Быстродействующий спектрометр

О П И С А Н И Е ( ) 771480ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советск ихСоциалистическихРеспубликао делан изобретеиий и открытий(54) БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ СПЕКТРОМЕТР Изобретение относится к спектральному приборостроению и может быть использовано при создании спектральных приборов для УФ-видимой и ближней ИК-области спектра. Известны быстродействующие спектрометры, в которых сканирование спектра осуществляется поворотом диспергирующих или отклоняющих оптических элементов 1 .Наиболее близким к предложенному техническим решением является быстродействующий спектрометр 12, состоящий из перестраиваемого источника излучения, содержащего вакуумную камеру, в которой установлены электронная пушка с регулятором интенсивности электронного пучка, системы отклонения электронного пучка по координатам Х и т и прозрачная подложка с набором люминофоров, дифрикционную решетку со штрихами, параллельными координате 1, оптически сопрягающую набор люминофоров со спектральной щелью, кюветного отделения, измерительной системы и системы отображения спектра, снабженной люминофорным экраном, фотодатчиком длины волны и цифровым индикатором. К недостаткам его можно отнести ограниченность аналитических возможностей. Целью изобретения является расширение аналитических возможностей спектрометра.5 Зта цель достигается благодаря тому,что система отображения спектра снабжена кодовой маской, перекрывающей частьповерхности набора люминофоров и ориен 10тированной своими разрядными дорожкамипараллельно координате Х. При этом люминофорный экран нанесен на прозрачную частьподложки со смещением по координате тотносительно набора люминофоров, а фотодатчик, подключенный своим выходом через15 коммутатор к регулятору интенсивностиэлектронного пучка и к декодирующему устройству, включенному на входе цифровогоиндикатора, оптически сопряжен с кодовоймаской и набором люминофоров,На фиг, 1 показана структурная схема спектрометра; на фиг. 2 - принципиальная схема перестраиваемого источника излучения.771480 46 45 5 О 55 Основными узлами прибора являются перестраиваемый источник излучения 1, кюветное отделение 2, измерительная система 3, система 4 отображения спектра, коммутатор 5, декодирующее устройство 6, цифровой индикатор 7 (фиг. 1).Источник излучения 1 содержит (фиг. 2) вакуумную камеру 8, внутри которой размещены электронная пушка 9 и системы 10 и 11 отклонения электронного пучка 12 по координатам Х, 1 соответственно. Вход системы отклонения 11 по координате 1 посредством кабеля 13 подключен к выходу измерительной системы 3.В вакуумной камере 8 установлена вогнутая дифракционная решетка 14, штрихи которой параллельны координате 1. На траектории электронного пучка 12 установлена непрозрачная подложка 15, выполненная, например, из металла в виде части кругового цилиндра, образующая которой параллельна координате т, а диаметр равен радиусу кривизны дифракционной решетки 14, Дифракционная решетка 14, подложка 15 и спектральная щель 16, установленная перед окном 17 вакуумной камеры 8 располагаются на круге Рауланда. На внутреннюю сторону подложки 15 в зоне, оптически сопряженной посредством решетки 14 со спектральной щелью 16, нанесен набор люминофоров 18 - 18 п, состав которого является постоянным в направлении координаты Х. Состав люминофоров подбирается таким образом, чтобы их излучение перекрывало весь рабочий спектральный диапазон спектрометра, при этом каждый люминофор должен иметь довольно узкую полосу испускания. Каждый люминофор наносится в виде полоски, параллельной координатеУ, причем порядок расположения люминофоров по координате Х выбирается, например, таким образом, чтобы наилучшим образом выполнялось условие:1(з 1 п 9+ ыпу) = КЛ,где 1 - постоянная решетки, О и р; - углы, образованные нормалью к решетке, проведенной через ее центр, с прямыми, соединяющими центр решетки соответственно с центром полоски 18, покрытой 1-ым люминофором, и с центром спектральной щели 17; к - порядок дифракции, Л; - длина волны, соответствующая середине используемого интервала полосы испускания 1-го люминофора,При таком расположении устанавливается однозначное соответствие между значениями координаты Х и центральной длиной волны пучка излучения, выводимого через спектральную щель 16 .при наилучшем отношении полезного излучения к мешающему. Например, рекомендуется следующий порядок следования люминофоров: МдО, активированный галогенами, область 180 - 300 им Хп тР 0 область 260 - 330 нм; Са з(РО 4) Де, область 300 - 370 нм; геленит, область 360 - 450 нм; ФС - 1, область 430 - 500 нм; ХпО Хп 5 1 О 15 50 25 5 О 55 4область 470 - 570; ХпЯ Упыре Ад кристаллл, область 530 - 600 нм и т. д. Некоторые полоски 18 могут быть выполнены из комбинации двух или более различных люминофоров. Система 4 отображения спектра содержит люминофорный экран, выполненный из одного люминофора, например 2 пО Уп, и расположенный на прозрачном участке подложки 15 со смещением относительно набора люминофоров по координате У, В систему 4 входит также кодовая маска 20, перекрывающая часть набора люминофоров. На кодовой маске 20 в виде прозрачных и непрозрачных участков записаны с заданным шагом (например 0,1 нм) коды длин волн в пределах рабочего спектрального диапазона, причем каждое значение кода длины волны имеет ту же координату Х, что и участок люминофора, соответствующий той же длине волны. Для выполнения этого требования разрядные дорожки кодовой маски 20 должны быть параллельны координате Х. При этом кодовая маска 20 может быть нанесена непосредственно на часть поверхности набора люминофоров.Внутри вакуумной камеры 8, между дифракционной решеткой 14 и окном 17 закреплено зеркало 21, в котором может быть выполнено центральное, отверстие, чтобы обеспечить смещение его поверхности относительно спектральной щели 16. С помощью зеркала 21 и дифракционной решетки4 поверхность набора люминофоров оптически сопряжена с фотодатчиком 22, например ФЭУ. Выход фотодатчика 22 через коммутатор подсоединен к декодирующему устройству, включенному на входе цифрового индикатора посредством кабеля 23 к регулятору 24 интенсивности электронного пуч.ка 12. Быстродействующий спектро метр работает следующим образом. Частота развертки электронного пучка 12 по координате т выбирается значительно (- 104 раз) выше частоты сканирования по координате Х; в результате траектория электронного пучка имеет форму острых зубцов, ось которых параллельна координате 1.При перемещении электронного пучка 12 по поверхности 1-го люминофора последний возбуждается. Возникающее при этом излучение диспергируется дифракционной решеткой 14, направляющей диспергированный пучок на зеркало 21 и далее на фотодатчик 22 и одновременно через отверстие в зеркале 21 и окно 17 вакуумной камеры 8 на спектральную щель 16. Центральная длина волны спектрального интервала выводимого излучения определяется положением возбуждаемого участка люминофора по координате Х. Сигнал с фотодатчика 22 через коммутатор 5 по кабелю 23 поступает на регулятор 24 интенсивности электронного пучка, 77148050 за счет чего обеспечивается постоянство выходного сигнала фотодатчика 22, который на данном этапе сканирования выполняет функции детектора канала сравнения.Излучение, прошедшее через спектральную шель 16, поступает в кюветное отделение 2 и, пройдя через исследуемый образец, попадает в измерительную систему 3. Вследствие постоянства сигнала, снимаемого с фотодатчика 22, сигнал на выходе измерительной системы характеризует пропускание или отражение образца. Благодаря перемещению электронного пучка 12 по координате У устраняется опасность выгорания возбуждаемого люминофора даже при высокой интенсивности возбуждаемого излучения.При дальнейшем движении электронный пучок осушествляет считывание записанного на кодовой маске 20 кода длины волны, соответствующей середине спектрального интервала излучения, выводимого через спектральную щель 16. На период считывания выход фотодатчика 22 посредством коммутатора 5 подключен к декодирующему устройству. Поскольку при переходе электронного луча 12 на кодовую маску 20 не происходит перестройки спектрального состава люминесценции, на фотодатчик 22 будет поступать определенная последовательность импульсов излучения, которые преобразуются декодируюгцим устройством 6 в цифровой сигнал длины волны, поступающий на цифровой индикатор 7. Одновременно информация о длине волны может поступать на магнитную ленту, в ЭВМ и т. д. Для уменьшения уровня темнового сигнала во время сканирования электронного пучка по поверхности кодовой маски 20 и люминофорного экрана9 фотоприемник измерительной системы 3 выключается, и на выходе этой системы сохраняется сигнал, выработанный во время прохождения электронного пучка 12 по поверхности набора 18 люминофоров.После считывания кода коммутатор 5 отключает фотодатчик 22 от декодирующего устройства 6, а регулятор 24 выключает элект устройства 6, а регулятор 24 выключает элект устройства 6, а регулятор 24 выключаетэлектронный пучок 12. В момент, соответствую ший нарастанию напряжения в системе 11 отклонения электронного пучка 12 по координате Удо максимального значения, регулятор 24 вновь включает электронный пучок 12 и на люминофорном экране 19 возникает светящаяся точка, визуально наблюдаемая оператором через прозрачную часть подложки 15. Положение этой точки по координате Усоответствует сигналу, поступившему от из 102040 мерительной системы 3 по кабелю 13, т. е. характеризует величину аналитического сигнала, например пропускание исследуемого образца.Отклонившись на заданную величину по координате У, электронный пучок возвращается в исходное Положение и начинается новый цикл сканирования по координатеУ, соответствующий следующему значению центральной длины спектрального интервала излучения, выводимого через спектральную щель 16.По мере перемещения электронного пучка 12 по координате Х на цифровой индикатор 7 поступает (с заданным шагом) полная информация о сканируемых длинах волн, а на люминофорном экране отображается исследуемый спектр.Формула изобретенияБыстродействующий спектрометр, включающий перестраиваемый источник излучения, содержащий вакуумную камеру, в которой установлены электронная пушка с регулятором интенсивности электронного пучка, система отклонения электронного пучкапо координатам Х и У и прозрачная подложкас набором различных люминофоров, дифракционную решетку со штрихами, параллельными координате У, оптически сопрягающуюнабор люминофоров со спектральной шелью,кюветное отделение, измерительную систему и систему отображения спектра, снабженную люминофорным экраном, фотодатчиком длины волны и цифровым индикатором, отличающийся тем, что, с целью расширения аналитических возможностей спектрометра, система отображения спектра снабжена кодовой маской, перекрывающей частьповерхности набора люминофоров и ориентированной своими разрядными дорожкамипараллельно координате Х, при этом люминофорный экран нанесен на прозрачную частьподложки со смещением по координате Уотносительно набора люминофоров, а фотодатчик, подключенный своим выходом черезкоммутатор к регулятору интенсивностиэлектронного пучка и к декодирующему устройству, включенному на входе цифровогоиндикатора, оптически сопряжен с кодовоймаской и набором люминофоров,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. бгавоозк 1 7. К, Козгеюзк 1 ТТазпуТ;СЬеппа апау 1 усгпа 1 17, г. 3, 717, 1972,2. Патент США3561872, кл. 6 01 1 3/42,опублик. 191 (прототип).771480 Р 02, 1 едактор Т. Орловска аказ 6681/52 осударственного к м изобретений и а, Ж - 35, Раушсатент, г. Ужгород 4/5 ная ВНИИПИ 1 по дел 113035, Моск или ал ППП ПСоставитель А. СмирновТехред К. Шуфрич Корректор О. Била Тираж 7 3 Подписное митета ССоткрытийая наб., дул. Прое