Спектрометр Советский патент 1993 года по МПК G01J3/42 

его перестройки на другую программу, что бывает необходимо, например, при смене источника излучения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является спектрометр со скорректированной спектральной чувствительностью в пределах участка сканирования спектра, содержащий мойохроматор с оптико-механической сканирующей системой, фотоприемник и уси литёль спектрального канала с регулируемым коэффициентом уси-. ления, светоделитель, фотоприемник и усилитель канала управления, а также каскад для управления коэффициентом передачи усилителя спектрального канала, включающий в себя формирователь периодических во времени реперных меток длины волны, формирователь команд управления, управляемые пиковый детектор и запоминающее устройство, блок квантования управляющего сигнала. В указанном спектрометре коррекции спектральной чувствительности осуществляется посредством изменения коэффициента передачи усилителя спектрального канала, управляемого с помощью сигнала, поступающего с фотоприемника каскада управления, установленного так, что изображение участка спектра попадающее на него, смещено по длинам волн на один участок коррекции в сторону определения по отношению к изображению на оптической щели фотопрйемника спектрального канала. Однако в данном устройстве не производится учет погрешностей изменения, возникающих вследствие спектральной оптической нестабильности среды за время спектрометрирования, что снижает точность измерений, В указанном устройстве невозможна коррекция либо изменение методики проведения измерений, что снижает круг задач, который может решать устройство.

Целью изобретения является повышение точности измерения спектров за счет автоматической коррекции результатов спёКтр&метрирЬвания по отдельным участкам спектрального диапазона.

Цель достигается тем, что в спектрометр, содержащий мбнохроматор с оптико- механической сканирующей системой, включающий в себя первый светоделитель и формирователь реперных меток длины волны, фотоп рйемник спектрального канала (ФПСК), блокГу сйлёния спектрального канала с регулируемым коэффициентом усиления и каскад для управления коэффициентом передачи усилителя, включающий фотоприемник каскада управления (ФПКУ), а также формирователь команд управления, усилитель управляющего сигнала, управляемые пиковый детектор и запоминающее устройств, блок квантования управляющего сигнала, при этом первый светоделитель расположен перед оптической щелью

. ФПСК под углом к оптической оси монохро- матора с возможностью выделения на оптической щели ФПКУ изображения участка спектра, смещенного по длинам волн на один участок коррекции в сторону опережения по отношению к изображению на оптической щели ФПСК, а электрический вход ФПКУ подключен к входу последовательно соединенных усилителя управляю- щёго сигнала, управляемого пикового

детектора, управляющий вход которого соединен с третьим выходом формирователя команд управления, вход которого соединен с электрическим выходом формирователя реперных меток длины волны, механически

связанного с оптико- механической сканирующей системой монохроматора, выход управляемого пикового детектора соединен с информационным выходом управляемого запоминающего устройства , управляющий

вход которого соединен с вторым выходом формирователя команд управления, вход сброса информации - с первым выходом формирователя кома.нд управления, а выход - с входом блока квантования управляющего сигнала, выходы которого соединены с управляющими выходами блока усиления спектрального канала с регулируемым коэффициентом усиления, введены в монохрома- тор второй светоделитель, а в электронную

часть N дополнительных фотоприемников, N блоков усиления сигнала дополнительных фотоприемников, N+1 устройств выборки- хранения, коммутатор, блок ввода-вывода и ЭВМ, при этом второй светоделитель

расположен перед оптической щелью ФПСК под углом к оптической оси монохроматора с возможностью выделения на оптических щелях дополнительных фотоприемников сканируемого участка спектра, а

электрические выходы дополнительных фотоприемников подключены к входам последовательно соединенных блоков усиления сигнала дополнительных фотоприемников и устройств выборки-хранения, управляющие

входы которых соединены с первым выходом ЭВМ, а информационные выходы - с

входами коммутатора, вход которого соединен с входом блока ввода-вывода, а управляющий вход- - с вторым входом ЭВМ,

третий выход ЭВМ соединен с входом блока ввода-вывода. Введение указанных элементов позволяет контролировать временную нестабильность оптического излучения в спектральном интервале, соответствующем ширине входной щели дополнительных фотоприемников непосредственно в процессе сканирования, что существенно отличает его от всех ранее известных технических решений данного типа, в том числе и от прототипа.

Вследствие того, что измерения электрических величин в устройстве происходят в конечное отличие от нуля время, и вследствие необходимости подключать к блоку ввода-вывода сигнал от различных фотоприемников, в него введены устройства выборки-хранения и коммутатор. Для контроля производимых операций, регистрации полученных данных, оперативного управления процессами измерений, построения стабильной шкалы длин волн, решения различного класса обратных задач, а также для организации вывода информации на устройство хранения и отображения в устройство введена управляющая ЭВМ, что позволяет расширить круг задач, решаемых устройством.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого спектрометра. Спектрометр состоит из оптико-механической и электронной частей. В оптико-механическую часть входят объектив 1, монохромэтор 2 с оптико-механической системой сканирования, снабженный двигателем 37,.формирова- телем 3 реперных меток длины волны, первым светоделителем А и вторым светоделителем 38, представляющим собой полупрозрачные плоскопараллельные пластины, выходными щелями спектрального канала 5 и каскада управления б с установленными за нимм ФПСК 7 и ФПКУ 8, а также дополнительные фотоприемники 39. Формирователь 3 реперных меток длины волны содержит оптически связанные источник излучения, модулятор и приёмник излучения. Периодичность по времени и механическая связь формирователя 3 с оптико-механической системой сканирования обеспечивается тем, что модулятор формирователя 3 расположен на валу двигателя системы сканирования. Светоделитель 4 расположен в монохроматоре под углом к оптической оси перед выходной щелью 5 спектрального канала с.возможностью вращения вокруг вертикальной оси, параллельной щелям 5 и 6, и установлен таким образом, чтобы обеспечить опережение во времени развертки спектра на вход- ные щели б каскада управления по отношению к развертки спектра на выходной щели 5 спектрального канала на величину, равную длительности сканирования одного участка коррекции. Светоделитель 38 установлен под углом к оптической оси прибора таким образом, чтобы обеспечить

попадание светового потока на выходную щель 5 спектрального канала и дополнительные фотоприемники 39 одновременно в пределах участка сканирования спектра. 5В электронную часть входят формирователь 9- команд управления, содержащий последовательно соединенные двигатель 10 частоты, вход которого является входом формирователя 9 и подключен к электриче0 скому выходу формирователя 3 реперных меток длины волны, формирователь 11 длительности, выход которого служит первым выходам Т1 формирователя 9, первую линию 12 задержки, выход которой служит

5 вторым выходом Т2 формирователя 9, вторую линию 13 задержки, выход которой служит третьим выходом ТЗ формирователя 9, а также усилитель 14 управляющего сигнала, выполненный по схеме широкополосно0 го операционного усилителя управления. Кроме того, электронная часть содержит управляемый пиковый детектор 15, содержащий аналоговый ключ 16, информационный вход которого является входом детектора и

5 подключен к выходу усилителя 14 управляющего сигнала, управляющий вход через инвертор 17 соединен с управляющим входом детектора, подключенного к третьему . выходу ТЗ формирователя команд управле0 ния, а выход через пиковый детектор 18 соединен с выходом детектора и информационным выходом аналогового ключа 19 сброса информации, управляющий вход которого соединен с управляющим вхо5 дом детектора, а выход - с общей шиной питания; управляемое запоминающее устройство 20, содержащее входной аналоговый ключ 21, информационный вход которого является входом устройства 20 и

0 соединен с выходом управляемого пикового детектора 15, управляющий вход служит управляющим входом устройства 20 и подключен к второму выходу Т2 формирователя 9 команд управления, а выход через запоми5 нающее устройство 22 подключен к выходу устройства 20 и информационному входу аналогового ключа 23 сброса информации, управляющий вход которого служит входом сброса информации устройства 20 и соеди0 нен с первым выходом Т1 формирователя 9 команд управления, а выход подключен к общей шине питания; блок 24 квантования сигнала управления, выполненный в виде амплитудных компараторов 25 с заданными

5 различными уровнями срабатывания, входы которых соединены параллельно ц служат входом блока 24, подключенного к выходу управляемого запоминающего устройства 20, а выходы являются выходами блока 24. Электрическая часть содержит также блоки

26 усиления спектрального канала и дополнительных фотоприемников, содержащие усилители 27, неинвертирующий вход которых соединён с электрическими выходами фотоприемников 7 и 39, а инвертирующий - через параллельные цепи обратной связи, состоящие из последовательно соединенных масштабных резисторов 28 и аналоговых ключей 29, управляющие входы которых соединены с выходами блока 24 квантирова- ния сигнала управления, причем к выходам блоков 26 усиления спектрального канала и дополнительных фотоприемников подключены устройства 30 ыборки-хранения, управляющий вход которых соединен с первым выходом ЭВМ 36, а выход подключен к входу коммутатора 31, управляющий вход которого соединен с вторым выходом ЭВМ 36, выход коммутатора 31 подсоединен к входу компаратора 32 блока 35 ввода- вывода, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя 33, вход которого подключен к третьему выходу ЭВМ 36, выход компаратора соединен с входом блока 34 выборки синхроимпульса периферии подключен к входу ЭВМ 36.

(Гример. Устройство МАСКА-Г, схема которого представлена на фиг. 2, содержит входную щель 40, закрепленную на коллиматорном объективе 41, подающем оптический поток на призменный монохрома- тор 42, за которым установлены конденсаторный объектив 43, оптико-механическая система 44 сканирования спектра с установленными на ней фотбприемниками 45 спектрометра и дополнительными фотоприемника 46, а также светоделитель 47. Фотоприемники 45 спектрометра и дополнительные фотоприемники 46 подключены к масштабным усилителям 48, соединенным с устройствами. 49 выборки-хранения, сигнал с которых по управлению ЭВМ 50 коммутируется мультиплексором 51 на блок 52 ввода-вывода спектральной информации из ЭВМ 50.

Формула изобретения Спектрометр, содержащий монохро- матор с оптико-механической системой .сканирования, включающий первый светоделитель и формирователь реперных меток длины волны, а также фотоприемник спектрального канала (ФПСК), блок усиления спектрального канала с регулируемым коэффициентом усиления и каскад для управления коэффициентом передачи усилителя, включающий фотоприемник каскада управления (ФПКУ), формирователь команд управления, усилитель управляющего сигнала, управляемые пиковый детектор и запоминающее устройство, блок квантования управляющего сигнала, при этом первый светоделитель расположен перед оптиче. с кой щелью ФПСК под углом к оптической оси монохроматора с возможностью выделения на оптической щели ФПКУ изображения участка спектра, смещено по длинам волн на один участок коррекции в сторону

0 опережения по отношению к изображению на оптической щели ФПСК, а электрический ФПКУ подключён к входу последовательно соединенных усилителя управляющего сигнала, управляемого пикового детектора, уп5 равляющий вход которого соединен с третьим выходом формирователя команд управления, вход которого соединен с электрическим выходом формирователя реперных меток длины волны, механически

0 связанного с оптико-механической сканирующей системой монс.хроматора, выход управляемого пикового детектора соединен с информационным входом управляемого за- .поминающего устройства, управляющий

5 выход которого соединен с вторым выходом формирователя команд управления, а вход сброса информации с первым выходом формирователя команд управления, а выход - с входом блока квантования управляющего

0 сигнала, выходы которого соединены с управляющими входами блока усиления спектрального канала с регулируемым коэффициентом усиления, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности за

5 счет автоматической коррекции результатов спектрометрирования по отдельным участкам спектрального диапазона, монохрома тор дополнительно содержит второй светоделитель, а в устройство введены N

0 дополнительных фотоприемников, N дополнительных блоков усиления сигнала дополнительных фотоприемников, (N+1) устройств выборки-хранения, коммутатор, блок ввода-вывода и вычислительное уст5 ройство, при этом второй светоделитель расположен перед оптической щелью ФПСК под углом к оптической оси монохроматора с возможностью выделения на оптических щелях дополнительных фотоприемников скани0 руемого участка спектра, а электрические выходы дополнительных фотоприемников подключены к входам последовательно соединенных дополнительных блоков усиления сигнала дополнительных фотоприемников

5 и устройств выборки-хранения, управляющие входы которых соединены с первым выходом вычислительного устройства, а

информационные выходы - с входами коммутатора, выход которого соединен с входом блока ввода-вывода, а управляющий

вход - с вторым выходом вычислительного устройства соединен с входом блока ввода- устройства, третий выход вычислительного вывода.