Оптический спектрометр Советский патент 1980 года по МПК G01J3/28 

Изобретение относится к фйльтров|л спектральным приборам для измерения интенсивности эмиссионных линий на фоне помехи, создаваемой сплошным спектром. Известны пламенные фотоэлектричес кие фотометры 1, 2, в которых используются интерференционные свето фильтры, фотоэлемент или фотоумножитель и регистратор. Наиболее близким техническим решением является оптический фотометр, содержащий входную диафрагму, фильтр для выделения спектрального диапазона, модулятор светового потока, фотоэлектрический преобразователь и регистратор 2 . К недостаткам его можно отнести невозможность учета и устранения вли яния постоянной составляющей оптичес кой помехи. Целью изобретения является устранение влияния постоянной составляюще оптической помехи. Эта цель достигается применением вращающегося светофильтра, выполненного в. виде двух граничащих между собой зон с совпадающими по длинам волн максимумами аппаратных функций, но различными их полуширинами. Прозрачности зон выбираются такими, чтобы световые потоки, выделяемые на фотопреобразователь из равномерного спектра каждой зоной, были одинаковы. Ось вращения фильтра пересекает границу зон, имеющих регулируемые прозрачности, и располагается параллельно оптической оси спектрометра за пределами входной диафрагмы. На фиг. 1 изображен один из вариантов предлагаемого спектрометра; на фиг. 2 - спектральные характеристики пропускания зон фильтра. Спектрометр содержит источник 1, содержащий анализируему о эмиссионную линию на фоне оптической помехи, конденсорную линзу 2 осветительной сиCTeNM, формирующей параллельный пучок, входную диафрагму 3 и. интерференционный светофильтр 4, состоящий из двух полукруг.пых зон 5 и б с общей границей 7. Зона 5 имеет полукруглый непрозрачный участок 8 вблизи центра фильтра, а зона 6 - непрозрачный участок 9 в форме полукольца на периферии фильтра. Фильтр установлен с возможностью вращения его вокруг оси 10 с помощью прибода 11. Ось 10 параллельна о птической оси 12 спектрометра и допускает параллельное перемещение в вертигсальной плоскости, вследствие чего проекция 13 диафрагмы 3, образованная параллельным световым пучком наплоскости фильтра 4,

МЙЖ§3 /3.анимать тЪ или иное пбЛЬжёние относительно центра фильтра. Прошедший через фильтр 4 свет фокусируется Линзой 14 на выходе фотопреобраэовате л я , 15 , Эле кт риче с кий эк в ив а1ле нт оп т 1Чеёк6го сигнала, формируемого при вращении фильтра 4, поступает на регистратор 16.

- Ха за сгфйстики сйёкграАЬШг Тфдпускания (аппаратные функции) зон 5

и 6 показаны соответственно кривыми 17 и 18. Кривая пропускания зоны 5 выбирается с более йысоким.и острым максимумом в отличие от аналогичной кривой для зоны 6. Аппаратная функция зЪны 5 имеет более высокие пиковСГё значение и меньшую полуширину, нежели аппаратная функция зоны б. характеристики спектрального пропускания зон подобраны так, что

л я равномёрноЪо спектра их обЩйе пропускания (просуммированные по всем линам волн) одинаковы. :1„,;-.;5.:«.;„и-.-..Работа устройства показана на приере узкой линии излучения, находяейся на фоне оптической помехи со cплoшны 1 равномерным спектром. Полуирина анализируемой -линии предполагается много меньше полуширины более . аппаратного контура рассматри ваемых зон (зоны 5).

Свет от источника, поступающий на фотопреобразователь, будет поочереднО Проходить через зоны 5 и 6 фильтра 4. Поскольку суммарные пропускания Л я еплошного равномерного спектра заранее выбраны для обеих зоН одинаковьми, модуляции излучения фона

здесь не произойдет, несмотря на то,

что среднее значение пропускаемого

№ёКТраЛЬного интервала и пиковое значение формируемого периодического сигнала будут приэтом изменяться. Модуляция фона не произойдет, так увеличение интервала спектрального пропускания для зоны б по сравнению с зоной 5 будет компенсировано соответствующим снижением интенсивHjDCTH пропускаемого из у чедия вблизи

г ГаксймумаТ в дЕнном случае модуляцйя

$oiE S Sfci fc:Tey npft любом численном

эначёмЙ его интенсивности. Эмйс сионная линия, присутствующая на фоне спектра помехи, даст периодический разностный сигнал. Мод ляцйя излучения линии будет обусловлена/тем,

ч 8за1 ечет её малой шйрины йнтёнсивнрсть поступающего на фотопреобразов а ёНь Т1зл Гчё нйя Вудет 6пределя я не общей прозрачностью зон, а п 5озрач ностями збн вблиз и Максимумов их aiiпаратных функций. Световой поток от

линии, прошедшей через 5, будет больше,Чем поток зону 6 . Периодический сигнал, сформированный изпучбнием ЛИНИИ, преобразовывается в электрический Э1 вивалент и поступает на регистратор 16. Таким образом, если интенсивность спектра оптической помехи на исследуемом учайтке спектра близка к равномерной, устранение влияния помехи происходит ав,томатически.

В общем случае при выбранных характеристиках 17 и 18 пропускания

зон, помеха от неравномерного спектра будет модулирована. Допустим для Определенности, что суммарный светсвой поток от фОна, проходящий через зону.5 больше, чем поток чер.ез зо|1у &.

Устранение влияния фона производится здесь в следующем порядке. Включают помехообразующий источник, не содержащий в спектре своего излучения

лИнИи исследуемого элемента.

Перемещают ось 10 вращения фильтра 4 вниз. При вращении фильтра проекция 13 диафрагмы 3 будет частично экранирйвана непрозрачным участком 8, т. е.

прозрачность зоны 5 уменьшится, а в

пределах зоны б Проекция 13 не бУдет экранирована и прозрачн.ость зоны б сохранит первоначальное значение. Выбором определённогосмещения оси 10

добиваются равенства световых потоков, проходящих через обе зоны фильтра 4. Для каждого спектра выбор этого смещения индивидуален. Модуляция излучения фона при вращении фильтра 4.будет

отсутствовать. Если .в спектре излучения источника присутствует анализируё- мая линия, то ее излучение будет модулировано за счет разности пиковых пропусканий з.он. .

После компенсации фона калибровкУ

прибора производят обычным порядком

с использованием серии эталЪнных источников. ,,,

Предлагаемое -устройство обеспечивает более высокую чувствительность.и

точность спёктральньах измерений при наличии оптической помехи с произвольным спектром. - . ., ... . . . .

Формула изобретения .

опти 1ёский спектрометр, содержащий входную диафрагму, фильтр длй.выделения спёктральногьдиаоазона, модулйтор светового подтока, фотоэлектрический преобразователь И регистратор,

о т л и ч а ю щ. с я тем,.что, с «Сцелью устранений влияния постоянной составляющей оптической помехи, фильтр йыполнен в виде двух граничащих между собой зон и .установлен с .возможностью

Вращения вокруг оси, пересекающей Границу зон и смещенной параллельн.о оптической оси спектрометра .за пре-, делы входной диафрагмы, при этом аппаратные фунткции зон имейт максимумы. на одной и той же длине волйьа, йо раЗ

личные полуширины, а регулируемые прозрачности зон таковы, что световые пртоки, вьщеляемые нз равномерного спектра на фотопреобразователь каждой из них одинаковы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Шишловский А. А. Прикладная физическая оптика, м., Физматгиз,

1961,с. 619.

2.Бурриель-Марти Ф., РамиресМуньос X. Фотометрия пламени, м., изд-во Иностранная литература

1962,с. 112.

12

Л

Длина SojjHbi Фиг.г