Монохроматор

, 179172 19) .ьЖ 1)5 6 01 ) 3/О ТЕ К 2 3 еской пект- ойстмент,ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ИСАНИЕ ИЗОБР СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ. (57) Использование: в области техничфизики, в оптических приборах дляральных исследований, Сущность: уство содержит диспергирующий эле М 4й государственный уни Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при создании спектрометров, спектрофотометров и других оптически приборов для спектральных исследованиоснованных 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 и 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 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 радиусв зубчатых секторов равно Й 1:В 2 = (А/а 1) где А - максимальный угол поворота диспергирующего элемента, а 1 - 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 й 2, шестерню, входящую в зацепление с зубчатым сектором, шаговый двигатель, связанный с шестерней и логическую схемууправления двигателем, дополнительно введены плоское зеркало, оптически связанное с диспергирующим элементом, второй зубчатый сектор, радиусом В 1, вторая шестерня, входящая в зацепление с вторым зубчатым сектором, второй управляемый шаговый двигатель, связанный с второй шестерней, и схему управления щаговыми двигателями,которая включает в себя два сопрягающих устройства, входы которых подсоединены к ЭВМ,а выходы соответственно соединены "с первым и вторым щаговыми двигателями, причем отношение радиусов зубчатьх секторов; при одинаковых радиусах шестерен, равно:В 1 /Вг а 1где А - максимальный угол поворота дис-" пергирующего элемента, определяемый спектральным диапазоном работы монохроматора;а 1 - 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 монохроматора содержит зубчатый сектор 2, имеющий радиус В 2, 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 В 1, 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 8, включающее в себя ЭВМ 9 и устройства сопряжения с ШД 10 й 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 механиче- ской 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 щаговыми двигателями.Переход из одной точки спектра в другую осуществляется следующим образом; разворотом диспергирующего элемента 1, осуществляемым шаговым двигателем 4 с35д 2 = Ь,Р)ВгМаксимальный угол разворота А в предлагаемом устройстве можно записать в виде:40 А = А 2+ А 1 = Мвахаг+ Йваха 1, (3)где А 2 - угловая величина сектора 2;А 1 - угловая величина сектора 6;Маах - максимальное число шагов ШД4;45 Иаах - максимальное число шагов ШД 8.Так как зеркало 5 разворачивается впределах угла а 2, с угловым шагом а 1, тоясно что максимальное число шагов ШД 8равно. агИвах = (4)а 1Или, учитывая (1), (2), (4) и то что г 1 = г 2,айвах В (5)В 1В 2Из (3) и (5) следует, что А 1= а 1= аг.В 1В 2Угловой размер А равен;(6) б 1шагом, в В раз большим, чем точностьВ 2установки длины волны, примерно устанавливается необходимая длина волны спект ра, а точная установка осуществляетсязеркалом 5, которое разворачивается шаговым двигателем 8 с шагом равным заданной точности в пределах угла равного шагу поворота диспергирующего элемента 1.10 При сканировании спектра шаговыйдвигатель 8 поворачивает зеркало 5 в пределах угла равного шагу поворота диспергирующего элемента 1 и возвращается в начальное положение, после этого шаговый 15 двигатель 4 поворачиваетдиспергирующийэлемент 1 на один шаг и повторяется цикл поворота шаговым двигателем 8 зеркала 5.Для разделения порядков, в предлагаемое устройство можно ввести например оп тический фильтр.1) Расчет угловых значений зубчатыхсекторов, и максимального числа шагов щаговых двигателей.Пусть требуется поворачивать диспер гирующий элемент в пределах угла А с наименьшим шагом а 1. Угловая величина одного шага шаговых двигателей 4 и 8 равна Ь, радиусы г 1 и г 2 шестеренок 3 и 7 будем для .простоты считать одинаковыми. Тогда угло вые значения шагов поворота зубчатых секторов 2 и 6 будут соответственно равны;а 1 = Ь (1)Г 1В 1(8)2) Сравнение времени, затрачиваемого на поворот в известном и предлагаемых устройствах.Разворот шаговым двигателем диспергирующей системы на угол В осуществляется за время;Т= К 1,где К - число шагов шагового двигателя,с - время,за которое производится одиншаг.В известном методе:В =1 а 1, (9)где 1 - число шагов ШД,а 1 - предельное разрешение монохроматора,В предлагаемом способе:В = Ма 2+ йа 1, (10)где М - число шагов ШД 4,а 2 - величина шага, осуществляемогоШД 8;й - число шагов второго ШД 8,УЧИТЫВая, Чта а 2 = а 1 йвах,где йвах - максимальное число шагов ШД 8,получимВ = (Мйвах+ й)а 1. (11)Из (9) и (10) видно,что:= Мйвах+ йЗначит в известном методе, для поворота требуется время;Т, = +т = (Мй -+ й)1, (12)а в предлагаемом методе:Т= (М + й)т, (13)Отсюда видно, что ТоТп, так как йвах 13) Расчет условия,при котором затрачивается минимальное время на поворот,Составим отношение Р = и расТиСмотрим условие его максимума, Заменяя йи М их максимальными значениями йвах иМвах из фоРмУл (5) и (8) и обозначаЯ В 1/В 2 ==В 12, ПОпучим:1 (В 12) = - (В 12 - 1) + - (14)а 1 1А. В 12 Дифференцируя полученное выражение по В 12, и приравнивая полученную производную к нулю, видим, что выражение (14)имеет максимум при5 812 = й 1/й 2 = ъ 781 (15)Таким образом в предлагаемом устройстве уменьшается время необходимое дляразворота спектра на определенный угол,Так, если шаговый двигатель делает10 один шаг за 0,02 сек, то применяя формулы(15), (4), (5), (12) и (13) видно, что для того,чтобы при помощи известного устройстваповернуть диспергирующий элементмонохроматора на угол А = 60 с точностью а = 1;15 потребуется 72 с, а с помощью предлагае-мого устройства только 2,4 с,Формула изобретенияМонохроматор, содержащий диспергирующий элемент, жестко связанный с зубча 20 тым сектором радиуса В 1, шестерню,кинематически связанную с зубчатым сектором, шаговый двигатель, жестко связанныйс шестерней и блок управления, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью уменьшения25 времени разворота диспергирующего элемента, вустройство дополнительно введеныоптически связанное "с диспергирующимэлементом плоское зеркало, жестко связанный с плоским зеркалом второй зубчатый30 сектор радиуса В 2, вторая шестерня, кинематически связанная с вторым зубчатымсектором, жестко связанный с второй шестерней второй шаговой двигатель, и два сопрягающих устройства, входы которых35 подсоединены к блоку управления, а выходы соответственно электрически соединеныс первым и вторым шаговыми двигателями,причем отношение радиусов зубчатых секторов равно40 В 1 1/ ГВ 2 а 1где А - максимальный угол поворота диспергирующего элемента;а 1 - шаг поворота диспергирующего 45 элемента,1791729 едактор А,Ко Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагар кэзВН Составитель Ю.АхунбабаевТехред М.Моргентэл Корректор Н.К Тираж . Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5