Спектрополяриметр
Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано для контроля качества выпускаемой продукции, например, в оптико-механической, микроэлектронной, пищевой, химической, микробиологической промышленности, а также в медицине. Цель изобретения - повышение точности измерения оптической активности. Световое излучение источника 1, прошедшее монохроматор 2, модулируют по азимуту поляризации поляризатором 3. Далее световой поток проходит кювету 25 с исследуемым образцом, анализатор 26, ахроматическую четвертьволновую пластинку 27 и собирается объективом 30 на фотоприемнике 31. Первая гармоника сигнала с фотоприемника 31 усиливается селективным усилителем 32 и подается на привод 33, который вращает анализатор 26 вместе с радиальным угломерным растром 29 до тех пор, пока исчезнет первая гармоника. Подсчет штрихов растра 29 осуществляют с помощью осветителя 36 и фотоприемника 37, импульсы тока которого поступают на один из информационных входов электронно-вычислительного блока (ЭВБ) 38. Точный угломерный датчик, выполненный в виде дифференциального интерферометра Майкельсона, с помощью фотоприемников 23 и 23' и реверсивного счетчика 24 регистрирует число интерференционных полос. Счетчик 24 подключен к второму информационному входу ЭВБ 38. Сигнал с фотоприемника 31 поступает через компаратор опорного напряжения 34 на импульсный вход ЭВБ 38, на опорный вход которого поступает сигнал с выхода датчика опорного направления 14, кинематически связанного с поляризатором 3 и содержащего фотоприемник 18. 2 з.п. 2 ил.
Изобретение относится к области оптического аналитического приборостроения и может быть использовано для контроля качества выпускаемой продукции, например, в оптико-механической, микроэлектронной, пищевой, химической, микробиологической промышленности, а также в медицине. Целью изобретения является повышение точности измерения оптической активности. На фиг. 1 показана схема спектрополяриметра; на фиг. 2 схема колеблющегося поляризатора с интерферометрическим интерполятором и автоколлимационным датчиком опорного напряжения. Спектрополяриметр содержит источник излучения 1, монохроматор 2, колеблющийся поляризатор 3, укрепленный в оправе 4, которая связана с корпусом прибора через систему упругих пружин 5, обеспечивающих угловые колебания поляризатора 3 вокруг оптической оси прибора 00'. Спектрополяриметр имеет электромагнит 6, питаемый переменным напряжением сети. На оправе 4 поляризатора 3 укреплены два диаметрально противоположных относительно оси 00' кронштейна 7, 7', на которых установлены точечные источники излучения, например полупроводниковые лазеры 8,8', линзы 9,9', отражательные призмы 10, 10', а также концевые отражатели интерферометра в виде трипельпризм 11, 11' и установленные перпендикулярно направлению лучей от них плоские зеркала 12, 12'. С оправкой 4 жестко скреплено зеркало 13 автоколлимационного датчика опорного направления 14, содержащего объектив 15, полупрозрачную пластину 16, источник света 17, фотоприемник 18. Интерферометрический точный угловой датчик 19 выполнен в виде дифференциального интерферометра Майкельсона, содержащего источник излучения лазер 20, светоделитель 21, призмы пространственного светоделителя 22, 22', фотоприемники 23, 23' и реверсивный счетчик 24. Спектрополяриметр имеет цилиндрическую кювету 25 для исследуемого вещества, поляризационный анализатор 26, хроматическую четвертьволновую пластину 27, вращающуюся оправу 28 анализатора с укрепленным на ней радиальным угломерным растром 29, линзовый объектив 30, фотоприемник поляриметрического тракта 31, селективный усилитель первой гармоники частоты модуляции 32, привод вращающегося анализатора 33, компаратор напряжения 34, выделяющий момент прохождения минимума сигнала, фотоприемники синхронизации угломерных каналов 35, 35', датчик грубого углового отсчета по штрихам радиального растра, содержащий осветитель 36 и фотоприемник 37. Для обработки сигналов всех датчиков спектрополяриметра, а также синхронизации взаимодействия всех узлов прибора имеется электронный вычислительный блок (ЭВБ) 38, выдающий после соответствующей обработки результат измерения на встроенное информационное табло 39, а также интерфейс спектрополяриметра. Спектрополяриметр работает следующим образом. Световое излучение источника 1, прошедшее монохроматор 2, модулируют по азимуту поляризации поляризатором 3, приводящимся в колебательное движение электромагнитом 6. Далее световой поток проходит кювету 25 с исследуемым образцом, анализатор 26, ахроматическую четвертьволновую пластинку 27 и собирается объективом 30 на фотоприемнике 31. В зависимости от оптической активности образца, а следовательно, угла разворота им плоскости поляризации света меняется соотношение частотных гармоник переменной составляющей сигнала с фотоприемника 31. Первая гармоника модулирующего сигнала усиливается селективным усилителем 32 и подается на управляющую обмотку двигателя привода 33, который вращает анализатор 26 вместе с растром 29 до тех пор, пока из сигнала не исчезнет первая гармоника. Угол разворота анализатора 26 измеряется с точностью до величины шага углового растра 29 подсчетом штрихов растра, пересекающих поле зрения датчика грубого отсчета, содержащего осветитель 36 и фотоприемник 37, импульсы тока с которого поступают на один информационный вход ЭВБ 38. Синхронно с поляризационным модулятором (поляризатором) 3 работает точный угломерный канал прибора. Колебания оправы 4 поляризатора 3 приводят к наклону кронштейнов 7, 7' и перемещению трипельпризм 11, 11' дифференциального интерферометра, изменяя разность оптических путей обоих плечей интерферометра. При этом луч лазера 20 через полупрозрачный светоделитель 1 попадает на трипельпризмы 11, 11'. Прошедшие трипельпризмы лучи отражаются плоскими зеркалами 12, 12', установленными перпендикулярно направлению падающих лучей, и возвращаются по тому же пути. На полупрозрачном светоделителе 21 создается интерференционная картина, которая разделительными призмами 22, 22' направляется на фотоприемники, включенные на счетные входы реверсивного счетчика 24, информация с которого поступает в ЭВБ 38. Точное измерение угла поворота поляризатора 3 в пределах углового шага растра 29 осуществляется счетом интерференционных полос реверсивным счетчиком 24. Для определения направления перемещения поляризатора фотоприемники 23, 23' юстируются пространственными перемещениями до получения между сигналами фотоприемников сдвига фаз на 90o. Угловые перемещения поляризатора 3 с помощью интерферометра измеряются с точностью до 0,1 в диапазоне до 
3-5o. Для учета дрейфа нейтрали колебаний поляризатора 3 используется автоколлимационный датчик опорного направления 14, вырабатывающий импульс с фотоприемника 18 на ЭВБ 38 в момент прохождения блика от зеркала 13, укрепленного на оправе 4. При колебаниях поляризатора сфокусированные на плоскость растра световые пучки оптических каналов, укрепленных на кронштейнах 7, 7', сканируют по измерительному радиусу угломерного растра 29, причем при пересечении изображениями точечных источников 8, 8' диаметрально противоположных штрихов растра 29 фотоприемники 35, 35' вырабатывают импульсы синхронизации работы угломерных каналов грубого и точного отсчета, поступающие на дополнительные импульсные входы ЭВБ 38. Для точной синхронизации работы поляриметрического и угломерных каналов спектрополяриметра сигнал фотоприемника поляриметрического тракта 31 дополнительно подается на компаратор напряжения 34, вырабатывающий импульс на вход ЭВБ 38 в момент прохождения минимума сигнала фотоприемника 31. Электронный вычислительный блок 38, измеряя временные задержки между импульсами, поступающими с фотоприемников 18, 35, 35' компаратора 34 и обрабатывая информацию, поступающую с реверсивного счетчика 24 и фотоприемника 37, выдает результат измерения угла разворота плоскости поляризации исследуемым образцом на встроенное информационное табло 39 с учетом дрейфа нуля колеблющего поляризатора 3, эксцентриситета растра 29. Благодаря реализованной в предложенной конструкции спектрополяриметра синхронной работе поляриметрического канала в плоскости поляризации света, интерферометрического прецизионного датчика точного углового отсчета и широкодиапазонного растрового датчика грубого углового отсчета резко повышаются точность и стабильность работы спектрополяриметра в широком диапазоне измеряемых углов вращения и расширяются в связи с этим возможности идентификации оптически активных веществ на данном приборе. Использование для внутришаговой интерполяции угловых отсчетов колебательного режима поляризационного модулятора-поляризатора позволяет исключить использование дополнительных синхронизирующих устройств связи поляриметрического и точного угломерного каналов, упростить конструкцию интерферометрического датчика точного углового отсчета, учесть дрейф нейтрали колебаний поляризатора и в сумме повысить тем самым надежность работы спектрополяриметра, а также автоматизировать процесс измерений оптической активности образцов и регистрацию результатов. Эти преимущества позволяют широко использовать предложенный спектрополяриметр в системах неразрушающего технологического контроля микробиологической, пищевой и химической промышленности, а также при разработке комплекса прецизионных метрологических средств измерений для оптико-механической промышленности страны.
Формула изобретения
1. Спектрополяриметр, содержащий последовательно установленные и оптически связанные источник излучения, монохроматор, поляризатор, установленный с возможностью колебаний, кювету, анализатор, соединенный с приводом вращения, и фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерения оптической активности, он дополнительно содержит грубый угломерный датчик, точный угломерный датчик с ограничителями диапазона, жестко связанный с поляризатором, радиальный угломерный растр со штриховыми индексами, жестко связанный с анализатором, электронный вычислитель с опорным, импульсным и информационными входами, компаратор опорного напряжения и датчик опорного направления, причем ограничители диапазона синхронно связаны со штриховыми индексами радиального растра, выход точного угломерного датчика подключен к первому информационному входу электронного вычислителя, выход грубого угломерного датчика подключен к второму информационному входу, выход фотоприемника подключен через компаратор опорного напряжения к импульсному входу электронного вычислителя, а его опорный вход соединен с выходом датчика опорного направления, кинематически связанного с поляризатором. 2. Спектрополяриметр по п.1, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, точный угломерный датчик выполнен в виде дифференциального интерферометра Майкельсона, отражатели которого закреплены на кронштейнах, жестко соединенных с поляризатором в диаметрально противоположных по отношению к оси колебания поляризатора точках. 3. Спектрополяриметр по п.2, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности измерения оптической активности, ограничители диапазона синхронно связаны со штриховыми индексами радиального растра с помощью дополнительных оптических каналов, каждый из которых содержит жестко связанный с кронштейнами точечный источник света и последовательно установленные по ходу луча линзовый конденсор и поворотный отражатель, а также дополнительный фотоприемник, установленный за угломерным растром и жестко связанный с корпусом спектрополяриметра, причем оптические каналы выполнены таким образом, что изображение точечного источника проецируется в плоскость штриховых индексов радиального растра, при этом выходы дополнительных фотоприемников подключены к дополнительным импульсным входам электронного вычислителя.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000
Извещение опубликовано: 27.12.2000
