Монохроматор

 

Использование: в области технической физики, в оптических приборах для спектральных исследований. Сущность: устройство содержит диспергирующий элемент, жестко связанный с зубчатым сектором, средство выбора зазора, например пружину , шаговый двигатель, связанный с шестерней, логическую схему управления двигателем, оптически связанное с диспергирующим элементом плоское зеркало, второй зубчатый сектор, жестко связанный с зеркалом и входящий в зацепление со второй шестерней, связанной со средством выбора зазора и вторым управляемым шаговым двигателем. Отношение радиусов зубчатых секторов равно Ri:R2 (A/ai) , где А - максимальный угол поворота диспергирующего элемента, af - шаг поворота, диспергирующего элемента. 1 ил..

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4858288/25 (22) 08.08.90 (46) 30.01.93. Бюл. М 4 (71) Ленинградский государственный университет (72) Е.Д,Мищенко и Ю.Ш.Ахунбабаев (56) Тарасов К.И, Спектральные приборы. Л.:

Машиностроение, 1968, с. 207.

Заявка EP М 0124448, кл. С 01 J 3/06, 1984, (54) MOHOXPOMATOP . (57) Использование: в области технической физики, в оптических приборах для спектральных исследований, Сущность: устройство содержит диспергирующий элемент, Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при создании спектрометров, спектрофотометров и других оптически;; приборов для спектральных исследовани основанных на выделении монохроматического света с помощью диспергирующего элемента.

Известны монохроматоры, в которых развертка спектра осуществляется путем поворота диспергирующего элемента такими устройствами, как, например синусный механизм, кулачковый механизм, приводимыми а движение как ручным способом, так и с помощью электрических узлов, например шаговых двигателей. Недостатком таких устройств является длительное время, необходимое для установки больших углов разворота.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является монохроматор с устройством для поворота диспергирующего элемента, содержащее

„„Я2„, 1791729 Al (51) G 01 J 3/06

2 жестко связанный с зубчатым сектором, средство выбора зазора, например пружину, шаговый двигатель, связанный с шестерней, логическую схему управления двигателем, оптически связанное с диспергирующим элементом плоское зеркало, второй зубчатый сектор, жестко связанный с зеркалом и входящий в зацепление со второй шестерней, связанной со средством выбора зазора и вторым управляемым шаговым двигателем. Отношение радиусов зубчатых секторов равно В1Я2 = (А/а1) где А — максимальный угол поворота диспергирующего элемента, а1 — шаг поворота, диспергирующего элемента. 1 ил. зубчатый сектор, шестерню, входящую в зацепление с зубчатым сектором, шаговый двигатель, связанный с шестерней и логическую схему управления двигателем.

Недостатками этого устройства является длительное время необходимое для поворота диспергирующего элемента на большой угол и большие размеры зубчатого колеса вызванные требованием установки диспергирующего элемента с заданной точностью.

Целью изобретения является уменьшение времени поворота диспергирующего элемента и уменьшение габаритов устройства с сохранением точйости установки длин волн, Для достижения поставленной цели в указанное устройство, содержащее диспергирующий элемент, зубчатый сектор радиусом В2, шестерню, входящую в зацепление с зубчатым сектором, шаговый двигатель, связанный с шестерней и логическую схему

1791729 управления двигателем, дополнительно введены плоское зеркало, оптически связанное с диспергирующим элементом, второй зубчатый сектор, радиусом R>, вторая шестерня, входящая в зацепление с вторым зубчатым сектором, второй управляемый шаговый двигатель, связанный с второй шестерней, и схему управления шаговыми двигателями, которая включает в себя два сопрягающих устройства, входы которых подсоединены к ЗИМ, а выходы соответственно соединены "с первым и вторым шаговыми двигателями, причем отношение радиусов зубчатых секторов; при одинаковых радиусах шестерен, равно: 1 1/

R2 ai где А — максимальный угол поворота диспергирующего элемента, определяемый спектральным диапазоном работы монохроматора; а1 — наименьший шаг сканирования, Такое отношение радиусов зубчатых секторов обеспечивает минимальное время поворота.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана схема устройства, Устройство управления" поворотом диспергирующего элемента 1 монахроматора содержит зубчатый сектор 2, имеющий радиус йг, шестерню 3, находящуюся в непосредственном зацеплении с зубчатым сектором 2, шаговый двигатель 4, воздействующий на шестерню 3, зеркало 5, второй зубчатый сектор 6 с радиусом R>, вторую шестерню 7, находящуюся в непосредственном зацеплении с вторым зубчатым сектором 6, второй управляемый шаговый двигатель 8, воздействующий на шестерню

7, и схему управления шаговыми двигателями 4 и 0, включающее в себя ЭВМ 9 и устройства сопряжения с ШД 10 и 11, Диспергирующий элемент 1 и зеркало 5 связаны с соответствующими зубчатыми секторами 2 и 6, и имеют с ними общие оси вращения, Диспергирующий элемент 1 и зеркало 5 не имеют друг другом механической связи, и поворачиваются по закону, определяемому программами ЭВМ.

Устройства сопряжения 10 и 11 представляют собой устройства, преобразующие логические сигналы ЭВМ 9 в уровни напряжений достаточные для управления шаговыми двигателями.

Переход из одной точки спектра в другуе осуществляется следующим образом; разворотом диспергирующего элемента 1, осуществляемым шаговым двигателем 4 с

35 аг = *b . (2) г

Максимальный угол разворота А в предлагаемом устройстве можно записать в виде:

А = А2 + А = Маах*аг + Nmax*81, (3) где Аг — угловая величина сектора 2;

A> — угловая величина сектора 6;

М ах — максимальное число шагов ШД

4;

N»< — максимальное число шагов ШД 8.

Так как зеркало 5 разворачивается в пределах угла аг, с угловым шагом а1, то ясно что максимальное число шагов ШД 8 равно .

50 а

Nmax = (4) а1

Или, учитывая (1), (2), (4) и то что г1 = г2, Ивах (5)

R1 п2

Из (3) и (5) следует, что

А1 = *а1 = а2.

R1 г

Угловой размер А равен; (6) R1 шагом, в раз большим, чем точность 2 установки длины волны, примерно устанавливается необходимая длина волны спект5 ра, а точная установка осуществляется зеркалом 5, которое разворачивается шаговым двигателем 8 с шагом равным заданной точности в пределах угла равного шагу поворота диспергирующего элемента 1.

10 При сканировании спектра шаговый двигатель 8 поворачивает зеркало 5 в пределах угла равного шагу поворота диспергирующего элемента 1 и возвращается в начальное положение, после этого шаговый

15 двигатель 4 поворачивает диспергирующий элемент 1 на один шаг и повторяется цикл поворота шаговым двигателем 8 зеркала 5.

Для разделения порядков, в предлагаемое устройство можно ввести например on20 тический фильтр.

1) Расчет угловых значений зубчатых секторов, и максимального числа шагов шаговых двигателей.

Пусть требуется поворачивать диспер25 гирующий элемент в пределах угла А с наименьшим шагом а1. Угловая величина одного шага шаговых двигателей 4 и 8 равна

b, радиусы r> и гг шестеренок 3 и 7 будем для . простоты считать одинаковыми. Тогда угло30 вые значения шагов поворота зубчатых секторов 2 и 6 будут соответственно равны; а = *о (1)

r1

1791729

Az = А — А1 (7)

Из формул (3), (4), (6) найдем Mmax:

Mmax = — 1

А «В2 а1 R1 (8)

2) Сравнение времени, затрачиваемого на поворот в известном и предлагаемых устройствах.

Разворот шаговым двигателем диспергирующей системы на угол В осуществляется за время;

Т= K*t, где К вЂ” число шагов шагового двигателя, t — время,за которое производится один шаг.

В известном методе:

В = L*а1, (9) где 1 — число шагов ШД, а1 — предельное разрешение монохроматора.

В предлагаемом способе:

В = М*а2+ N*a1, (10) где M — число шагов ШД 4, а2 — величина шага, осуществляемого

ШД8;

N — число шагов второго ШД 8.

Учитывая, что а2 = a1*Nmax, где Nm — максимальное число шагов ШД 8, получим

В = (M*Nmax + N)*a1. (1 1)

Из (9) и (10) видно,что: = M*N»x + N

Значит в известном методе, для поворота требуется время; Tu = L«t = (M*Nmax + N)«t, (12) а в предлагаемом методе:

Т„= (M+ N)*t, . (13)

Отсюда видно, что Tu > Tn, так как Nm» >1.

3) Расчет условия,при котором затрачивается минимальное время на поворот, Т„

Составим отношение F = и расТи смотрим условие его максимума. Заменяя N и M их максимальными значениями Nmax u

@max из фоРмУл (5) и (8) и обозначаЯ R1/R2 =

=812, ПОлучим:

F(R12) = *(R12 — ") + — (14) а1 1

R12

Дифференцируя полученное выражение по R12, и приравнивая полученную производную к нулю, видим, что выражение (14) имеет максимум при

5 R>z=R>/Rz= /&ai (15)

Таким образом в предлагаемом устройстве уменьшается время необходимое для разворота спектра на определенный угол.

Так, если шаговый двигатель делает

10 один шаг за 0,02 сек, то применяя формулы (15), (4), (5), (12) и (13) видно, что для того, чтобы при помощи известного устройства повернуть диспергирующий элемент монохроматора на угол А = 60 с точностью а = 1;

15 потребуется 72 с, а с помощью предлагае- мого устройства только 2,4 с.

Формула изобретения

Монохроматор, содержащий диспергирующий элемент, жестко связанный с зубча20 тым сектором радиуса R1, шестерню, кинематически связанную с зубчатым сектором, шаговый двигатель, жестко связанный с шестерней и блок управления, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения

25 времени разворота диспергирующего элемента, вустройство дополнительно введены оптически связанное "с диспергирующим элементом плоское зеркало, жестко связан-. ный с плоским зеркалом второй зубчатый

30 сектор радиуса Rz, вторая шестерня, кинематически связанная с вторым. зубчатым сектором, жестко связанный с второй шестерней второй шаговой двигатель, и два сопрягающих устройства, входы которых

35 подсоединены к блоку управления, а выходы соответственно электрически соединены с первым и вторым шаговыми двигателями, причем отношение радиусов зубчатых секторов равно

40 R1 /Г

Rz a1 где А — максимальный угол поворота диспергирующего элемента; а1 — шаг поворота диспергирующего

45 элемента, 1791729

Составитель Ю.Ахунбабаев

Техред M.Ìoðråíòýë Корректор Н.Кешеля

Редактор А,Коляда

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 148 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5