Спектральное устройство для измерения допплеровского смещения линий Советский патент 1981 года по МПК G01J3/06 

(54) СПЕКТРАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДОППЛЕРОВСКОГО СМЕЩЕНИЯ ЛИНИЙ

1

Настоящее изобретение относится к области фотоэлектрических спектральных устройств для измерения положения спектральной линии.

Известно спектральное устройство для измерения допплёровского смещения линий 1

После.спектрографа световой пучок пропускают через первую плоскопараллельную прозрачную пластинку, далее его разделяют на два. Один пучок, который образует опорную спектральную линию (атмосферную) напрйвляют,на первый фотоприемннк, а второй который образует исследуемую линию , пропускгнот еще через одну плоскопараллельную пластинку и подают на второй фотоприемник. С выходов гфотоприемников выделяют сигналы о положении линий относительно входных щелей, усиливают их и подают на механизмы вращения пластинок.

Сигналсзм от опорной линии управляют первой пластинкой, а сигналом от исследуемой линии - второй. i

Таким образом, с .помощью первой пластинки осуществляют стабилизацию спектра вдоль дисперсии, то есть спектр после нее с некоторой: точностью является-неподвижным.Используя спектральную линию, длина волны которой не зависит от физичес- ких условий источника, возможно исправить сигнал допплёровского смещения исследуемой линии, искаженный шумом спектрографа, вызванным рефракцией в спектрографе, вибрацией здания при ветре, температурными деформациями.

Недостатком этого устройства является невысокая точность из-за того,; что фотоприемники, с помощью которых, производят регистрацию линий, должны быть разнесены, вследствие чего на результате измерений сказывается paSл;ичная рефракция разделенных световых пучков, температурные и механические деформации основания, на котором расположены фотоприемники.

Наиболее близким техническим решением является спектральное устройство , включающее канал регистрации исследуемой линии, канал регистрации опорной линииС общим фотоприемником и коммутатором, блок выделения разностного сигнала. К недостаткам можно отнести низкую точность измерений.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Эта цель достигается благодаря тому, что в спектральное устройство для измерения допплеровского смещения линий, включающее канал регистрации исследуемой линии, канал регистрации опорной линии с общим фотоприемником и коммутатором, блок вьщеления разностного сигнала, фотоприемник снаб,жен отклонякидей системой и вырезывающей диафрагмой, а также в устройство Ьведень4 два демодулятора, два интегратора , блок синхронизации и блок управления отклоняющей системой, при 3ITOM, отклоняющая система фотоприемника череЭ коммутатор и блок управления отклоняющей системой связана с обоими интеграторами,а блок синхронизации связан с блоком управления отклоняющей системой обоими демодуляторами и через блок управления отклоняющей системой - с отклоняющей системой фотоприемника.

На фиг. 1 изображена блок-схема спектрального устройства для измерения допплеровского смещения линий; на фиг.2(а-3) временные .диаграммы сигналов.

Предлагаемое устройство включает диссектор 1, фокусирующую систему 2, отклоняющую систему 3, диафрагму с вырезывающим отверстием 4, демодуляторы 5, 6 интеграторы 7, 8, дифференциальный усилитель 9, коммута ор 10, блок управления отклоняющей системой 11, блок синхронизации 12.

Исследуемую (Ni) и опорную (Atm) спектральные линии проекцируют на фотоприемник. В качестве фотоприемника в устройстве применен диссектор однако с этой же целью могут быть использованы и телевизионные трубки с накоплением. В данном случае с помощью магнитного поля отклоняющей системы 3 переключают поток электронов, падающий на вырезывающее отверстие диафрагмы 4. Сигнал, пода,эаёмый Иа отклоняющую систему 3 с блока управления 11 - тлеет форму, изображенную на временной диаграмме (фиг.2а) и представляет собой сумму двух сигналов: ,9А.2. сигнала переключения крыльев и 5Л(,, Дг. сигнала переключения от А к J(,y (фиг.2в,г ). 7i| и 4.представлен на фи.2а,в в виде распределения j интенсивности вдоль дисперсии - координата X. Сигналы SjL, &д.Дл поступают с блока синхронизации 12 Амплитуды сигналов и S д, заданы в соответствии с полуширинами и глубинами JL,f и Aii,a амплитуда . 2.д, соответствии с расстоянием между максимумом Л;( и С выхода диссектора сигнал поступает на демодуг ляторы 5, б,которые в динё1мике работают поочередно, т.е. в течение одного прлупериода ) работает один (сигналы управления фиг.2д,е) в течение другого работает второй (сигналы управления фиг.2ж,з). Управление демодуляторами 5, 6 выполняет блок синхронизации 12. Выходные сигналы с демодуляторов 5, 6 поступают на интеграторы 7, 8. Состояния интераторов 7,8 изменяются только при наличии входных сигналов. Если сигнлы с демодуляторов 5,б отсутствуют, то интеграторы 7,8 сохраняют свои состояния. Разность между выходньми напряжениями интеграторов 7, 8 ре- гистрируют через дифференциальный усилитель 9, как сигнал изменения относительного положения спектральных линий. Кройе того, сигналы с интеграторов 7, 8 через коммутатор 10 поступают на блок управления в виде сигналов смещения они суммируются синхронно с сигналами S4-( ,6Л2.и 5 , Я-а..

Перед началс 4 работы производят настройку режима отклоняющей системы. Вначале на отклоняквдую систему подают S ) Д,2. - сигнал переключения от Л к .Л и добиваются по минимуму сигнала постоянной составляющей на выходе диссектора, чтобы в вырезывающее отверстие попадали электроны с тех участков фотркатода, на которые спроецированы центры спектральных- линий. Затем подают S ;i,,S,2.- сигнал переключения кр1ьальевлиний. Причем, если полуширины и глубины Лч и Лг. не раны, то и амплитуды сигналов 5д,4 и 5X2., подаваемые в разные полупериод -1. должны быть неравными. Так же по сигналу постоянной составляющей в полупериоды . Я а. устанавливают амплитуды S x-f и 9 д, i Постоянные составляющие должны быть на уровне центральных участков крыльев спектральных линий. В это время обкладки конденсаторов интеграторов 7, 8 замкнуты, выходные сигналы с них равны нулю.

Работа устройствё1 для измерения допплеровского смещения состоит в следующем . Установив режим переключения электронного пучка в диссеторе при неизменном положении спектральных линий, включают интегратор При этом образуют следящую обратную связь. Если смещения спектральных линий отсутствуют, выходов демодуляторов 5, б сигналов не будет, не будет сигналов и на выходе интеграторов 7,8, т.е. не будет бсАч.- . сигналов смещения, боткл -/тоже не изменится. На выходе дифференциального усилителя будет нуль. Однако при смещении одной из линий, например, (см.фиг.2Q-Z смещенное положение показано пунктирной линией) на вырезывахяцее отверстие диафрагмы 4 попадают электроны, соответствуихцие участкам с разной интенсивностью (точки ffl,n}. На выходе диссектора появится сигнал ошибки (фиг.26), который будет вьаделен, например, на де модуляторе 6. Сигнал с выхода демодулятора 6 воздействует на интегратор 8| появится сигнал смещения 5 CNV Этот сигнал, суммированный с ботхл « приводит к. увеличению амплитуды бд,, Ха в соответствующий полупериод (фиг.2г - пунктирная линия). Вследствие этого, в сигнале 50гкл происхо дит смещение . относительно 5;t. Рост сигнала смещейия происходи до тех пор, пока 5 ошибки не станет равным нулю, т.е., когда.в вырезывающее отверстие диафрагмы 4 будут попадать электроны,соответствующие точкам R,g (фиг.2а-з) с равной интенсивностью. 5гм будет меняться только при смещениях линии, т.е. он как бы следит за линией. Аналогично сигнал на интеграторе 7 следит за второй линией (на чертеже не показано) . В процессе измерения каждый из измерительных каналов следит за своей линией. Бели обе спектральные линии смещаются синфаэно, то в разностном сигнале это смещение зарегистрировано не будет. Такое смещение считается шумом спектрографа, поскольку одна из линий опорная, т.е. не зависящая от исследуемого источника излучения. И только, когда спектральные линии смещаются относительно друг друга, т.е. когда спектральная линия, например, солнечного происхождения меняют свою длину волны, то независимо от движений спектр в спектрографе, которые проявляются в смещениях опорной линии, например, атмосферной, измеряют истинное допплеровское смещение, регистрируя сигнал на выходе дифференциального усилителя 9. Предложенное устройство для измерения допплеровского смещения позволяет повысить точность измерений. Формула изобретения Спектральное устройство для измерения допплеровского смещения линий, включающее канал регистрации исследуемой линии, канал регистрации опорной линии с общим фотоприемником и коммутатором и блок выделения раз ностного сигнала, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в нем фотоприемник снабжен отклоняющей системой и вырезывающий диафрагмой и в устройство введены блок синхронизации, два демодулятора, два интегратора и блок управления отклоняющей системой,при этом отклоняющая система фотоприемника через коммутатор и блок управления отклоняющей .системой связана с обоими интеграторами, и блок синхронизации связан с блоком управления отклоняющей системой, обоими демодуляторами и через блок управления отклоняющей системой - с отклоняющей системой фотоприемника. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Никулин Н.С. и др. Измерение слабых магнитных полей и лучевых скоростей. Астрономический циркуляр 1957, 183, с. 9. 2..Тарасов К.И. Спектральные приборы. Ленинград 1968, с. 250-251.

C/ ttfCfft

/VffVtf

ffmiat

g

6 f

-r

3

tf.f

Sffuof fttf

r .Vx,

ghjIJlrLn

/

n

П

t

m

m

n

-

n