Устройство для эмиссионного спектрального анализа

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭМИССИОННОГО СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА(71) Заявитель Конструкторско-технологическое республиканское унитарное предприятие Нуклон(72) Автор Горных Владимир Андреевич(73) Патентообладатель Конструкторско-технологическое республиканское унитарное предприятие Нуклон(57) Устройство для эмиссионного спектрального анализа, содержащее многоэлементный фотоприемник, установленный в фокальной плоскости диспергирующего элемента, в фокусе которого расположена входная щель, оптически связанная с выходом источника спектра, отличающееся тем, что содержит калибратор, зеркало и блок сменных полосовых светофильтров, расположенный между зеркалом и выходом калибратора, причем зеркало установлено с возможностью поворота для обеспечения оптического соединения входной щели с выходом калибратора. Изобретение относится к спектральному анализу и может быть использовано для определения спектров источников оптического излучения, а также для классификации(распознавания) источников излучения по результатам анализа их спектров, что может найти применение для определения состава различных материалов в производственных условиях и в научных исследованиях. Из уровня техники известно устройство для анализа спектров, содержащее группу оптических волокон, входы которых являются входами устройства, а выходы оптических волокон через цветоразделительную призму оптически связаны с входами фотоэлектронных преобразователей патент 2164668, МПК 701 3/36, 2001. 16580 1 2012.12.30 Недостатком этого устройства является большая трудоемкость перестройки спектрального поддиапазона, потому что для этого используют перемещение каждого из фотоэлектронных преобразователей индивидуально в сочетании с перемещением выходного пучка оптических волокон вдоль грани цветоразделительной призмы, выполняющей функцию диспергирующего элемента. Наиболее близким к изобретению является устройство для эмиссионного спектрального анализа, содержащее многоэлементный фотоприемник, установленный в фокальной плоскости диспергирующего элемента, в фокусе которого расположена входная щель, оптически связанная с выходом источника спектра А.с. СССР 1651110, МПК 301 3/443,1991. Это устройство имеет такой же недостаток, заключающийся в большой трудоемкости перестройки спектрального поддиапазона. Необходимость перестройки спектрального поддиапазона объясняется высокой разрешающей способностью современных спектроанализаторов, не позволяющей в полном объеме отобразить весь спектр на экране монитора ПЭВМ, как правило, используемого в качестве регистрирующего прибора. Поэтому весь диапазон исследуемого спектра разделяют на несколько спектральных поддиапазонов. Перенастройка спектроанализатора с одного поддиапазона на другой является сложной задачей, выполняемой вручную в течение довольно продолжительного времени высококвалифицированным персоналом. Сущность этой работы состоит в том, что в оптический тракт спектроанализатора с помощью поворотного зеркала вместо излучения анализируемого спектра вводят излучение калибратора, например ртутно-аргоновой газоразрядной лампы, излучение которой содержит необходимое количество спектральных линий, аттестованных с достаточной точностью. Затем вручную устанавливают в новое положение диспергирующий элемент и фиксируют его, после чего изображение спектра на экране монитора градуируют по длинам волн, используя паспортные данные спектральных линий калибратора. Если учесть, что излучение калибратора содержит несколько десятков спектральных линий, различающихся по интенсивности на 2-3 порядка, то становится понятным, что выделение нужной линии из спектра излучения калибратора является задачей, сопоставимой по сложности с задачей распознавания образов. Это обстоятельство затрудняет автоматизацию перестройки поддиапазонов. Задачей изобретения является автоматизация перестройки спектральных поддиапазонов. Поставленная задача достигается тем, что устройство для эмиссионного спектрального анализа, содержащее многоэлементный фотоприемник, установленный в фокальной плоскости диспергирующего элемента, в фокусе которого расположена входная щель, оптически связанная с выходом источника спектра, дополнительно содержит зеркало, калибратор и блок сменных полосовых светофильтров, расположенный между зеркалом и выходом калибратора, причем зеркало установлено с возможностью поворота для обеспечения оптического соединения входной щели с выходом калибратора. Таким образом, взаимосвязанная совокупность заявленных признаков позволяет автоматизировать процесс перестройки спектральных поддиапазонов. На фигуре приведена структурная схема устройства. Устройство содержит многоэлементный фотоприемник 1, расположенный в фокальной плоскости диспергирующего элемента 2, в фокусе которого расположена входная щель 3, оптически связанная с выходом источника спектра 4. Зеркало 5, установленное с возможностью его поворота, в положении, соответствующем режиму перенастройки спектрального поддиапазона (показано пунктиром), оптически соединяет входную щель 3 с выходом калибратора 6 через блок сменных полосовых светофильтров 7. Механизм перемещения 8 механически соединен с диспергирующим элементом 2. 16580 1 2012.12.30 Многоэлементный фотоприемник 1 выполнен по известным техническим решениям на приборах с зарядовой связью (линейки ПЗС). Диспергирующий элемент 2 выполнен в виде вогнутой дифракционной решетки. Поворотное зеркало 5 должно переключаться из одного устойчивого положения в другое устойчивое положение, например, с помощью электромагнита. Блок сменных полосовых светофильтров 7 должен обеспечивать установку на пути излучения от калибратора 6 к зеркалу 5 одного из сменных полосовых светофильтров. Количество светофильтров должно быть не менее числа спектральных поддиапазонов, на которые рассчитано устройство. Полосовой светофильтр блока 7 каждого поддиапазона должен пропускать из всего спектра излучения калибратора 6 одну или несколько близко расположенных спектральных линий, находящихся внутри данного поддиапазона. Для установки каждого полосового светофильтра в рабочее положение могут использоваться известные решения, например вращение диска со светофильтрами электродвигателем или установка каждого светофильтра собственным электромагнитом. Механизм перемещения 8 должен обеспечивать плавное перемещение диспергирующего элемента 2 с помощью электродвигателя (на фигуре не показан). После отключения питания электродвигателя должна обеспечиваться безлюфтовая фиксация элемента 2, исключающая его самопроизвольное перемещение, например, под воздействием вибрации. Устройство работает следующим образом. Для установки нового спектрального поддиапазона подается напряжение питания на калибратор 6 и на электромагнит, устанавливающий поворотное зеркало 5 в положение,показанное на фиг. пунктиром. Одновременно на пути светового потока между зеркалом 5 и калибратором 6 устанавливается один из полосовых светофильтров блока 7, соответствующий тому спектральному поддиапазону, на который предполагается выполнить перестройку (управляющая ПЭВМ и исполнительные механизмы, т.е. электромагнит и электродвигатель, на фигуре не показаны). После этого механизм перемещения 8 изменяет положение диспергирующего элемента 2 таким образом, чтобы участок спектра, излучаемого калибратором 6 и выделенный полосовым светофильтром 7, начал проецироваться на заранее определенную область многоэлементного фотоприемника 1. Визуально завершение процедуры перемещения диспергирующего элемента 2 определяется как появление изображения выделенной спектральной линии (или группы линий) в заданном месте экрана монитора ПЭВМ. Затем механизм перемещения 8 отключается и выполняется градуировка оси длин волн в соответствии с местоположением на экране изображения выделенного участка спектра излучения калибратора 6. После возвращения в исходное состояние зеркала 5 и калибратора 6 устройство готово к работе в новом спектральном поддиапазоне. Таким образом достигается поставленная задача, т.е. обеспечивается автоматизация процесса перестройки спектральных поддиапазонов и, кроме этого, достигается дополнительное преимущество, заключающееся в появлении возможности выполнять градуировку по длинам волн в автоматическом режиме. Такая градуировка может выполняться как угодно часто,например при каждом включении устройства, что позволяет практически отказаться от проведения регламентных работ, не опасаясь при этом появления дополнительных погрешностей измерений, вызванных разъюстировкой устройства вследствие старения оптических и механических деталей устройства или колебаниями температуры окружающей среды. Еще одним дополнительным преимуществом изобретения является отсутствие необходимости обеспечивать высокую точность позиционирования диспергирующего элемента 2. Это позволят снизить стоимость механизма перемещения 8, повысить его надежность и скорость работы, что, в свою очередь, улучшает характеристики устройства в целом. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3