МНОГОХОДОВАЯ ОПТИЧЕСКАЯ КЮВЕТА Советский патент 1970 года по МПК G01N21/03 

Изобретение относится к области снектральных исследований газов, в частности к оптическим кюветам, применяемым IB этой области.

Известны онтические кюветы, содержащие три сферических зеркала равйого радиуса кривизны, из которых два установлены подвижно на одном конне кюветы и снабжены механизмом поворота их друг относительно друга, а третье установлено неподвижно в нротивоноложном конце кюветы.

Однако эти характеризуются невозможлостью стабилизации оптнки, а, следовательно, не обеспечиваюг ностоянства заданного числа ходов светового пучка при большом числе прохождений или при значительной длине кюветы.

С целью управления механизмами поворота сферических зеркал, предлагаемая оптическая кювета снабжена следящими системами.

Каждому числу ходов светового пучка при постоянном расстоянии между центрами кривизны подвижных зеркал на неподвиждом зеркале соответствует голько одно вполне определенное расчетное расстояние между центрами бликов на неподвижном зеркале. Это расчетное расстояние остается постоянным и при смещениях подвижных зеркал :как единого цепого относительно неподвижлого зеркала; при этом верхний ряд бликов на последнем остается неподвижным.

Следящие системы для управлення механизмом относительного поворота подвижных сферических зеркал содержат фотодатчикп, установленные в направлении отраженного о г одного подвил ного зеркала светового пучка на расчетном расстояню от входного светового пучка.

Для обеспечения слел-сения за перемещениями отраженного пучка фотодатчик следящей

системы установлен с тыльной стороны неподвижного сферического зеркала, а верхняя грань этого зеркала располол ена ниже верхней части кюветы. Для обеспечения стабильности направлений входного светового пучка

и отраженного пучка перед входным окном установлено светоделительное устройство, разделяющее световой поток осветителя на пучки, направленные во входное окно и в противоположном направлении.

Для обеспечения вывода светового пучка в выходное окно кюветы дополнительно используется свойство оптической схемы кюветы, заключающееся IB том, что взаимное сл ещение подвижных зеркал, как единого целого, относительно неподвил%;ного зеркала вызывает смещение на его поверхности нижнего ряда бликов без изменения расстояния между ними. Светоделптельное устройство содержит прято,м к Световому потоку осветителя, а другим - к входному окну, и на:Клеенную на полупрозрачную облагать в верхней части гипотенузной грани другой прямоугольной лрлзмы, катетная траль которой, обращенная к световому потоку осветителя, имеет зеркальное покрытие. Фотодатчик устанОВлен на расчетном расстоянил от нуль-пункта отсчета, пастояяном для отрал енных нучков нри заданном числе .входного пучка, вводимого в кювету через юветоделительное устройство. Высота полупрозрачного участка светоделительпого устройства равна высоте выступающего над неподвижным сферическим зеркалом входного окна. На чертеже изображена принцип,иальпан схема предлагаемой многоходовой оптической кюветы. Она содерлчит неподвижное сферическое зеркало 1, закрепленное в одном конце кюветы, и два сферических зеркала 2 и 5,. подвижно установленных -в противоположном колце кюветы. Радиус кривизны зеркал одинаковый. Центры Крлвиз:ны зеркал 2 и 5 (С-2 и Сз) находятся на поверхности неподвижиого зеркала / на горизонтальной прямой, проходящей через его центр. Центр кривизны непо,движного зеркала 1 (Ci) находится на сфере, образованной поверхностями зеркал 2 -i 3 посредине линни стыка между ними. Подвижные сферичесК|Ие зеркала 2 и 3 снабжены механизмом 4 их поворота относительно друг друга и механизмом 5 их совместного поворота. По левую сторону от зеркала I расположено входное окно 6 |КЮ1веты, а по правую сторону- выходное окно 7 кюветы, причем верхняя грань зер.кала 1 ниже верхней части входного окна 6. На нижнюю правую часть 8 зеркала 1, равную по высоте превышению входного о,кна 6 над верхней гранью зеркала 1, нанесено полупрозрачное отражающее покрытие, а тыльная часть зеркала на этом участке отполирована. Осветитель 9 установлен таким образом, что его световой поток перпендикулярен иормали к входному окну 6. В направлении светового потока осветителя 9 иеред входным окном 6 ,кюветы установлено светоделительное ycTpoiiство, представляющее собой прямоугольную призму 10, обращенную одним катодом к снеTOiBOMy потоку осветителя 9, а другим - к входному окну 6. Гипотенузная грань призмы 10 частично алюминир01вана на размер по высоте призмы, равной превышению входного окна 6 над верхней гранью зеркала 1. Грань призмы 10, обращенная к световому потоку осветителя Я алюмипирована полностью. На частично алюмилированный участок гипотенузной грани призмы 10 наклеена гипотенузной гранью прямоугольная призма 11. Кювета снабжена двумя следящими системами, первая из -которых содержит фотоэлектрический блок 12, а вторая - фотоэлектрический блок 13. Каждый тронный умножитель (ФЭУ) в качестве приемника. Каждый фотоэлектрический бло.к закреплен в каретке 14, снабженной микрометрическим отсчетным винтом и установленной за тыльной сторолой неподвижного зеркала / в направляющих 15, параллельных плоскости этого зеркала. Кроме того, первая следящая система включает в себя исполнительный механизм 16, упра-вляемый сигналами от ее ФЭУ и связанный с механизмом 4 относительного поворота подвижных зеркал 2 и 5/ а вторая, дополнительная следящая система - исполнительный механизм 17, управляемый сигналами от своего ФЭУ и связанный с механизмом 5 совместло)-о повооота зер.кал 2 и Л. Работа многоходовой оптической кюветы заключается в следующем. При помощи механизм а 4 относительного поворота ориентировочно устанавливают зеркала 2 л 3 ъ положение, соответствующее заданному числу ходов светового пучка в кювете. СветОВой погок осветителя 9 направляется на катетную грань призмы 11. Часть светового потока, отражаясь от ее гипотенузной грани, направляется через входное окно 6 кюветы на подвижное зеркало 2 и, отражаясь от него, строит блнк Б нилснем ряду неподвижного зеркала /. Дальнейшие отражения приводят к построению бликов как в нижнем, так и в верхнем ряду неподвижного зеркала ). Другая часть светового потока осветителя 9 прОходит через частично алюминированную гипотенузную грань призмы 10 и, отражаясь от полностью алюминированнои катетнон грани этой призмы, а затем вновь от гипотенузной грани той же призмы, образует световой луч с высотой, равной высоте призмы 11, направлеппый параллельно основному лучу в ирямо противоположном ему направлении. Этот луч назовем опорным пучком. Часть светового луча, дающего первый блик в верхнем ряду неподвижного зеркала /, ввиду превышения входного окна 6 кюветы над верхней гранью зеркала / проходит за его тыльную часть. Эту часть светового луча назовем контрольным иучком. Благодаря наличию двух отражений от граней призмы светоделительного устройства, его повороты относительно вертикальной оси не влияют на смещение опорного пучка, что обеспечивает в дальнейшем максимальную стабильность нуль-пункта отсчета следящей системы. Световой луч, дающий первый блнк в нижнем ряду неподвижного зеркала /, попадает на его нижнюю правую часть 8, имеющую полупрозрачное отражающее покрытие, и частично проходит за тыльную часть зеркала 1. Эту часть светового луча назовем дополнительным контрольным пучком. Каретку 14 с фотоэлектрическим блоком 12 следящей системы устанавливают ио центру опорного пучка равен нулю. В этом положении каретки 14 записывают нулевой отсчет по барабану микрометрического отсчетного винта, и это положение является нуль-пунктом отсчета следящей системы. Затем каретку 14 перемещают по направляющим 15 до положения против заранее ориентировочно установленного контрольного пучка. Расстояние между опорным и контрольным ю пучками, как уже упоминалось, расчетное и зависит пр.и постоянном размере только от заданного числа прохождений. Каретку 14 устанавливают на указанном расчетном расстоянии от нуль-пункта отсчета для заданного 15 -шсла прохождений светового пучка в кю(вете, определяя это расстояние по барабану микрометрического отсчетного винта каретки 14. В этом положении каретку 14 закрепляют в направляющих 15. При включении следящей системы ФЭУ блок 12 дает сигнал на исполнительный механизм 16, который с помощью механизма 4 поворачивает зеркало 2 относительно зеркала 3 до тех пор, пока контрольный пучок не зай- 25 мет симметричного положения относительно оптической оси фотоэлектрического блока 12, при котором ие будет сигнала на выходе, а интервал между центрами опорного я контрольНОго пучков, и., следовательно, парал- 30 лельных им основных пучков в кювете, станет равным упомянутому расчетному расстоянию. После этого смещение блика верхнего ряда на неиодвижном зеркале 1 вследствие деформации .кюветы или дрейфа фундаментов будет 35 сопровождаться появлением сигнала в следящей системе и поворотом зеркала 2 относительно зеркала 3 в первоначальное -положание. Работа дополнительной следящей системы 40 протекает аналогичным образом с той лишь разницей, что за нуль-пункт отсчета выбирают вертикальную ось симметрии неподвижного зеркала 1, ее каретку 14 с блоком 13 закрепляют в направляющих 15 в положении против 45 дополнительного контрольного пучка, на расстоянии от нуль-пункта отсчета до центра последнего, расчетном для заданного числа прохождений, а ФЭУ блока 13 дополнительной следящей системы дает сигнал исполнительно- 50 5 20 му механизму 17, связанному с механизмом 5 совместного поворота зеркал 2 и 3. Смещение блика нижнего ряда на неподвил ном зеркале /, вследствие деформации кюветы или дрейфа фундаментов, будет сопровождаться появлением сигнала в дополнительной -следящей системе и совместным поворотом зеркал 2 W. 3 относительно зеркала / в первоначальное полол ение. Предмет изобретения 1. Многоходовая оптическая кювета, содержащая неподвижное сферическое зеркало и два подвижных сферических зеркала, снабженных механизмом поворота их друг относительно друга, отличающаяся тем, что, о целью управления механизмами поворота сферических зеркал, она снабжена следящими системами, содержащими фотодатчики, усгаповленные с тыльной стороны неподвижного сферического зеркала против полупрозрачных участков в местах падения отраженных пучков на расчетном расстоянии от нуль-пункта отсчета, постоянном для отраженных пучков при заданном числе ходов, 2.Кювета по п. 1, отличающаяся тем, что за нуль-пункт принимают вертикальную ось симметрии неподвижного сферического зеркала. 3.Кювета по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена светоделительиым устройством, установленным перед входным окном, причем нуль-пунктом является центр входного пучка, вводимого в кювету через светоделительное устройство, 4. Кювета по п. 3, отличающаяся тем, что светоделительное устройство содержит прямоугольную призму, обращенную одним катетом к световому потоку осветителя, а другим катетом - к входному окну, и наклеенную на полупрозрачную область в верхней части гипотенузной грани другой прямоугольной призмы, кагетная грань которой, обращенная к световому потоку осветителя, имеет зеркальное покрытие. 5. Кювета по п. 4, отличающаяся тем, что высота полупрозрачного участка светоделительного устройства равна высоте выступающего над неподвижным сферическим зеркалом входного окна. П W J2