Многоканальный спектрофотометр Советский патент 1991 года по МПК G01J3/42 

Объект

Фиг.1

Изобретение относится к области оптического спектрального приборостроения.

Цель изобретения - повышение точности измерений путем увеличения светопро- пускания.

На фиг.1 и 2 представлена оптическая схема многоканального спектрофотометра (на фиг.1 - два измерительных канала и калибровочный канал, на фиг.2 - вид А на фиг.1, где показано разветвление (как пример) восьми оптических измерительных каналов); на фиг.З - изображение трех полевых диафрагм в пространстве объектов.

Спектрофотометр содержит сканирующее зеркало 1, автономные объективы 2, ромбические призмы 3, полевые диафрагмы (зоны) 4, полосовые светофильтры 5, фотоприемники 6, рассеиватель 7, диафрагму 8, линзу 9, поворотное зеркало 10, ось 11 симметрии.

Сканирующее зеркало 1 выполнено единым для всех измерительных каналов и установлено под углом 45° к оптическим осям автономных объективов с возможностью вращения на 360° вокруг оси 11 симметрии. Каждый измерительный канал включает автономный объектив 2, ромбическую призму 3, полевую диафрагму 4, полосовой светофильтр 5 и фотоприемник 6. Автономные объективы установлены вплотную друг к другу в виде сотовой конструкции с взаимно параллельными оптическими осями.

После каждого объектива 2 радиально установлены ромбические призмы 3, отражающие грани которых расположены под углом 45° к оптическим осям объективов. Длина призм 3 выбирается исходя из размеров фотоприемников, Полевые диафрагмы 4 установлены непосредственно после ромбических призм в фокальной плоскости объективов 2. Полевые диафрагмы 4 совместно с объективами 2 формируют мгновенное поле зрения оптической систе2w где dn диаметр помы, равное

f° i

левой диафрагмы 4; f0- фокусное

расстояние объектива 2. Полосовые светофильтры 5 размещены после полевых диафрагм 4 перед фотоприемниками 6. Калибровочный канал построен по схеме коллиматора и включает рассеиватель 7 солнечного излучения, диафрагму 8, установленную в фокальной плоскости линзы 9, поворотное зеркало 10, расположенное под углом 45° к оптическбй оси коллиматора и оси 11 вращения зеркала. Диаметр d диафрагмы 8 и диаметр dn полевой диафрагмы 4

связаны соотношением dn/dn /fo1, где (к1- фокусное расстояние линзы 9 коллиматора.

Спектрофотометр работает в двух

режимах: измерения и калибровки следующим образом,

В режиме измерения световой поток поступает от исследуемого объекта, например верхних слоев атмосферы Земли (фиг.1), на

сканирующее зеркало 1 и направляется им на все автономные объективы 2, где после прохождения ромбических призм 3 концентрируется на полевых диафрагмах 4, а затем расходящимся пучком приходит интерференционные светофильтры 5 и падает на фотоприемники 6. В каждом канале интерференционные светофильтры выделяют из исследуемого потока монохроматический свет в узком спектральном диапазоне, который преобразуется фотоприемником в электрический сигнал. Электрический сигнал усиливается, преобразуется в цифровой код и поступает в блок системы управления, сбора и обработки информации (не показаны). Каждому фотоприемнику б соответст ву ет свой канал регистрации. Регистрация уровней сигналов многоканальным спектрофотометром осуществляется периодически через промежутки времени t dp /v, где

dn - диаметр изображения полевой диафрагмы 4; v - скорость ее сканирования. Спектральные каналы опрашиваются одновременно все и сигналы их, после преобразования, направляются в блок долговременной памяти.Сканирующее зеркало 1 изменяет ход луча при различных режимах работы прибора и обеспечивает сканирование изображений полевых диафрагм 4 поперек трассы полета космического аппарата.

Угол обзора может быть выбран любой, например 96°, что позволяет исследовать обширную площадь атмосферы Земли при различных зенитных углах Солнца.

В режиме калибровки сканирующее

зеркало 1 поворачивается на 180° и фиксируется. Начало калибровки осуществляется в момент, когда вектор скорости прибора направлен на Солнце. Световой поток от Солнца падает на рассеиватель 7, проходит

частично его и диафрагму 8, поступает на линзу 9, где коллимируется ею и направляется поворотным и сканирующим зеркалами . во все измерительные каналы. Фотоприемники 6 вырабатывают электрические сигналы, которые служат затем для сравнения с сигналами, полученными от объекта.

Исследуя относительные выходные сигналы, поступающие от прямой солнечной

радиации и отраженной атмосферой Земли, можно судить, например, о количественном общем содержании озона в атмосфере, а относительное изменение сигналов в спектральных каналах позволяет судить о распределении озона на различных уровнях атмосферы. Многоканальный спектрофотометр позволяет измерять солнечную радиацию, отраженную на различных высотах атмосферы (по глубине), в одном поле и одновременно восемью спектральными каналами. Таким образом, спектрофотометр позволяет глобально исследовать динамику распределения озона в атмосфере на различных ее уровнях, а при замене в приборе узкополосных светофильтров можно исследовать содержание и распределение других химических элементов е атмосфере.

0

5

Формула изобретения Многоканальный спектрофотометр, содержащий оптически связанные сканирующее зеркало, объектив, многозональную полевую диафрагму, размещенную в фокальной плоскости объектива, оптический развет- витель, полосовые светофильтры и фотоприемники, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений путем увеличения светопропускания, объектив выполнен в виде набора автономных объективов, в фокусе каждого из которых размещена одна зона многозональной полевой диафрагмы, при этом оптический разветвитель выполнен в виде ромбических призм, каждая из которых размещена по ходу луча между одним автономным объективом и зоной многозональной полевой диафрагмы.

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению. Цель изобретения - повышение точности измерений путем увеличения светопропускания. Излучение отражается от сканирующего зеркала 1 и поступает на набор автономных объективов 2. В фокусе каждого из объективов 2 размещена одна из зон многозональной полевой диафрагмы 4, Далее в каждом канале излучение проходит светофильтр 5 и регистрируется фотоприемником 6. Между каждым автономным объективом 2 и зоной диафрагмы 4 размещена ромбическая призма. Многоканальный спектрофотометр позволяет измерять излучение в одном поле одновременно несколькими спектральными каналами. 3 ил. S 7 солнечное излучение сл с о 3 N5 СП

ВидА

ФигЛ

Фие.З