Устройство для измерения интенсивности линии в оптическом спектре

 

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению. Целью изобретения является повышение временного разрешения. Основой устройства является монохроматор с электромагнитным приводом 5, выходной щелью 7 и вспомогательными выходными щелями 8 и 9. Эти вспомогательные щели размещены так, что выделяют участки спектра, опережающие и запаздывающие относительно щели 7. За каждой щелью установлены фотоприемники 10 - 12. Фотоприемники 11 и 12 подключены к блоку 14 формирования команд, который позволяет осуществить поиск линии внутри спектрального интервала, задаваемого блоком 19 установки границ измерений. Электромагнитным приводом 5 управляет блок 21. На регистраторе 23 одновременно записываются интенсивность линии и информация о текущей длине волны, поступающая с устройства 22 градуировки. Временная разрешающая способность устройства регламентируется постоянной времени фотоприемника и регистратора, а также быстродействием схемы слежения за центром линии при максимальных скоростях смещения ≤10<SP POS="POST">4</SP> нм/с. Прибор настраивается на линию даже если в спектральный диапазон, охватываемый вспомогательными щелями, попадает только крыло линии. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ.

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (др g 01 1 3/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4296399/40-25 (22) 20.08.87 (46) 23,09.89, Бюл. К - 35 (72) A.Н.Столяров, В.П. Коваленко и П.А. Таразанов (53) 535.863(088.8) (56) Дмитриевский О.Д. и др. Скоростной инфракрасный спектрометр

ИКС-20. — Оптико-механическая промышленность, 1973, Ф 9, с. 22-25.

Авторское свидетельство СССР

9 1160809, кл. G 01 J 3/42, 1983.

ÄÄSUÄÄ 1509625 А 1

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ЛИНИИ В ОПТИЧЕСКОМ СПЕКТРЕ (57) Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению. Цель изобретения является повышение временного разрешения. Основой. устройства является монохроматор с электромагнитным приводом 5, выходной щелью 7 и вспомогательными выходными щелями 8 и 9. Эти вспомогательные цели размещены так, что выделяют участки t спектра, опережаю3 1509625 щие и запаздывающие относительно щели 7. 3а каждой щелью установлены фотоприемники 10-12. Фотоприемники 11 и 12 подключены к блоку 14 формирования команд, который позволяет осуществить поиск внутри спектрального интервала, задаваемого блоком.19 установки границ измерений. Электромагнитным приводом 5 управ- 10 ляется блок 21. На регистраторе 23 одновременно записываются интенсивность линии и информация о текущей длине волны, поступающая с устройства 22 градуировки. Временная разрешающая способность устройства регламентируется постоянной времени фотоприемника и регистратора, а также быстродействием схемы слежения за центром линни при максимальных скоростях смещения «10 нм/с.

Прибор настраивается на линию даже если в спектральный диапазон, охватываемый вспомогательными щелями, попадает только крыло линии. 4 ил.

Изобретение относится к оптиче- 20 скому спектральному приборостроению.

Целью изобретения является повышение временного разрешения.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, на фиг. 2 — схема формирование команд точной настройки; на фиг. 3 — схема .блока установки границ измерений; на фиг, 4 — схема блока управления сканирующим устрой- 30 ством, Устройство содержит (фиг ° 1) входную щель l, коллиматор 2, диспергирующий элемент 3, плоское сканирую- щее зеркало 4 с электромагнитным 35 приводом 5 сканирования, фокусирующий объектив 6, основную щель 7 (измерительного канала) и две вспомогательные щели 8 и 9 с фотоприемниками 10-12, двумя светоделителями 13, 40 причем светоделители 13 вспомогательных щелей 8 и 9 установлены с возможностью выделения на них изображений участков спектра, смещенных в сторону. опережения (на щели 8) и 45 запаздывания (на щели 9) по отношению к изображению на основной оптической щели 7 на равные спектральные интервалы, формирователь 14 команд точной настройки, генератор 15, два 50 логических элементв 2И-ЗИ-ИЛИ 16 и

17, реверсивный счетчик 18, блок 19 установки границ измерений, RS-триггер 20, блок 21 управления сканирующим устройством, устройство 22 для градуировки и регистратор 23, при этом электрические выходы фотоприемников 11 и 12 соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя 14 команд точной настройки, первый и второй выходы которого подключены к первым входам соответствующих логических элементов 2И-ЗИ-ИЛИ 16 и 17, а третий — к пятым входам этих логических элементов, вторые и четвертые входы которых соединены с выходами генератора 15, и выходы — с соответствующими счетными входами реверсивного счетчика 18, выходы которого подключены к соответствующим входам блока 21 управления сканирующим устройством, подключенного выходом к электрическому входу электромагнитного привода 9 сканирования, и блока 19 установки границ измерений, первый и второй выходы которого соединены соответственно с R — и S-входами RS-триггера 20, прямой вход которого подключен к третьему входу первого логического элемента 2И-ЗИ-ИЛИ

16, а инверсный — к третьему входу второго логического элемента 2И-ЗИ-ИЛИ

17. Электрический выход фотоприемника 10 соединен с первым входом регистратора 23, а электрический выход устройства 22 для градуировки — со вторым входом регистратора 23.

Формирователь 14 команд точной настройки содержит (фиг.2) разностный сумматор 24, компараторы .25 и

26, 27 и 28 с источниками 29-32 опорного напряжения и два логических элемента 2И 33 и 34, причем первый вход блока 14 соединен с первым (суммирующим)входом раэностного сумматора 24 и с неинвертирующим входом ком— паратора 25, инвертирующий вход которого соединен с выходом источника

29 опорного напряжения, второй вход

5 150962 блока 24 соединен со вторым (вычитающим) входом разностного сумматора 24 и с неинвертирующим входом компаратора 26, инвертирующий вход

5 которого соединен с выходом источника 30 опорного напряжения, выход разностного сумматора 24 соединен с неинвертирующим входом компаратора 27, инвертирующий вход которого соединен с выходом источника 31 опорного напряжения, и С инвертирующим входом компаратора 28, неинвертирующий вход которого соединен с выходом источника 32 опорного напряжения, выходы компараторов 27 и 28 соединены со вторыми входами соответствующих логических элементов 2И 33 и 34, первый вход логического элемента 2И 33 соединен с выходом компаратора 25 и первым входом элемента 2ИЛИ-НЕ 35, выход которого является третьим выходом блока 14, первый вход логического элемента 2И 34 соединен с выходом компаратора 26 и вторым входом 25 логического элемента 2И 33 является ,первым выходом блока 14, а выход логического элемента 2И элемента 34 является вторым выходом блока 14.

Блок 18 установки границ измере- 30 ний (фиг.3) состоит из преобразователя 36 кодов,.содержащего дешифратор 37 и логические элементы ИЛИ 38 и ИЛИ-НЕ 39, при этом входы дешифратора 37 являются входами блока 19, а выходы подключены к соответствующим входам логических элементов ИЛИ

38 и ИЛИ-НЕ 39, выходы логических элементов ИЛИ 38 соединены с входами переключателя 40, а выходы логических элементов ИЛИ-НЕ 39 — со входами переключателя 41, выходы пере1 ключателей 40 и 41 являются соответственно первым и вторым выходом блока 19.

Блок 21 управления сканирующим устройством (фиг.4) содержит цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 42, цифровые управляющие входы которого

HBJIHIOTCH BXOpaMH блока 21, 43 опорного напряжения, выход которого подключен к информационному входу ЦАП 42, операционный усилитель 44, в обратную цепь которого включены аналоговый вход и выход

ЦАП 42, усилитель 45 мощности, вход которого соединен с выходом операционного усилителя 44, а выход является выходом блока 21. Совокупность

5 6 элементов, состоящая цз ПАП 43 ц операционного усилителя 44, образует управляемый цифровой аттенюатор 46.

Устройство 22 для градуировкн (фиг ° 1) состоит из источника 47 излучения, конденсора 48, щелевои диафрагмы 49, проекционного объектива 50, плоского сканирующего зеркала 51, жестко связанного со сканирующим зеркалом 4, плоского неподвижного зеркала 52, расположенного против сканирующего зеркала 51, коллиматора 53, матричного фотоприемника 54, подключенного выходом через формирователь 55 к входам шифратора

56, соединенного выходом со вторым входом регистратора 23.

Устройство работает следующим образом.

Поток излучения через входную щель 1 поступает на коллиматор 2 и через диспергирующий элемент 3, плоское сканирующее зеркало 4, объектив

6, светоделители 13 и выходную щель

7 поступает на оптический вход фотоприемника 10 основного канала. Одновременно, отражаясь от светделителей

13, поток излучения попадает на вспомогательные выходные щели 8 .и 9 и фотоприемники 11 и 12, причем изображения на вспомогательных щелях 8 и 9 смещены по длинам волн в сторону опережения (на щели 8) и в сторону отставания (на щели 9) по отношению к изображению спектра на основной щели 7 на равные спектральные интервалы

Процесс настройки устройства на линию разделяется на два этапа (режима) работы.

На первом этапе осуществляется поиск в автоматическом режиме линии внутри спектрального интервала, границы которого устанавливаются оператором перед экспериментом при помощи переключателей 40 и 41 блока 19, на втором этапе — точная настройка устройства на центр линии с последующим отслеживанием центра линии при возникновении сдвигов положения максимума линии в процессе эксперимента. При этом возможен вариант, когда суперпозиция сигналов фотоприемников 11 и 12 такова, что устройство начинает работать сразу со второго этапа.

При включении устройства начальное положение сканирующего элемен1509625 та — зеркала 4 определяется состоянием счетчика 18, произвольно устанагпивающимся при включении напряжения питания элементов схемы устройства. Цифровая комбинация с выходом счетчика 18 поступает на цифровой вход цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 42, включенного аналоговыми входом и выходом в цепь обратной связи операционного усилителя

44 и величина выходного сигнала операционного усилителя 44 однозначно определяется цифровым кодом. Выходной сигнал операционного усилителя 44 через усилитель 46 мощности поступает на электромагнитный привод 5 сканирования, который устанавливается в положение, соответствующее цифровому коду счетчика 18. Выбор режима, т.е. первый или второй этап работы устройства осуществляется блоком 14 по суперпозиции электрических сигналов фотоприемников

11 и 12, зависящей от распределения энергии на вспомогательных щелях

8 и 9, расположенных также как и щель 7 основного фотоприемника 10 в плоскости изображения спектра. В случае отсутствия линии или ее фрагментов внутри спектрального интервала

2Ь9, = Ъ вЂ” 3,, соответствующего расположению вспомогательных щелей

8.и 9, выходы компараторов 25 и 26 находятся в состоянии логического нуля, выход логического элемента

2ИЛИ-НЕ 35 — в состоянии логической единицы, выходы логических элементов 2И 33 и 34 в состоянии.логического нуля и импульсы с выхода генератора 15 поступают на соответствующий вход счетчика 18 (суммирующий или вычитающий) через один из логических элементов 2И-ЗИ-ИЛИ 16 или 17 в зависимости от состояния выходов RSтриггера 20. Направление вращения сканирующего зеркала 4 определяется начальным состоянием выходов RS-триггера 20, при этом импульсы с выхода генератора 15 поступают на суммирующий или вычитающий вход счетчика 18.

Импульсы с выходов счетчика 18 поступают в блок 21 управления сканирующим устройством. Изменение выходного напряжения блока 21 вызывает соответствующее изменение положения сканирующего зеркала 4. Одновременно выходные импульсы счетчика 18 поступают на преобразователь 36 кодов, на

55 выходах которого формируется позиционный код, соответствующий положению сканирующего зеркала 4 в текущий момент времени. При совпадении позиционного кода на выходах преобразователя 36 кодов с положением соответствующего переключателя 40 или 41 на R- или S-вход RS-триггера 20 поступает сигнал, изменяющий его состояние, что вызывает переключение счетных входов (суммирующего, или вычитающего) счетчика 18 и соответствующее изменение приращения выходных цифровых значений на его выходы. Последнее вызывает реверс движения сканирующего устройства 5. Процесс сканирования во всем диапазоне, заданном оператором, в случае отсутствия линии или ее фрагментов продолжается непрерывно вплоть до появления линии в интервале длин волн заданном оператором.

Появление линии (или ее фрагментов) в заданном спектральном интервале вызывает переход одного из компараторов 25 и 26 или обоих этих компараторов (если изображение линии появилось вблизи щелей вспомогательных фотоприемников 11 и 12) в единичное состояние. При этом выход логического элемента ИЛИ-НЕ 35 устанавливается в состояние логического нуля и подсхемы.ЗИ обоих логических элементов 2И-ЗИ-ИЛИ 16 и 17 блокируются, т.е. выходные импульсы генератора 15 не могут проходить на счетные входы счетчика 18 независимо от состояния

RS-триггера 20, Дальнейшее управление направлением движения сканирующего устройства осуществляется только блоком 14. В зависимости от соотношения сигналов фотоприемников 11 и

12 выходной сигнал разностного сумматора 24 может иметь положительную или отрицательную полярность, При этом срабатывает один из компараторов

27 или 28 и выходной сигнал этого компаратора через соответствующий логический элемент 2И 33 или 34 поступает на первый вход соответствующего логического элемента ЗИ-2И-ИЛИ

16 или 17 и выходные импульсы генератора 15 направляются на соответствующий счетный (суммирующий или вычитающий) вход счетчика 18. Изменяющаяся выходная цифровая комбинация счетчика 18 преобразуется блоком

21 и вызывает изменение положения

1509625 сканирующего зеркала 4 до тех пар, пока сигналы с выходов фотоприемников 11 и 12 не станут равны по величине ° В этом случае сигнал с выхода

5 разностного сумматора 24 становится меньше напряжения срабатывания кампараторов 27 и 28, а выходы обоих компараторав устанавливаются в сос— таяние логического нуля, на первые входы логических элементов ЗИ-2И-ИЛИ

16 и 17 поступает уровень логического нуля, блокирующий прохождение импульсов генератора 15 на счетные входы счетчика 18. Установка линии на центр закончена.

В случае последующего рассогласования в процессе эксперимента центра линии с центром настройки щели 7 соответствующий компаратар 27 или 28 20 подключает генератор 15 к соответствующему счетному входу счетчика 18 и происходит подстройка на центр линии

Дпя регистрации текущего значения 25 длины волны световой поток источ- ника 47 излучения через конденсар

38, щелевую диафрагму 49 и проекционный объектив 50 направляется на плоское сканирующее зеркало 51. По- 30 сле многократных отражений между плоским сканирующим зеркалом 51 и неподвижным зеркалом 52 поток направляется коллиматором 53 на матричный фотоприемник 54. Электрический сигнал матричного фотоприемника 54 через формирователь 55 и шифратор 56 подается на второй вход регистратора

23, на первый вход которого поступает сигнал фотоприемника 10. Таким образом, в процессе эксперимента регистратором записывается интенсивность излучения в максимуме линии и текущее значение длины волны максимума. Следует отметить, что прибор 45 автоматически настраивается на спектральную линию даже если первоначально ее максимум находится вне заданного оператором интервала, при условии, когда в указанный спектральный интервал попадает хотя бы крыло этой линии.

Временная разрешающая способность устройства регламентируется постоян— 6 ной времени фотоприемника (+10 с)

-6 и регистратора ((10 с при использовании в качестве регистратора аналогово-цифрового преобразователя с цифровым оперативным запоминающим устройством или скоростнога аналоговогo накал..теля на магнитной ленте с. амплитудна-модулированным каналам записи) и быстродействие системы слежения за пентрам линии ((10 с) при максимальных скоростях смещения центра линии (вследствие эффек гав

Штарка или Допплера) относительно выходной щели в процессе псследова+ ний нестацианарных объектов «.1О нм/c.

Ф о р м у л а и з а б р е т е н и я

Устройство для измерения интенсивности линии в оптическом спектре, содержащее оптически связанные монохраматор, снабженный электромагнитным приводом сканирования, устройств вом градуиравки, основной выходной щелью и первой и второй вспомогательными выходными щелями, установленными с возможностью выделения, участков спектра, смещенных в сторону опережения и запаздывания на равные спектральные интервалы па отношению к участку спектра, выделяемому основной выходной щелью, основной фотоприемник, установленный за основной выходной щелью, и первый и второй вспомогательные фотоприемники установленные за первой и второй вспомогательными выходными щелями соответственно, а также регистратор, соединенный с основным фотоприемником и устройством градуиравки О т л и ч а ю щ е е с я тем, чта, с целью повышения временного разрешения, устройство дополнительно содержит блок формирования команд точной настройки, снабженнь1й первым и вторым входами и первым, вторым и третьим выходами, генератор, первый и второй логические элементы 2И-ЗИ-ИЛИ, ре. версивный счетчик, блок управления сканирующим элементом, снабженный кодовыми входами и выходом, блок установки границ измерений, снабженный кодовыми входами и первым и вторым выходами, и RS òðèããåð, при этом первый и второй вспомогательные фотоприемники соединены с первым и вторым входами блока формирования команд точной настройки, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами первого и второго логических элементов 2И-ЗИ-ИЛИ соответственно, генератор соединен с вторым и четвертым входами первого и второго логических элементов 2И-ЗИ вЂ И

1509б25

Составитель С. Иванов

Редактор Г. Волкова Техред А.Кравчук

Корректор 14 Васильева

Заказ 5792/33 Тираж 46б Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Я-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 третий выход блока формирования команд точной настройки соединен с пяты; входом первого и второго логических элементов 2И-ЗИ-ИЛИ, выходы которых соединены со счетными входами реверсивного счетчика, выход реверсивного счетчика соединен с кодовыми входами блока управления скани— рующим элементом и блока установки границ измерений, первый и второй выходы блока установки границ измерений соединены соответственно с Rи S-входом RS-триггера, прямой выход которого соединен с третьим входом первого логического элемента 2И вЂ” ЗИ-ИЛИ а инверсный — с третьим входом второго логического элемента 2И-ЗИ-ИЛИ, выход блока управления сканирующим элементом соединен с электромагнитным приводом сканирования.