Спектрофотометр Советский патент 1992 года по МПК G01J3/42 

XI

ю

00 О Х|

ь

Изобретение относится к области оптического спектрального приборостроения.

Известен двухлучевой спектрофотометр, содержащий систему формирования двух оптических каналов, модулятор, уст- ройство пространственного объединения потоков излучения из оптических каналов, монохроматор с диспергирующим элементом и приводом, приемно-регистрирующее устройство.

К недостаткам устройства относится ограниченность диапазона измерений, обусловленная прямой пропорциональностью измеряемого потока излучения коэффициенту пропускания т, а также конечной вели- чиной чувствительности фотоприемника приемного устройства.

Наиболее близким к изобретению является светофотометр, содержащий оптически связанные источник монохроматического из- лучения, одно из плеч которого содержит компенсатор, а другое - кювету с образцом, модулятор и приемное устройство, включающее фотоприемник. Интерферометром служит интерферометр типа Жамена, модулятор выполнен в виде диска и расположен между пластинами интерферометра, причем диск модулятора имеет по крайней мере одну щель.

К недостаткам устройства относится достаточно ограниченный диапазон измерений, обусловленный амплитудной модуляцией сигнала в устройстве, а следовательно, прямой пропорциональностью измеряемого потока излучения коэффици- енту пропускания материала образца т 1.

Целью изобретения является расширение диапазона измерений в сторону оптически более плотных веществ.

Указанная цель достигается тем, что спектрофотометр, содержащий оптически связанные источник монохроматического излучения, первый согласующий оптический элемент, двухлучевой интерферометр, снабженный двумя поворотными зеркалами, в одном из плеч которого размещен компенсатор, снабженный приводом, а в другом - кювета для образца, модулятор, второй согласующий оптический элемент и фотоприемное устройство со светочувствительным элементом, а также регистрирующее устройство, соединенное с приводом компенсатора, дополнительно содержит фильтр низкой частоты и датчик положения, в качестве модулятора использовано одно из дополнительных зеркал двухлучевого ин- терферометра, установленное с возможностью плоскопараллельного перемещения с амплитудой не менее половины длины волны излучения источника монохроматического излучения и кинематически связанное с датчиком положения, фотоприемное устройство дополнительно снабжено управляющим ключом, имеющим вход, выход и управляющий вход, управляющий вход управляющего ключа соединен с датчиком положения, вход управляющего ключа соединен со светочувствительным элементом, а выход через фильтр низкой частоты соединен с регистрирующим устройством.

На чертеже представлена схема спектрофотометра.

Спектрофотометр содержит монохроматор 1, оптически связанный через первый согласующий оптический элемент 2 с двух- лучевым интерферометром, собранным из светоделительных зеркал 3 и 4, а также поворотных зеркал 5 и 6, причем одно из плеч каналов интерферометра содержит кювету 7 для образца, а другое - компенсатор 8 разности хода с приводом 9 компенсатора разности хода, привод 10 поворотного зеркала 6 при возвратно-поступательном движении, датчик 11, вторую согласующую оптическую систему 12, обеспечивающую проекцию выходной.щели монохроматора 1 на неселективный светочувствительный элемент 13, электрически связанный с управляющим ключом 14, который электрически связан с датчиком 11 положения и последовательно через фильтр 15 низкой частоты и усилитель 16 приемного сигнала с индикатором 17, выход которого соединен с приводом 9 компенсатора 8 разности хода.

Спектрофотометр работает следующим образом.

Излучение из монохроматора 1 с интенсивностью 10 через оптический элемент 2 попадает на светоделительное зеркало 3 двухлучевого интерферометра, где происходит деление монохроматического излучения на два равных по интенсивности луча по 1/210 каждый, которые направляются в оба плеча интерферометра. Излучение, прошедшее образец, имеет интенсивность 1/2 т 0 и сохраняет частоту монохроматического излучения. Излучение, прошедшее компенсатор 8 разности хода, попадает на подвижное зеркало 6, где изменяет начальную частоту монохроматического излучения вследствие доплер-эффекта. Светоделитель 4 служит для смешения излучения, прошедших оба канала, и суммарное излучение через оптическую систему 12 попадает на неселективный светочувствительный элемент 13, который производит прием излучения в момент прохождения зеркалом 6 среднего положения, информация о последнем поступает из датчика 11 на управляющий вход ключа 14. Так как на выходе элемента 13.1 помимо несущей информации переменной части сигнала с амплитудой 10 k VT (k - постоянная данного фотоприемника) присутствует значительный постоянный сигнал 1/210 + 1/210 С , то производится фильтрация последнего с помощью фильтра 14 низкой частоты.

Отфильтрованный информационный сигнал, пропорциональный Vr, усиливается широкополосным усилителем 16 и поступает на индикатор 17 амплитуды сигнала. Таким образом на индикаторе будут показания .пропорциональные lo Vr. Общий коэффициент пропорциональности всей установки определяется заблаговременно путем пропускания излучения через образец с извест- ным TO. Компенсатор 8 разности хода настраивается по максимальному показанию индикатора 17. Продолжительность сьема информации с помощью элемента 13, т. е. время замкнутого состояния ключа, определяется временем прохождения зеркалом расстояния, равного длине волны облучающего света с центром в точке, соответствующей нулевому положению поворотного зеркала 6 задается датчиком 11.

Таким образом, показания индикатора 16 соответствуют значению l(r) k Го Vz7,

где k определяется по показаниям индикатора 1(т0) при использовании ранее тарированного значения ть т, е. I(r0)

lo VrvT

Пусть параметр граничного коэффициента пропускания для прототипа есть тпр . Тогда чувствительность приемника равняется

k

I . -прототип ,

1о Trip чувств.

Не изменяя чувствительности приемника (Iчувств-const), применяя настоящее устройство, получаем другое значение граничного параметра тгр , причем

1чувств. 1о тгр Но когда тгр () и поскольку

ТЯ|5ОТОТИП « 1 ТО ЯСНО, Тгр. ЭТО

неравенство свидетельствует о расширении диапазона измерений в сравнении с прототипом. Так как современными известными спектрофотометрами возможно проведение измерений коэффициентов пропускания для оптически плотных веществ порядка 2 - 3, то применение предлагаемого устройства позволяет производить измерение оптических параметров для веществ с оптической плотностью 4-6. Отметим, что анализ в широком диапазоне длин волн требует применения известных методов разделения луча на две равные части. В качестве поворотных зеркал использовались зеркала, полученные напылением толстых слоев

алюминия на плоскопараллельных стеклянные пластины. В качестве компенсатора разности хода использовались два идентичных оптических клина, образующих плоскопараллельную пластинку, толщина которой

может изменяться в пределах 1-40 мкм. Настройка компенсатора проводилась вручную. В качестве привода поворотного зеркала 6 использовался линейный двигатель ДПР-72, который одновременно давал

возможность контролировать положение зеркала. То есть линейный двигатель позволяет одновременно выполнять и функции датчика 11 и управляющего ключа 14. Оптическая система 12 идентична системе 2. В

качестве светочувствительного элемента использовался фотоумножитель, в качестве фильтра низкой частоты - конденсатор емкостью 0,1 мкФ, который совместно с входным сопротивлением усилителя составил

фильтр с граничной частотой 10 кГц. Усилитель с коэффициентом усиления 50 - 10000 в различных диапазонах частоты позволял усиливать сигналы с частотой до 10 МГц. В качестве индикатора амплитуды сигнала использовался анализатор спектра СК4-59. Линейный двигатель при прохождении ну- левого положения зеркала давал деплеров- ский сдвиг частот 0,5 МГц. На этой же ( частоте спектроаналйзатор позволял определить амплитуду сигнала (т) k 10 Vr.

Результаты подтвердили возможность измерения коэффициента пропускания вещества с оптической плотностью 4, в то время как известное устройство обеспечивало возможность измерения коэффициента пропускания веществ с оптической плотностью не более 2-3.

Формула изобретения

Спектрофотометр, содержащий оптически связанные источник монохроматического излучения, первый согласующий оптический элемент, двухлучевой интерферометр, снабженный двумя поворотными зеркалами, в одном из плеч которого размещен компенсатор, снабженный приводом, а в другом - кювета для образца, модулятор, второй согласующий оптический элемент и

фотоприемное устройство со светочувствительными элементом, а также регистрирующее устройство, соединенное с приводом компенсатора, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений в сторону оптически более плотных веществ, он дополнительно содержит фильтр низкой частоты и датчик положения, в качестве модулятора использовано одно из поворотных зеркал двухлучевого интерферометра, установленное с возможностью плоскопараллельного перемещения с амплитудой не менее половины длины волны излучения источника монохроматического излучения и кинематически связанное с дат0

чиком положения, фотоприемное устройство дополнительно снабжено управляющим ключом, имеющим вход, выход и управляющий вход, управляющий вход управляющего ключа соединен с датчиком положения, вход управляющего ключа соединен со светочувствительным элементом, а выходчерез фильтр низкой частоты соединен с регистрирующим устройством.

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению. Целью изобретения является расширение диапазона измерений в сторону оптически более плотных веществ. Излучение от источника (монохроматора) 1 попадает на светодели- тельное зеркало 3 двухлучевого интерферометра, в плечах которого размещена кювета 7 и компенсатор 8. Зеркало 6 выполнено подвижным. Элемент 13 принимает излучение в момент прохождения зеркалом 6 среднего положения. На выходе элемента 13 помимо несущей информацию переменной части сигнала с амплитудой I0k Vr присутствует постоянный сигнал 1/2 |0 + 1/21о т. где lo - интенсивность; k - постоянная приемника; т-пропускание образца. Постоянный сигнал удаляется с помощью фильтра 15 низкой частоты. На индикаторе 17 возникают показания, пропорциональные Данными спектрофотометром можно измерять оптические параметры веществ с оптической плотностью 4-6, 1 ил. Ё