Интерференционный спектрометр Советский патент 1980 года по МПК G01B9/02 G01J3/26 

I

Изобретение относится к технической физике, к интерференционным спектральным приборам, и может бытъ использовано, например, для количественного спектрального анализа малых примесей атмосферы Земли.

Известен интерференционный спектрометр, содержащий проектирующую оптику, светоделительные злементы, дифракционные решетки и зеркала 1.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является интерференционный спектрометр для регистрации первой произ водной спектральной плотности исследуемого излучения по длине волны. Основа спектрометра - интерферометр по обратно-круговой схеме, содержащий проектирующую оптику, интерференционную часть с дифракционньпии решетками, средство для модуляции светового потока, фотоприемник с регистрирующей системой 2,

Недостаток его состоит в том, что в данном гфиборе можно определить только относительные интенсивности отдельных линий спектра, а не их абсолютные значения, что снижает

ценность абсорбционного количественного спект рального анализа объектов.

Цель изобретения - повышение точности абсорбционного количественного спектрального анализа.

Это достигается тем, что в известном интерференционном спек1фометре в параллельном пучке лучей между проектирующей оптикой и интерференционной частью дополнительно установлена плоскопараллельная стеклянная пластина.

На фиг. 1 1Ч)едставлена общая оптическая схема конкретного варианта предлагаемого интерференгдаонного спектрометра (оптические злемеиты размещены в одной плоскости); на фиг. 2 - графики.

Входной и выходной объективы 1 и 2 устаиовлшы симметрично относительно светоделителя 3, причем входная и выходная диафрагмы 4и5 находятся в их фокальных плоскостях, соответственно в передней и задней. Дифракционные решетки 6, 7 -расположены по обе стороны-светоделителя. Плоское зеркало 8 установлено касательно к полуокружности, центр которой делит пополам расстояни между центрами решеток, а радиус равен поло вине этого расстояния. Решетки снабжены осями поворота, параллельными их штрихам и . служащими дня сканирования спектра; Зеркало снабжено вертикалыюй осью поворота и устройством 9, служащим для модуляции светового потока и обеспечивающим колебание зеркала вокруг указанной оси с амплитудой, соответствующей сканированию спектра на доли разрешаемого спектрального ;. интервала. В качестве подобного устройства может быть применена пьезокерамика или электромагнит. Перед входной диафрагмой 4 установлены истошики сплошного спектра 10, объективы 11, 12 и кювета с исследуемым веществом 13. На выходе прибора установлены конденсор 14 и фотоприемник 15 с регистрирующей системой. Между объективом 1 и интерференционной частью спектрометра в параллельном пучке лучей, установлена плоскопара лельная стеклянная -пластина 16. Объективами 11 и 12 изображение источни ка света проектируется на входную диафрагм 4. Далее световой поток проходит через обърк тив 1 и параллельным пучком стеклянную пластину 16, падает на светоделитель 3 и делится на два интерферирующих между собой пучка. Пучок, прошедший светоделитель 3, отра жается от решетки 7, зеркала 8, решетки 6 и проходит светоделитель 3. Другой световой пучок, отразившийся от светоделжеля 3, отражается от решетки 6, зеркала 8, решетки 7 отражается от светоделителя 3 и пространстве но совмещается с первым пучком. Далее весь световой пучок объективом 2 фокусируется в плоскость диафрагмы 5 и конденсором 14 направляется на фотоприемник 15, Зарегистрированная в дшшом приборе спек трограмма S { Д) пропорциональна первой производной спектральной плотности светового потока, падающего на спектрометр, по длине волны Л . При регистрации спектров поглощения исследуемых веществ, например газов, кювета с веществом помещается между источником сплошного спектра с постоянной спектральной яркостью BO и спектрометром. В этом случае.S(я) пропорциональна производной коэффициента пропускания вещества A,(5tl или коэффициента поглощения: К/{Я) 1-А(д).(1) Значение К (А) может быть определено ин тетрированием по длине волны функции S {Л)/т к,я, ..с Для определения значения постоянных m и 6 необходима дополнительная информация оК ( Д) , не пол)Д аемая непосредственно из регистрограммы. Анализ спектрограммы позволяет определить участки спектра, на которых поглощения света нет (отсутствуют спектральные линии). С учетом этой информации К(Л) представляется в виде: К|я) -- ( 5(яЫл(3) ° Но так как значение постоянной m не определено, то К (я известно с точностью до постоянного множителя. При последовательно установленных кювете 13 с исследуемым веществом и плоскопараллельной пластины суммарный коэффициент пропускания А(д) равен произведению коэффициентов пропускания, кюветы 13 с исследуемым веществом А {Л) и плоскопараллельной пластины 16 - Т (я) А5-{я1 А|я)Т1я) Коэффициент пропускания плоскопараллельной пластины толщиной t из стекла с показателем преломления h, установленной в параллельном пучке лучей, равен: TH-Fsin22ft 7(5) - - коэффициент отражения света на границе стекло-воздух. На графике 1 фиг. 2 приведена зависимость Т ( Я) , Зарегистрированная, спектрограмма S (д) приведена на графике 2 фиг. 2. Амплитуда спектрограммы SQ на учааке спектра, где нет поглощения, равна: Отсюда измерением спектрограмме опрееляется постоянный коэффициент т,Зная коэффициент т, значение К (Я.V исследуемого вещества определяется однозначно по формуле: Js{a)da К1я)- Таким образом, установка ппоскопараллель/-, ной стеклянной пластины в параллельном пучке лучей позволяет определить абсолютные, значення коэффициента поглощения (пропускания) .исследуемого вещества н существенно повысить точность абсорбционного количественного спектрального анализа.

Проведенное экспериментальное исследование макета интерференционного спектрометра показало эффективность применения данного прибора для определения параметров отдельных линий в полосе 2 метана (1,6 мкм).

Формула изобретения

Интерференщюнный спектрометр по обратно круговой схеме, содержащий проектирующую оптику, интерференционную часть с дифракционными решетками, средство для модуля636766.

ции светового потока, фотоприемник с регистрирующей системой, отличающийся тем, что, с целью повыщеиия точности абсорб ционного количественного спектрального аиа5 лиза в параллельном пучке лучей между проектирующей оптикой и интерференционной частью, дополнительно установлена плоскопарал. тельная стеклянная пластинка.

Источники информации, 10 принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР P 127053, кл. С. 01 В 9/02, 1959.

2.Тезисы докладов III Всесоюзного симпозиума по молекулярной спектроскопии высо15 кого и сверхвысокого разрещения. Томск, 1976, с. 57. (прототип).

1,0