Двухканальный спектрофотометр Советский патент 1982 года по МПК G01J3/42 

(5Ю ДВУХКАНАЛЬНЫЙ СПЕКТРОФОТОМЕТР

1

Изобретение относится к спектральному приборостроению и может быть использовано для прецизионных измерений в инфракрасном диапазоне.

Известны двухлучевые спектрофотометры оптического нуля 1 .

Однако они обладают относительно невысокой фотометрической точностью (.около 1%) и малой скоростью регистрации из-за ряда принципиальных .ограничений. Эти ограничения связаны, главным образом, с погрешностями изготовления компенсатора (фотометрического клина), неравномерностью изображения источника в плоскости фотометрического клина, с кинематическими погрешностями передачи фотометрический клин - перо, а также с инерционностью последней, что, как плавило, лимитирует скорость сканирования.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является двухканальный спектрофотометр,содержащий источник излучения, оптические элементы для формирования пучков в каналах образца и сравнения, регулируемый компенсатор неравенства интенсивностей пучков в каналах образца и сравнения, управляющую фотоэлектрическую систему с неселективным фотоприемником,выход которой подключен к регулятору компенсатора, измерительную фотометрическую систему, выход которой подключен к индикаторному устройству, монохроматор, установленный перед управляющей фотоэлектрической системой, и модулятор для поочередной подачи на вход управляющей фотоэлектрической системы пучков из каналов образца и сравнения и для подачи на вход измерительной системы пучков из канала сравнения 21.

Этот спектрофотометр имеет дополнительную однолучевую фотометрическую систему, измеряющую поток,прошедший через компенсатор. Таким образом, в данном приборе разделены функции омпенсации поглощения обра ца и реп-|страции потока, прошедшего через компенсатор в момент компенсации , что позволяет исключить таки погрешности, как погрешности изготовления кормпеисэтора, неравномерность изобрзжекия источника в плоскости компенсатора. Кроме того, спектрофотометр снабжен оптическими элементами для формирования пучка в опорном канале- и для пода4 /i этого пучка на вход измерительно фотометрической системы поочередно с подачей на ее вход пучка из кана(ла сравнения. Основным недостатком данного спектрофотометра является сложность оптическое схемы, в которой имеетсв три отдельных канала. Кроме того, наличие механического компенсатора накладывает ограничения на быстродействие прибора. Цель изобретения - упрощение оптической схемы спектрофотометра при сохранении высокой фотометрической точности. Цель достигается благодаря тому, что регулируемый компенсатор выполнен на основе дополнительного исто-1ника излучения - светодиода, подключенного к схеме питания, а регулятор компенсатора-- в виде схе мы изменения среднего тока питания светодиода, измерительная система снабжена устройством для измерения средней интенсивности излучения дополнительного источника, а управляю щая система - элементами для подачи излучений от дополнительного источника на неселективный фотоприемник управляющей системы синхронно с под чей на него излучения из канала образца. Кроме тбго, схема питания светодиода выполнена в виде генератора переменной частоты, регулятор компенсатора - в виде схемы изменения частоты генератора, а элементы для измерения средней интенсивности излучения светодиода - в виде частото мера . На чертеже представлена блок-схе ма спектрофотометра. Спектрофотометр содержит источни излучения 1, зеркало 2, формирующее пучок канала сравнения, зеркала 3 и для формирования пучка канала образца, а также модулятор 5 котор может быть выполнен в форме вращающегося секторного зеркала. Зеркальный модулятор 5 установлен таким образом, чтобы поочередно направпять на вход монохроматора 6 и далее на вход управляющей фотоэлектрической системы 7 пучок образца и пучок сравнения. Основными элементами управляющей системы являются неселективный приемник излучения 8, соответствующий ее входу, и схема 9 выделения сигналов разбаланса, вырабатываемых приемником 8 в последовательные полупериоды вращения секторного зеркала 5- Выход управляющей фотоэлектрической системы подключен к коммутатору 10 компенсатора 11 неравенства пучков в каналах образца и сравнения. Компенсатор неравенства пучков содержит, кроме этого, схему питания 12 и дополнительный источник излучения 13, в качестве которого применен светодиод на основе арсенида газэлия типа АЛ 106, и систему 14 термостабипизации светодиода. Измерительная система 15 подключена к индикаторному устройству (или регистрирующей системе) 16 через устройство измерения средней интенсивности изЛучения 17, содержащее фотодиод 18. Прибор работает следующим образом Излучение от источника 1 зеркалами 2 и 3 разделяется на пучки сравнения и образцы. Первьй из них непосредственно, а второй - через образец и зеркало k попадает на секторное вращающееся зеркало (модулятор) 5, так что в каиедый полуЛериод его вращения пучки образца и сравнения отражаются или проходят через модулятор 5 и идут попеременно в монохроматор 6. После разложения в спектр эти пучки попадают на неселективный приемник излучения 8. При этом коммутатор 1Оt синхронизированный с вращением модулятора 5 включает схему 12 питания дополнительного источника изпумения (светодиода) 13 в тот попуперйод, когда на приемник 8 поступает пучок канала образца, и отключает ее на время второго полупериода. 8 результате на выходе фотоприемника 8 управляющей системы возникает последовательность импульсов с двумя величинами амплитуды, одна из которых пропорциональна интенсивности излучения в канале сравнения, а вторая сумме интенсивностей излучения в канале образца и дополнительного ис точника. Схема 9 выделяет из этой последовательности сигнал, характеризующий разбаланс импульсов (неравенство их амплитуд), т.е. неравенство интенсивностей- потоков излу чения, попадающих на приемник 8 в последовательные полупериоды работы модулятора 5- Этот сигнал после пре образования подается через коммутатор 10 на схему питания 12, которая изменяет интенсивность излучения дополнительного источника до исчезновения сигнала разбаланса. Таким образом, дополнительный источник 13 в сочетании со своей схемой питания 12 и коммутатором 10 выполняе функцию регулируемого компенсатора 11 неравенства интенсивности пучков в каналах образца и сравнения.При этом средняя интенсивность добавочного потока излучения, являющаяся мерой поглощения в образце, измеряется устройством 7, входящим в измерительную систему 15, сигнал с которого поступает на индикаторное или регистрирующее устройство 16. 8 том случае, если в качестве до полнительного источника используетс светодиод, работающий в ключевом ре жиме, сигнал разбаланса используетс для управления частотой генератора, включенного в системе питания 12.Дл инерционного приемника 8 изменение частоты импульсов источника излумения 13 эквивалентно изменению средней интенсивности добавочного излучения, измерение поглощения в образ це в этом случае сводится к измерен частоты следования импульсов излуче ния с помощью устройства 17, связан ного непосредственно с генератором схемы питания 12 или с фотодиодом 18. Вместо изменения частоты можно использовать изменение скважности им пульсов. Дополнительный источник излучения 13 и фотодиод 18 могут составлять вместе комплектный блок - оптронную ячейку. Такие ячейки серийно выпускаются промышленностью. Для того, чтобы одинаковым величинам поглощения на разных длинах волн соответствовали одинаковые показания спектрофотометра, монохроматор 6 имеет специальный щелевой механизм, выравнивающий величину сигнала в канале сравнения по длинам волн. Относительно невысокая точность этого уравнивания увеличивается до необходимого значения системой автоматической регулировки усиления (на чертеже не показана). Таким образом, в предлагаемом спектрофотометре измерение поглощения образца производится по двухканальной схеме без использования подвии ных механических элементов типа фотометрических клиньев. Тем самым значительно упрощается кинематическая схемы, повышается надежность и устраняются погрешности, связанные с ошибками изготовления фотометрического клина, лимитирующие точность измерений на обычном спектрофотометре. Кроме того, достигается высокое быстродействие, ограничиваемое только инерционностью неселективного фотоприемника (постоянная времени порядка 20 мс). Благодаря тому, что В основном варианте данного спектрометра непосредственно измеряемой величиной является не амплитуда, а частота импульсов излучения, значительно упрощаются цифровая регистрация и выдача данных измерений в ЭВМ. Формула изобретения 1. Двухканальный спектрофотометр, содержащий источник излучения , оптические элементы для формирования пучков 8 каналах образца и сравнения, регулируемый компенсатор неравенства интенсивностей пучков в каналах образца и сравнения, управляющую фотоэлектрическую систему с несепективным фотоприемником, выход которой подключен к регулятору компенсатора, измерительную систему, выход которой подключен к индикаторному устройству, монохроматор, установленный перед управляющей (Фотоэлектрической системой,и модулятор для поочередной гюдачи на вход управляющей фотоэлектрической системы пучков из каналов образца и сравнения,о тличающийся тем, что, с целью упрсмдения оптической схемы спектрофотометра, регулируемый компенсатор выполнен на основе дополнительного источника излучения светодиода, подключенного к схеме питания, а регулятор компенсатора в виде схемы изменения среднего тока питания светодиода, измерительпая система снабжена устройством для измерения средней интенсивности излучения дополнительного источника а управляющая система элементами для подачи излучения от дополнительного источника на неселективный фотоприемник управляющей системы синхронно с подачей на него излучения из канала образца. 2. Спектрофотометр по n.t, о тличающийся тем, что схема питания светодиода выполнена в виде генератора переменной частоты, ре8Qгулятор компенсатора - в виде схемы изменения частоты генератора, а элементы для измерения средней интенсивности излучения дополнительного источника выполнены в виде частотометра. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Тарасов К.И. Спектральные приборы. Л., Машиностроение, 1968. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке W 21203б5,0.0.75.