Спектрометр Советский патент 1991 года по МПК G01J3/12 

Изобретение относится к области спектрального оптического приборостроения и может быть использовано для регистрации спектров нестационарных источников с повышенной точностью измерений.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На фиг.1 показана блок-схема спектрометра; на фиг.2 - выполнение основной и дополнительных линеек

Спектрометр состоит из оптико-механической и электронной частей.

Оптико-механическая часть содержит (фиг. 1) последовательно расположенные по направлению распространения луча ослабитель 1 потока излучения, монохроматор 2 с входной щелью 3 и установленными за ней коллиматором 4, диспергирующим элементом 5, плоским сканирующим зеркалом 6, фокусирующим объективом 7, за которым расположена выходная щель 8. и фотоприемник 9. Монохроматор 2 снабжен градуи- ровочной системой 10 по длинам волн, состоящей из источника 11 излучения, конденсатора 12, щелевой диафрагмы 13, жестко связанного со сканирующим зеркалом 6 монохроматора 2 спектрометра, плоского неподвижного зеркала 16, расположенного против зеркала 15, коллектора 17 и приемника 18 излучения, выполненного в виде параллельно расположенных основной n-элементной и дополнительной т-эле- ментной фотоприемных линеек, фоточувствительные элементы которых расположены в одной плоскости со смещением элементов дополнительной линейки относительно элементов основной линейки до обеспечения взаимного перекрытия элементов в поперечных сечениях линеек. Размеры элементов в линейках одинаковы, а число элементов в основной и дополнительной линейках равно между собой m « п.

Электронная часть содержит (фиг.1) нормирующий блок 19, состоящий из п основных и гп дополнительных нормирующих элементов 20, входы элементов являются

первым n-канальным входом блока 19 и соединены с выходами основной фотоприемной линейки приемника 18 соответственно, входы m элементов 20 являются вторым гл- канальным входом блока 19 и подключены к

выходам дополнительной фотоприемной линейки приемника 18 соответственно, выходы нормирующих элементов 20 соединены с первым п-канальным выходом блока 19. а выходы m нормирующих элементов 20 - с

вторым m-канальным выходом блока 19, формирователь 21. снабженный первым п- канальным входом и вторым т-канальным входом и k-канальным выходом (где k - число участков коррекции) состоящий в свою

очередь из k 1-входовых логических элементов ИЛИ 22 (где k n/l),m логических элементов 2ИЛИ 23, п логических элементов 2И 24 и п логических элементов НЕ 25, при этом первый вход первого 1-входового логического элемента ИЛИ 22 подключен к выходу первого логического элемента 2ИЛИ 23, первый вход которого соединен с первым из входов блока 21, а второй - с выходом первого логического элемента 2И 24. первый

вход которого подключен к первому из m входов блока 21. а второй к выходу первого логического элемента НЕ 25. соединенного входом с вторым из п входов блока 21. второй вход первого п-входового логического

элемента ИЛИ 22 подключен к выходу второго логического элемента 2ИЛИ 23, первый вход которого соединен с вторым из m входов блока 21. а второй - с выходом второго логического элемента 2И.24, первый-вход

которого подключен к второму из m входов блока 21, а второй - к выходу второго логического элемента НЕ-25. соединенного вхо- . дом с третьим из m входов блока 21.

соединение остальных элементов 2ИЛИ 22, 2И 24 и НЕ 25 аналогично, при этом первый n-канальный вход формирователя 21 соединен с первым n-канальным выходом нормирующего блока 19, а второй т-канальный вход формирователя 21 соединен с вторым выходом нормирующего блока 19, а выходы 1-входовых логических элементов ИЛИ 22 являются k-канальным выходом формирователя 21, блок 26 управления, состоящий из к аналоговых ключей 27. k потенциометров 28 и источника 29 стабильного напряже- ния, причем все потенциометры подключены к источнику стабильного напряжения, а выходы потенциометров 28 через аналоговые ключи соединены с выходом блока 26, а управляющие входы k аналоговых ключей 27 подключены через соответствующие входы блока 26 к k-канальному выходу формирователя 21, усилитель 30 управляющего напряжения, вход которого соединен с выходом блока 26 управления, а выход - с управляющим входом управляемого ослабителя 1 потока излучения, оеги- стратор 31, информационный вход которого соединен с выходом фотоприемника 9, а вход синхронизации - с первыми выходами нормирующего блока 19.

Устройство работает следующим образом.

Поток излучения через ослабитель 1 и входную щель 3 монохроматора 2 поступает на коллиматор 4 и через диспергирующий элемент 5, плоское сканирующее зеркало 6. фокусирующий объектив 7 и выходную щель 8 направляется на оптический вход фотоприемника 9. При колебании (или вращении) зеркала 6 изображение спектра сканируется по выходной щели 8. Оптический сигнал преобразуется фотоприемником 9 в электрический и поступает на информационный вход регистратора 31. Управление величиной потока излучения на выходе ослабителя 1 осуществляется следующим образом. Синхронно со сканированием спектра сканируется изображение щели 13 по фоточув- ствительным элементам приемника 18. Это происходит следующим образом. Источник 11с помощью конденсатора 12 заполняет щелевую диафрагму 13. которая проекционным объективом 14 и коллектором 17 изображается в плоскости фоточувствительных элементов приемника 18, предварительно многократно отразившись от зеркала 15 и неподвижного зеркала 14.

Изображение щели в процессе сканирования перемещается вдоль фоточувствительных элементов и на их выходах возникают электрические сигналы в зависимости от положения изображения в плоскости фоточувствительных элементов. Эти сигналы (реперы длины волны) поступают в нормирующий блок 19. где преобразуются нормирующими элементами 20 в импульсы

нормированной амплитуды и длительности переднего и заднего фронтов. Выходные импульсы блока 19 поступают в формирователь 21. в котором происходит преобразование их в позиционный код. Это

происходит следующим образом. гигнал первого из входов поступает на первый вход первого логического элемента 2ИЛ И 23, сигнал первого из m входов поступает на первый вход первого логического элемента 2И

24. на второй вход которого поступает сигнал 1 логического элемента НЕ 25 (инвертора) и таким образом на выходе логического элемента 2ИЛИ 23 действует сигнал 1 весь период сканирования от начала импульса с первого фоточувствительного элемента основной п-элементной фотоприемной линейки до начала импульса с второго фоточувствительного элемента этой линейки. Таким образом, исключаются

сбои во время перемещения изображения щели по фоточувствительным элементам фотоприемных линеек. Сигналы с выходов логических элементов 2ИЛИ объединяются 1-входовыми логическими элементами ИЛИ

в k групп, которые поступают через к-ка- нальный выход блока 21 и вход блока 26 управления на управляющие входы аналоговых ключей 27, подключающих поочередно выходы потенциометров 28 к выходу

блока 26. Выходное напряжение блока 26 управления через усилитель 30 поступает на управляющий вход электрически управляемого ослабителя потока 1 излучения, который изменяет поток излучения в

соответствии с выходными напряжениями потенциометров 28.

В зависимости от спектральной чувствительности оптического тракта, включающего в себя монохроматор 2 и фотоприемник 9, а также спектрального распределения энергии источника излучения в заданном спектральном диапазоне ДА, чувствительность в поддиапазонах коррекции может быть изменена, для чего оператору необходимо установить по шкалам потенциометров 28 величины сопротивлений, соответствующие определенным уровням управляющих напряжений. При этом

уровни управляющих напряжений блока 26 устанавливаются в каждом поддиапазоне коррекции независимо друг от друга таким образом, чтобы изменение амплитуды сигнала спектра в каждом из этих поддиапазонов коррекции лежало в пределах.

соответствующих минимальной погрешности измерений.

Устанавливаемые оператором в процессе эксперимента уровни управляющего напряжения блока 26, пропорциональные коэффициентам ослабления ослабителя 1 потока излучения, на каждом из участков коррекции автоматически поддерживаются далее постоянными при последующих циклах сканирования по спектру. В процессе сканирования синхронно со спектральной информацией с выхода нормирующего блока 19 на управляющий вход регистратора 31 поступают реперные метки, несущие информацию о текущем значении длины волны. Таким образом обеспечивается оперативная регулировка в процессе эксперимента величины освещенности на приемной площадке фотоприемника 9 и автоматическое поддержание оптимальной (с точки зрения минимума погрешности измерения) величины ее при последующих циклах сканирования по длинам волн.

Формула изобретения

Спектрометр, содержащий оптически связанные монохроматор, снабженный входной щелью, диспергирующим элементом, плоским сканирующим зеркалом и устройством градуировки по длинам волн, и фотоприемник, а также регистратор, информационный вход которого соединен с фотоприемником, при этом устройство градуировки по длинам волн содержит оптически связанные источник излучения, оптическую систему, плоское зеркало, жестко связанное с плоским сканирующим зеркалом неподвижное зеркало и приемник излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он дополнительно содержит ослабитель потока излучения, снабженный управляющим входом и размещенный перед входной щелью, нормирующий блок, снабженный первым из п

входов и вторым из m входов наборами входов и первым из п выходов и вторым из m выходов наборами выходов, формирователь, снабженный первым из п входов и

вторым из гп входов наборами входов и набором из k выходов, блок управления,снабженный набором из k входов и выходом, усилитель управляющего напряжения, регистратор дополнительно снабжен набором

из п входов синхронизации, приемник излучения выполнен в виде основной, содержащей п фоточувствительных элементов, и дополнительной, содержащей гп фоточувствительных элементов, фотоприемных линеек, фоточувствительные элементы основной и дополнительной фотоприемных линеек размещены в одной плоскости со смещением фоточувствительных элементов дополнительной фотоприемной линейки

относительно фоточувствительных элементов основной так, что обеспечено одновременное перекрытие потоком излучения фоточувствительных элементов в поперечном сечении линеек, при этом каждый из п

фоточувствительных элементов основной фотоприемной линейки соединен с каждым из п входов первого набора входов нормирующего блока, каждый из m фоточувствительных элементов дополнительной

фотоприемной линейки соединен с каждым из m входов второго набора входов нормирующего блока, каждый из п выходов первого набора выходов нормирующего блока соединен с каждым из п входов первого

набора входов формирователя и с каждым из п входов синхронизации регистратора, каждый из m выходов второго набора выходов нормирующего блока соединен с каждым из m входов второго набора входов

формирователя, каждый из k выходов формирователя соединен с каждым из k входов блока управления, выход которого через усилитель управляющего напряжения соединен управляющим входом ослабителя потока излучения.

Фиг. 2

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению. Целью изобретения является повышение точности измерений. Излучение через ослабитель 1 попадает в монохроматор 2 и регистрируется фотоприемником 9. Монохроматор2 имеет устройство 10 градуировки по длинам волн, в котором приемник 18 выполнен в виде основной и дополнительной фотоприемных линеек. С выходов фоточувствительных элементов приемника 18 импульсы реперов длины волны преобразуются нормирующими элементами 20 блока 19 в импульсы нормированной амплитуды и длительности переднего и заднего фронтов. Выходные импульсы блока 19 преобразуются формирователем 21 в позиционный код,