Прецизионный спектрополяриметр Советский патент 1992 года по МПК G01J4/04 

Изобретение относится к оптическому аналитическому приборостроению, а конкретнее к устройствам поляриметрического контроля состава и свийств веществ и может быть использовано при проведении научных исследований в области биотехнологии и аналитической химии.

Цель изобретения - повышение точности измерения оптической активности образцов.

На фиг. 1 представлена структурная схема прецизионного спектрополяриметра; на фиг. 2 - вариант конструктивного исполнения оптического коммутатора с фотоприемниками (разрез А-А).

Спектрополяриметр содержит источник 1 излучения, линзовый конденсатор 2, моно- хроматор 3, линзу 4, поворотное зеркало 5, лазер 6, поляризатор 7, кювету 8, поляризационный ортогональный светоделитель в виде призмы Рошона 9, ахроматизованную четвертьволновую пластинку 10, пустотелый ротор с постоянными магнитами 11, двигатель 12, плоское зеркало 13, параболическое заркало 14, пространственный светоделитель 15, фотодиоды грубого слежения 16, 16.1, электромагнит 17 привода оптического коммутатора, зеркальную шторку с отверстием 18 оптического коммутатора, фотоэлектронные умножители точного канала слежения 19, 19.1, электронные коммутаторы 20, 20.1, схему суммарно-разностной обработки сигнала 21, усилитель 22, амплитудный дискриминатор 23, датчик 24 угол-код, конические шестерни 25, корпус 26, шаговый двигатель 27. Спектрополяриметр работает следующим образом

ГО

со

СП

Световое излучение источника 1 собирается конденсатором 2 на входной щели монохроматора 3 и после прохождения мо- нохроматора коллимируется линзой 4 в параллельный пучок, направляемый ею на узел поворотного зеркала 5.

Поворотное зеркало 5 служит для коммутации световых потоков, входящих из монохроматора 3 или из лазера 6 и используемых в дальнейшем в измерительной части прибора. Световой поток, прошедший через узел поворотного зеркала 5 пропускается затем через неподвижно закрепленный поляризатор 5 и кювету 8 и направляется на вход вращающегося поляризационного ортогонального светоделителя, выполненного в виде двухлучевой поляризационной призмы 9, например призмы Рошона или Сенармона. На выходе призмы 9 световой поток разделяется на два ортогонально поляризованных пучка, один из которых распространяется вдоль оптической оси тракта, а другой - под некоторым небольшим углом наклона к оптической оси тракта. На выходе призмы 9 установлена четвертьволновая пластинка 10, которая преобразует линейчые ортогональные поляризации световых пучков, выходящих из призмы 9, в ортогональные циркулярные поляризации. Это позволяет исключить эффекты, связанные с изменением чувствительности ортоприемников а зависимости от угла азимута плоскости поляризации излучения, падающего на них.

Излучение, идущее вдоль оптической оси тракта, не меняет своего пространственного положения при вращении анализатора 9. Поэтому после отражения зеркалом

13оно фокусируется зеркальной параболой

14на отражающей центральной площадке светоделительного кубика 15. После отражения центральной зоной аксиально направленное излучение через линзовый конденсатор, наклеенный на боковую поверхность кубика 15, попадает на зеркальную поверхность оптического коммутатора 18 и отражается на фотодиод 16.1. Второй пучок света, выходящий наклонно к оптической оси из призмы 9, после отражения зеркалом 13 фокусируется на прозрачной периферийной зоне светоделительного кубика 16. Этот световой поток при вращении анализатора 9 сканирует в пространстве по кольцевой периферийной зоне кубика 15, коаксиально расположенный по отношению к оси вращения и прозрачной для падающего излучения. При этом излучение, прошедшее через кубик 15, собирается кон- денсорной линзой, наклеенной на торцевую поверхность кубика 15 и отражается зеркалом оптического коммутатора 18 на второй фотодиод 16.

Выходы фотодиодов 16 и 16.1 через нормально замкнутые контакты коммутаторов

20 и 20.1 подключены на информационные входы блока суммарно-разностной обработки. Сигнал с разностного выхода, нормированный по амплитуде суммарного уровня принимаемых сигналов, через усилитель

0 22 поступает на двигатель 12, в пустотелом валу которого укреплен вращающийся анализатор 9 и фазовая пластинка 10. Одновременно сигнал с выхода усилителя 22 поступает на информационный вход ком5 парзтора 23, выход которого параллельно подключен на управляющие входы электронных коммутаторов 20 и 20.1, а также исполнительного соленоида 17 оптического коммутатора 18.

0В начале процесса измерения интенсивность аксиально идущего пучка велика из-за нескрещенности положений поляризатора Т и анализатора 9, поэтому данный пучок воспринимается фотодиодом 16.1, ко5 торый не подвержен эффекту избыточных шумов последствия.

Вблизи положения скрещенное™ поляризаторов оптического тракта интенсивность аксиального пучка резко уменьшается. Когда

0 фотоэлектрический сигнал с фотодиода 16.1 становится меньше заданного порогового напряжения U опор, поступающего на опорный вход компаратора 23, компаратор 23 вырабатывает управляющий сигнал, посту5 г.ающий на соленоид 17, который перемещением зеркал оптического коммутатора 18 переключает принимаемое оптическое излучение с фотодиодов 16 и 16.1 на фотока- тоды фотоэлектронных умножителей 19 и

0 19,1.

Одновременно коммутаторы 20 и 20.1 переключают входы суммарноразностной схемы с выходов фотодиодов 16, 16.1 на выходы фотоэлектронных умножителей 19 и

5 19.1. Таким образом начальные высокоинтенсивные световые потоки воздействуют на фотодиоды, которые имеют низкую чувствительность, но не ослепляются сильными световыми потоками. Фотокатоды ФЭУ

0 находятся в этот момент в полной темноте, что резко снижает уровень их избыточного шума. Посла уменьшения интенсивности измерительных потоков ниже уровня, вызывающего эффект ослепления фотокатода

5 ФЭУ, азтоматически включаются для приема измерительных оптически1 сигналов фотоэлектронные умножители обладающие более высокой чувствительностью к оптическому сигналу тллоть дс счета единичных Фотонов. Эти .1реимущества позволяют резко снизить влияние шумов ФЭУ на работу поляриметрического тракта и улучшить тем самым точность работы спек- трополяриметра.

Конструктивные отличия предложенно- го устройства позволяют увеличить точность поляриметрических измерений в 2-4 раза, повысить надежность работы прибора.

Эти преимущества позволяют широко использовать данное технического решение в поляриметрических приборах неразрушающего технологического контроля, используемых в различных отраслях промышленности.

Формула изобретения Прецизионный спектрополяриметр, содержащий последовательно установленные и оптически связанные источник излучения, монохроматор, поляризатор, кювету, фотоприемник, а также усилитель и двигатель следящего привода, кинематически связанный с датчиком угол - код, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него после кюветы по ходу излучения дополнительно введены последовательно расположенные поляризационный светоделитель, кинематически связанный с двигателем следящего привода, четвертьволновая пластинка, жестко соединенная со светоделителем, и пространственный светоделитель, второй фотоприемник, оптически связанный с ортогональным выходом пространственного светоделителя, схема суммарно-разностной обработки сигнала, фотоприемники грубого слежения,, оптический коммутатор, электронный коммутатор и амплитудный дискриминатор, при этом оптический коммутатор установлен по ходу излучения после пространственного светоделителя, а его боковые выходы оптически связаны с фотоприемниками и фотоприемниками грубого слежения, выходы которых через электронные коммутаторы подключены на информационные входы схемы суммарно-разностной обработки, выход которой параллельно соединен с входом амплитудного дискриминатора и усилителя, причем выход дискриминатора подключен на управляющий вход оптического коммутатора и управляющие входы электронных коммутаторов, а выход усилителя подключен к двигателю следящего привода.

Изобретение относится к области оптического аналитического преобразования, а конкретнее к устройствам поляриметрического контроля состава и свойств веществ, и может быть использовано при проведении научных исследований в области биотехнологии и аналитической химии. Целью изобретения является повышение точности измерения оптической активности образцов, Поляриметр содержит фотоприемник грубого и точного слежения и схему их автоматического переключения при изменении взаимною расположения поляризаторов, что псзво яет снизить влияние импульсов фотоприемников на работу поляриметрического тракта и повысить точность измерений. 2 ил

1 г j

Фиг.1

Фиг. 2