Способ регистрации спектральных линий и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) Ш) 51) 5 Г: 01 д 3/12 СУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТВ(56) Авторское свР 1323866, кл. С ол. Р 17 лофизики С и И,В.Гриб 88.8) идетельств 01,Х 3/12,О АН ССС нов СССР 1985.ТРАЛЬ НЬ 1 УСУРЕСТ(54) СПОСОБ РЕГИ ЛИНИЙ И УСТРОЙСТ ВЛЕНИЯ(57) Изобретение скопии. Целью из повышение точнос тральных линий з перной линии в р ТРАЦИИ СП О ДЛЯ ЕГО ктроотносит бретени вляет и регистрации спек счет привязки реапазоне сширенном уюшие ществ, соедигическом и. 1), реализб регистрацистоит из бл пекВТОРСНСМУ СВИДЕТЕ Изобретение относится к спектропии и может использоваться для спектрального анализа венекий, сред, при технолоэкологическом контроле,Целью изобретения является повышение точности регистрации спектра за счет привязки реперной линии в расширенном диапазоне отношений сигнал/шум.Введение в способ новой операции - сглаживания реперной линии уменьшает дисперсию шума и, следовательно, область разброса экстремума реперной линии, повьппает точность определения экстремума и точность его привязки, что обеспечивает расширение рабочего диапазона отношений сигнал/шум для привязки реперной линии и повьппение точности отношений сигнал/шум. Способ позволяет регистрировать малые по амплитуде спектральные линии путем синхронного накопления сигналов многократной развертки в исследуемом диапазонечастот или длин волн с привязкой прималых отношениях сигнал/шум. Это достигается тем, что линию, выбраннуюв качестве реперной, сглаживают прикаждом сканировании, определяют ееэкстремум и суммируют значения измеренных несглаженных амплитуд спектрапри многократном сканировании гак,чтобы экстремальные значения :глаженпой реперной линии к. в .:одого однократного сканирования совпад",ли.2 с.п. Ф-лы, 3 ил регистрации спектра, отсу прототипа. Введение в устройство, реализующее способ, новых элементов - сглаживающего фильтра, второго аналогоцифрового преобразователя с памятью для хранения отсчетов однократного сканирования и новых связей между элементами устройства обеспечивает повышение точности регистрации.На Фиг.1 представлена Функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 и 3 формы спектральных линий первого и второго однократных сканирований соот ветственно,Устройство (Фиг ующее предлагаемый спосо и с тральных линий, со ока 1 получения спектра, включающего пере 1562718страиваемый лазер 2 с элементом 3 перестройки, поглощающую ячейку 4, детектор 5, первый аналого-цифровой преобразователь (АП) 6, из блока 7 частотной привязки, состоящего из регистра 8 сдвига, амплитудного дискриминатора 9 и запоминающей ячейки 10 регистра, блока 11 регистрации спектра, состоящего из накапливающего ,сумматора 12 цифроаналогового преоб,разоватсля 13 и двухкоординатного самописца 14, сканирующего устройства , 15, состоящего из генератора 16 тактовых импульсов, счетчика 17 и цифроаналогового преобразователя (1 АП) 18, кроме того, блок получения спектра включает сглаживающий фильтр 19 и второй аналого-цифровой преобразователь 20 с памятью.Способ осуществляют следующим образом.Сканирующее. устройство с помощью генератора 16 тактовых импульсов, счетчика 17 формирует на выходе ПАП 18 пилообразное напряжение, управляющее через элемент 3 перестройки частотой перестраиваемого лазера 2 в выбранном диапазоне частот, Спектр поглощения исследуемого вещества в поглощающей ячейке 4 выделяется в виде напряжения детектора 5, которое сглаживается сглаживающим фильтром 19 и преобразуется в цифровую форму в первом АЦП 6. Одновременно несглаженное напряжение с выхода детектора 5 преобразуется в цифровую форму . во втором АП 20, имеющем память для хранения 1000 отсчетов (каналов) однократного сканирования. Каждый импульс (такт) генератора 16 тактовых импульсов одновременно управляет кодированием одного числа в соответствующем АЦП, записью кода числа первого А 1 П 6 в регистр 8 сдвига и сравнением в амплитудном дискриминаторе 9 этого текущего и предыдущего значений отсчетов амплитуды спектраот первого АЦП б. Если текущее значение больше предыдущего, сигнал самплитудного дискриминатора 9 стробирует запись в запоминающую ячейку 10 регистра номера канала (адрес) отсчета с максимальной н текущий такт амплитудой спектра В результате однократной развертки в запоминающей ячейке 10 регистра фиксируется адрес (номер канапа) экстремального (в данном случае максимума) значения 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 спектра однократного сканирования,По окончании развертки в амплитудномдискриминаторе 9 происходит определение разницы (сдвига) между адресомэкстремума и его желаемым положениемна шкале (место привязки), задаваемымчислом А в виде константы с пульта.Величина и направление сдвига с выхода амплитудного дискриминатора 9управляют через сдвиговый регистр 8суммированием амплитуд несглаженногоспектра каждого сканирования из второго АП 20 в накапливающем сумматоре 12. Результаты измерения послекаждого сканирования или накоплениямогут выводиться через ЦАП 13 надвухкоординатный самописец 14, управляемый разверткой с выхода 1 АП 18.Сущность предлагаемого способапоясняется фиг,2 и 3, где изображенырезультаты измерения спектра послепервого и второго однократных сканиронаний. Икала частот имеет 1000 каналов, кривые а - измеренный (несглаженный) спектр, кривые.б - сглаженныйспектр, Положения максимумов кривыха и б даны и ниде номеров каналов начастотной оси. Полагают, что спектрпривязывают к центру шкалы, т,е, к500 каналу (Ад=500), Тогда для первого сканирования. сглаживают линию,определяют ее экстремум (он лежитв 530 канале), дляпривязки экстремума к 500 каналу определяют сдвиг 500530 = - 30, суммируют амплитуды несглаженного спектра этого сканирования в накапливающем сумматоре сосдвигом на (-30) каналов (вместо 500560=-60 каналов по известному способу). Для второго сканирования: сглаживают линию, определяют экстремум(460), определяют сдвиг 500-460=+40,суммируют несглаженную линию сосдвигом всех амплитуд на +40 каналов(вместо 500-520=-20 каналов),Основные параметры реализованногоспектрометра: длина волны излучениялазера 3,39 мкм, перестройка в диапазоне +8 1 Гц, максимальное числочастотных каналов 1024, скоростьразвертки диапазона 0,8 с/сканирование,Использование предлагаемого способа регистрации спектральных линий и устройства для его осуществления позволит повысить рабочий диапазон отношений сигнал/шум, прямо влияю5 156 щий на точность определения экстремума (точность привязки), и улучшить точность всего способа регистрации спектра. Это происходит за счет того, что экстремум определяется по сглаженной линии, и так как дисперсия шума на выходе сглаживающего фильтра всего меньше дисперсии сигнала с детектора, точность определения экстремума выше.Формула изобретения1. Способ регистрации спектральных линий,. основанный на многократном сканировании в исследуемом диапазоне частот или длин волн, привязке исследуемого диапазона спектра к частотному реперу, выборе при каждом сканировании в пределах диапазона одной из линий спектра в качестве реперной, измерении амплитуд спектра при каждом сканировании и накоплении их суммированием, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью повышения точности регистрации спектра за счет привязки реперной линии в расширен/ ном диапазоне отношений сигналшум, линию, выбранную в качестве реперной, сглаживают ри каждом сканировании, определяют экстремум. сглаженной линии и суммируют значения измеренных амплитуд спектра при многократном сканировании так, чтобы экстремальные значения выбранной сглаженной реперной линии каждого однократного сканирования совпадали.2. Устройство для регистрации спектральных линий, содержащее блок 2718 6получения спектра, состоящий из последовательно расположенных перестраиваемого лазера с элементом перестройки, поглощающей ячейки, детектора, первого аналого-циФрового преобразователя, первый вход которогосоединен с первым выходом сканчрующего блока, выполненного в виде последовательно соединенных генераторатактовых импульсов, счетчика, цифроаналогового преобразователя, выходкоторого соединен с элементом перестройки перестраиваемого лазера, выход счетчика соединен также с первым 15входом блока частотной привязки, выход которого соединен с входом блокарегистрации спектра, второй вход блока частотной привязки соединен с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что в блок получения спектра введены сглаживающий фильтр ивторой аналого-цифровой преобразователь с памятью, при этом вход сглаживающего фильтра и первый вход второго аналого-цифрового преобразователя связаны с выходом детектора,выход сглаживающего фильтра связан 30с вторым входом первого аналого-цифрового преобразователя, третий входпервого аналого-цифрового преобразователя и второй вход второго аналогоцифрового преобразователя соединеныс первым выходом сканирующего блока, 35 а выход второго аналого-цифровогопреобразователя связан с входом блокарегистрации спектра.156218 Составитель Л.Талонина тор И ца хрен Л. Сердюкова орректор З,Лончакова Производственно-издагельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагари Заказ 105 бВНИИПЙ Государственного113035,Тирмитетасква,ж 425 Подписное по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС -35, Раушская наб., д, 4/5