Спектрофотометр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ОМИТЕТ СССР ТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ: .ллн р ан БРЕТЕН ОЛИ САН ВИДЕТЕЛЬСТВ(21 ) 3433801/18-25(5 б) 1. Авторское свидетельство СССР Р 175271, кл, 0 01 Х 1/04 у 19 б 0.2. Кельбалиханов Б.Ф. и др. О стандартизации методов и аппаратуры в гидрооптических исследованиях. "Океанологиями, 1978, т. ХЧ 111, В 5, с. 933-938 (прототип ).(54 )(57 ) СПЕКТРОФОТОМЕТРсодержащий герметичный контейнер с иллюминаторами, в котором размещены излучатель и последовательно по ходу излучения коллиматор, светоделительное устройство объектив, спектроанализирующее устройство, приемник излу-чения, а также прерыватель пучков излучения, систему синхронизации и узел оптических трактов опорного и измерительного пучков излучения, располо",801 055973 женный в исследуемой среде, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повьыения точности спектрофотометрических измерений, узел оптических .трактов опорного и измерительного . пучков излучения выполнен в виде двух отражательных призм, прерыватель пучков излучения -. в вице двух вэаимнопараллельных непрозрачных дисков с пропускающими излучение отверстиями, светоделительное устройство - в виде сдвоенного кубика Люммера с общей зеркальной поверхностью, причем первая и вторая отражательные призмы расположены параллельно соответственно против первого и второго иллюминаторов с противоположных сторон гер-ЕД метичного контейнера, а взаимно параллельные диски прерывателя расположены параллельно иллюминаторам на обеей оси нраиениял несересенаи- С щейся с оптической осью спектрофотометра, отверстия этих дисков распо- й ложены так, что опорный и измерительный пучки излучения прерываются по- очередно,Изобретение относится к измери тельной технике, в частности к пз 1,с измерителям ослабления монохроматического света поглощагщей средой, и может использоваться для исследования и контроля окружающей водной среды,Известен спектрофотометр, выполненный по двухлучевой схеме сравнения световых потоков, прошедших различные фиксированные оптические пути в исследуемой среде 13.Однако данный спектрофотометрхарактеризуется усложненной оптикомеханической конструкцией и погрешностью, обусловленной наличием большого числа отражающих оптических поверхностей, расположенных в исследуемой среде.Кроме того, в указанном спектрофотометре исследуемая среда анализируется в расходящихся световых пучках, что вносит дополнительную методическую погрешность измерения.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является спектрофотометр, содержащий герметичныйконтейнер с иллюминаторами, в котором размещены излучатель и последовательно по ходу излучения коллиматор, светоделительное устройство,объектив, спектроаналиэирующее устройство, прерыватель пучков излучения, приемник излучения, системусинхронизации и узел оптическихтрактов опорного и измерительногопучков излучения 2 .Недостатком известного устройства является невысокая точностьспектрофотометрических измеренийиз-за большого количества отражающих поверхностей оптических элементов, расположенных в исслЕдуе. мой среде,Целью изобретения является повышение точности спектрофотоиетрических измерений.Эта цель достигается тем, что вспектрофотометре, содержащем герметичный контейнер с иллюминаторами,в котором размещены излучатель и последовательно по ходу излученияколлиматор, светоделительное устройство, объектив, спектроаналиэирующее устройство, приемник излучения,а также прерыватель пучков излучения, систему синхронизации и узелоптических трактов опорного и измерительного пучков излучения, последний выполнен в виде двух отражательных призм, прерыватель световых пучков - в виде двух взаимно параллель"ных непрозрачных дисков с пропускающими излучение отверстиями, светоделительное устройство - в виде сдвоенсного кубика Люммера с общей эеркаль" ной поверхностью, причем первая ивторая отражательные призмы расположены параллельно соответственнопротив первого и второго иллюминаторов с противоположных сторон 5 герметичного контейнера, и .взаимнопараллельные диски расположены параллельно иллюминаторам на общей осивращения, непересекающейся с оптической осью спектрофотометра, от верстия этих дисков расположены так,что опорный и измерительный пучкиизлучения прерываются поочередно.На чертеже изображена оптическаясхема спектрофотометра.Спектрофотометр содержит гериетичный контейнер 1 с двумя иллюминаторами 2 и 3;в контейнере размецены излучатель 4, коллиматор 5,объектив 6, приемник 7 излучения,два частично пропускающие зеркала8 и 9, два 100-е зеркала 10 и 11,вращающийся обтюратор 12, спектроанализирующее устройство в видезеркального монохроматора 13, иузел 14 оптических трактов опорногои измерительного пучков излучения,выполненный в виде двух отражательных призм 15 и 1 б, расположенныхв исследуемой среде параллельно,соответственно, против первого и вто рого иллюминаторов 2 и 3, с противоположных сторон герметичного контейнера 1. Вращающийся обтюратор 12выполнен в виде двух взаимно параллельных дисков 17 и 18 с отверстиями 3 ф 19, а спектроанализирующее устройство - в виде зеркального монохроматора 13 на вогнутой дифракционнойрешетке. Первый и второй взаимнопараллельные диски 17 и 18 расположены параллельно соответственно первому и второму иллюминаторам 2 и 3на общей оси 20 вращения, непересекающийся с оптической осью 21, проходящей параллельно иллюминаторам2 и 3 между первым и вторым дисками 17 и 18На оптической оси 21последовательно расположеныизлучатель 4, коллиматор 5, против иллюминаторов 2 и 3 - пеовое частич-.ное пропускающее зеркало 8, первое50 100-е зеркало 10, второе 100-езеркало 11 и второе частично пропускающее зеркало 9. Далее на оптической оси 21 расположены объектив б,зеркальный монохроматор 13 и прием ник 7 излучения. Вращающийся обтюра=:тор 12 раэяещен между коллиматором5 и первым частично пропускающимзеркалом 8, с противоположных сторон которого расположены перекры вающие друг друга отверстия 19 ф соответственно первого и второго дисков 17 и 18, Частично пропускающиезеркала .8 и 9 взаимно параллельныи расположены относительно оптической оси 21 под углом,45 ф, 100-еверкала 10, 11 - под углом 90,Первое 100-е зеркало 10 расположено против первого частично пропускакщего зеркала 8 и обращено в сторону коллиматора 5, а второе 100-езеркало 11 расположено против втарого частично пропускающего зеркала9 и обращено в сторону объектива 6,Вращающийся обтюратор 12 содержитдве оптронные пары, излучатель 22и приемник 23, каждый из которых. установлен с противоположных сторонпервого и второговзаимно параллельных дисков 17 и 18 против тех изотверстий 19, которые синфазны сотверстиями 19, пропускающими соответственно опорный и измерительныйпучки излучения Зеркальный монохроматор 13 содержит устройство 24поворота и датчик 25 угла поворотадифракционной решетки, механическисвязанные друг с другом.Предлагаемый спектрофотометрработает следующим образом.Пучок света излучателя 4 собирается и коллимируется коллиматором5. вдоль оптической оси 21, Далееколлимированный пучок света поступает на первое частично пропускающее зеркало 8, которое однучастьсветового пучка отражает под углом.другуючасть этого пучка пропускает вдоль оптической оси 21 на первое 100-е зеркало 10.Первое 100-е зеркало 10 отражает падающий на него пучок излучения и направляет его на противоположную сторону первого частичнопропускающего зеркала 8, котороечасть этого пучка отражает подуглом 90 ф к оптической оси 21, Формируя опорный пучок, направленныйв противоположную сторону от изме-.рительного пучка,При вращении обтюратора 12 опор-ный.и измерительный пучки последовательно во времени пропускаютсячерез отверстия 19 соответственнопервого и второго дисков 17 и 18,проходят соответственно первый ивторой иллюминаторы 2 и 3 и поступают в исследуемую среду, в которойпройдя первую половину оптическихпутей, ослабляются пропррциональноих длинам. Затем опорный и измерительный пучки попадают на зеркальные поверхности .соответственно первой и второй отражательных призм15 и 16, отражаясь от которых опятьпоступают в исследуемую среду, где,пройдя вторую половину оптическихпутей, дополнительно ослабляются,и, пройдя снова первый и второйиллюминаторы 2 и 3, попадают.,навторое частично пропускающее зеркало 9. Одной своей стороной второе частично пропускающее зеркало 9 отражает под углом 90 часть опорногоопучка и направляет его вдоль оптической оси 21 через объектив б и5 зеркальный монохроматор 12 наприемник 7 опорного и измерительного световых пучков,Другой своей стороной второе частично пропускающее зеркало 9 отра 10 жает под углом 90 часть измерительного пучка и направляет его вдольоптической оси 21 на второе 100-езеркало 11, которое отражает этучасть пучка и направляет его через15 втоРое частично пропускающее зеркало 9, объектив б и зеркальныймонохроматор 13 на приемник 7 опорного и измерительного светового пучков,Одновременно с прохождением опорного и измерительного пучков в своиоптические тракты при вращении обтю ратора 12 свет от излучателей 22 через отверстия 19 в первом и второмдисках 17 и 18 поступает на приемники 23 соответственно первой и второй оптронных пар, которые формируютимпульсы синхронизации, синфаэныес опорным и измерительным электрическими сигналами, снимаемыми с приЭ 0 емника 7 опорного и измерительногопучков, В результате сравнения интенсивности опорного и измерительного пучков, прошедших различные фиксированные оптические пучки в ис 35 следуемой среде, получают величинуспектрального показателя ослабленияизлучения этой среды или ее спектраль.ную прозрачность.Зондирование исследуемой среды40. осуществляют для фиксированной длины.волны видимого спектра, при этом по.лучают вертикальные профили показателя ослабления на заданном участке видимого спектра. Спектральный45 анализ показателя ослабления излучения исследуемой среды п з 1 цпроизводят в заданном объеме, исслелуемой среды. Для этого осуществляют непрерывную развертку по спектруи получают спектральную зависимостьпоказателя ослабления в заданномобъеме исследуемой среды, По желанию исследователя дифракционнуюрешетку зеркального монохроматора13 можно установить с помощью поворотного устройства 24 на фиксированной длине волны или плавно .менять ис.следуемый участок спектра, получаяинформацию с датчика 25 об угле поворота дифракционной решетки, кото 60 рый;пропорционалендлине волны анализируелого.участка спектра.Рассмотрение устройства и принципа действия спектрофотометрапозволяет сделать следущие выводы:Заказ 9288/32 Тираж 873 ПодписноеВНИИИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 тельного пучков излучения, находясь в исследуемой среде, полностью идентифицированы па своим оптическим элементам и определяют точность спектральных. измерений показателя ослабления света, так как по точности идентификации оптических трактов определяется точность установки "нуля" спектрофотометра, и, следовательно, точность самих измерений Кроме того, установка отражательных призм на равные расстояния от иллюминаторов позволяет градуировать спектрофотометр в абсолютных значениях измеряемой величины.Известный спектрофотометр обладает такой воэможностью, но из-эа необходимости перестановки большого числа зеркал такая перестановка требует переюстиравки спектрофотометра. В экспедиционных условиях такую операцию осуществить практи:чески невозможно. Поэтому идентификацию оптических трактов опорного и измерительного пучков излучения осуществляют перед погружением снектрофотометра в исследуемую среду в оптически пустой среде (на воздухе), добиваясь показания фотометра,близкого к нулю, Однако такая идентификация в оптически пустой среде неадекватна к идентификации оптических трактов в исследуемой среде из-за появления смачивающихся поверхностей и появления,оптического клина между параллельными поверхностями "сухого" спектрофатометра.Следовательно, уменьшение числа оптических поверхностей, расположенных в исследуемой среде, повышает точность спектральных измерений и позволяет просто уравнивать оптические базы опорного и измери-. тельного трактов с целью получения абсолютной градуировки спектрофотометра непосредственно в исследуемой среде.В предлагаемом спектрофотометре обеспечивается возможность уравнивания оптических баз оптическихтрактов опорного и измерительногопучков излучения путем перестановки отражательных призм. Выполнение вращающегося обтюратора в виде двух взаимно параллельных дисков с отверстиями, а узлаоптических трактов опорного и измерительного пучков излучения - в ви О де двух отражательных призм, вы несенных в исследуемую среду, ивзаимное расположение оптическихэлементов и механических узловприводит к упрощению спектрофото метра и уменьшению оптических по"верхностей, расположенных в исследуемой. среде, что позволяет повысить точность измерений.Новое расположение иллюминаторовв герметичном контейрере и отражательных призм относительно них посравнению с известным устройством .позволяет улучшить "промываемость"предлагаемого спектрофотометра призондировании им исследуемой среды, так как при таком расположениииллюминаторов и призм исследуемаясреда, проходящая через оптическиетракты опорного и измерительногопучков излучения при движении вней спектрофотометра, вентилируясвободнее, чем в известном устройстве, в котором происходит "захват"исследуемой среды предыдущего слоя. 35 Вследствие более свободной вен 9тиляции исследуемой среды при равных скоростях ее зондировании известным и предлагаемым спектрофотометром уменьшается инерционность 4 р последнего.В предлагаемом спектрофотометренри относительно простой его кон/струкции по сравнению с известнымустройством, достигается повышенная 45 точность спектральных измеренийпоказателя ослабления, света исследуемой среды.