.

Q 5 5 Q

.Q 5 ( п

5

кала 18 - 21 с частотой порядка 50- 100 Гц, Световой пучок формируется осветителем 1 и попадает в светоделительный элемент 2, который делит его на две примерно равные по интенсивности части. Прямо прошедший световой пучок попадает в измерительный канал 3, отраженный от полупрозрачной грани элемента 2 пучок попадает в компенсационный канал 13, В измерительном канале 3 световой пучок, последовательно отражаясь от синхронно вращающихся зеркал 18 - 21, пересекает сектора 5 и 6, сканируя их, и возвращается на оптическую ось измерительного канала 30 Цалее световой пучок проходит образец исследуемого материала (10 или 11) и попадает на фотоприемник 12„ С помощью блока 8 регулирования выставляются сектора 5 и 6 в положение, соответствующее максимальному пропусканию (50%),

Установка положения секторов 5 и 6 производится следующим образом В одном вепианте (фиг02) от блока 16 измерения фототоков через блок 29 управления импульсы поступают на шаговый двигатель 28, который через червячную пару 27 разворачивает микрометрический винт 25 в ту или другую сторону в зависимости от полярности импульсов, при этом в блоке 29 управления производится счет управляющих импульсов.

В другом варианте (фи,г,3) блок 34 управления, получающий сигнал рассогласования из блока 16 измерения фототоков, выдает команды на включение электрических муфт 32 и 33 в зависимости от величины сигнала часовых механизмов 30 и 31, которые включаются поочередно в зависимости от полярности сигнала рассогласования блока 16 измерения фототоков0 Включение муфт обеспечивает передачу вращения от часовых или минутных осей часовых механизмов на оси вращения секторов 5 и 6,

В компенсационном канале 13 световой пучок проходит через регулируемую диафрагму 14 и попадает на фотоприемник 15, Световые потоки, попавшие в фотоприемники 12 и 15, преобразуются в фототоки и поступают на вход блока 16 измерения фототоков, который производит их сравнение.

Перед началом измерений в измерительный канал вводится длинный обраэец 10 исследуемого материала, После этого секторный ослабитель 4 устанавливается по команде блока 8 регулирования в исходное положение с коэффициентом пропускания 50%, Затем с по- мощью регулируемой диафрагмы 14 выравниваются сигналы в каналах по показаниям блока 16 измерения фототоков. Затем длинный образец выводится из из-i мерительного канала 3 и вместо него вводится короткий образец 11, Блок 8 регулирования по сигналам блока 16 измерения фототоков изменяет коэффициент пропускания секторного ослабителя 4 до выравнивания сигналов в измерительном и компенсационном каналах0 По показаниям блока 29 управления или по показаниям секундомеров 35 и 36 снимается отсчет- Ј . Показатель ослабления исследуемого материала толщиной Д1 L - 1, где L, 1 - длины образцов 10 и 11, рассчитывается по формуле

(U lg( -)/Al

Рассмотрим работvблока 8 регулирования коэффициента пропускания секторного ослабителя. Погрешность устэнов- ки коэффициента пропускания можно рассчитать следующим образом.

Для первого варианта (фиг.2) пусть шаг двигателя 28 равен 45°, передаточное отношение червячной пары 27 равно 1000, а расстояние микрометоичес- кого винта 25 от центра секторов 5,6 равно 150 мм, Тогда легко можно рассчитать, что при шаге винта I мм гайка 26 сместится примерно на расстояние 0,0167 мм, а сектора развернутся на угол 6,39-10 град при повороте двигателя 28 на один шаг. Это соответствует изменению коэффи

циента пропускания секторного оста- бителя 4 на величину дС 7,1-10 и соизмеримо с погрешностью, определяемой мертвым ходом червячной пары, которая составляет величину порядка 0,01 мм. Погрешность установки коэффициента пропускания также зависит от непрямолинейности кромок секторов. В случае доводки кромок притиранием к плоскости отступление от прямолинейности можно уменьшить до 1-3 мкм. Это позволяет уменьшить ошибку в установке коэффициента пропускания при радиусе сканирования секторов световым пучком 100 мм до величины (0,6-1,8)-10 б.Таким образом, удается уменьшить погрешность установки коэффициента пропускания до величины менее ±0,01%,

Рассчитаем погрешность установки коэффициента пропускания для второго варианта (фиг.З) блока 8 регулирования. Включая последовательно один или другой часовой механизм на разgj

о

0

ное время, можно изменять относительное положение секторов 5 и 60 Скорость разворота сектора при включении часового механизма, если сектор посажен путем включения муфты в соответствующее положение, при соединении с минутной осью 0,1 град/с, при соединении часовой стрелкой - 0,00167 град/с, Это соответствует скорости изменение коэффициента пропускания секторного ослабителя , 0,056 %/с и 0,0009%/с, Чередование передачи вращения на ось вращения сектора от часовой и минутной осей часо5 вого механизма с помощью блока 34 управления позволяет производить регулировку относительного положения секторов, сочетая скорость и плавность регулирования.

Испытания спектрофотометра показали, что при использовании методики определения наиболее вероятной ошибки определения коэффициента пропускания образца, основанной на измерении на, бора образцов, дают ошибку измерений, не превышающую величины 40,01%„ Это соответствует погрешности определения спектрального показателя ослабления

40 Г

при разности длин образцов 25 см - +2- .

Формула изобретения

1, Спектрофотометр, содержащий оптически связанные монохроматический осветитель, светоделитель, измерительный канал, снабженный секторным ослабителем, выполненным в виде двух соосных двухлопастных секторов, установленных с возможностью вращения и кинематически связанных с блоком регулирования, держателем образцов и фотоприемником, компенсационный канал, снабженный регулируемой диафрагмой и фотоприемником, а также блок измере-, ния фототоков, соединенный с фотоприемниками измерительного и компенсационного каналов, отличающий- с я тем, что, с целью повышения

точности измерений, измерительный канал дополнительно содержит блок сканирования световым пучком и привод блока сканирования световым пучком, блок сканирования световым пучком выполнен в виде оптически связанных первого, второго, третьего и четвертого плоских зеркал, при этом первое и второе плоские зеркала и третье и четвертое плоские зеркала попарно жестко связаны и установлены с возможностью вращения вокруг оси, соединяющей светоделитель и первое плоское зеркало- и четвертое плоское зер- кало и держатель,образцов соответст- венно, ось оптической связи второго и третьего плоских зеркал параллельна оптической оси измерительного кана

ла, ось вращения секторов секторного ослабителя совпадает с оптической осью измерительного канала, а привод блока сканирования световым пучком кинематически связан с осью вращения пар плоских зеркал.

2о Спектрофотометр по п.1, о т - личающий. ся тем, что блок регулирования содержит микровинт, шаговый двигатель и блок управления, блок измерения фототоков дополнитель- но снабжен управляющим выходом, при

, Q з 0

5

0

этом шаговый двигатель через микровинт кинематически связан с одним из секторов секторного ослабителя, управляющий выход блока измерения фототоков через блок управления соединен с шаговым двигателем,

3„ Спектрофотометр по п.1, о т - личающий ся тем, что блок регулирования содержит, первую и вторую электромагнитную муфты, первый и второй часовые механизмы, первый и второй секундомеры и блок управления , снабженный входом и первым и вторым выходами, блрк измерения фототоков дополнительно снабжен управляющим выходом, при этом первый часовой механизм через первую электромагнитную муфту кинематически связан с- осью вращения одного сектора секторного ослабителя, второй часовой механизм через вторую электромагнитную муфту кинематически связан с осью вращения другого сектора секторного ослабителя, управляющий выход блока измерения фототоков соединен с входом блока управления,первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым часовым механизмом и первым секундомером и с вторым часовым механизмом и вторым секундомером.

W

фиг. 2

35

Л

36

фиг.З