Мессбауэровский спектрометр с лазерным интерферометром

(51)4 С 01 Х РЕТУШИ ческого при ехнического.В.Куприянов8) озэЬацег е гг его 971 ство СССР 400, 1977, а гй з кам, троческим устануэровским сп ыть использо ерно-физ к мессб онным я а именн н и мож метрам,для исслнаблюда ых ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(46) 30.03,89. Бюл. У 12 (71) Институт аналити боростроения Научно объединения АН СССР (72) О.А.Гордеев и В (53) 539,172,3 (088. (56) Согдгоцс 1. ег а 1. М Че 1 ос 1 гу сг 11 Ьгаг 1 оп уа Ы шеггу, - Мцс 1. Тпзг. МеггЬ 95, Р 2, 269-274.Авторское свидетель У 695307, кл. С 01 И 2(54) МЕССБАУЭРОВСЮФ СПЕКТРОМЕТР СЛАЗЕРНЫМ ИНТЕРФЕРОМЕТРОМ(57) Изобретение относится к прецизионным ядерно-Физическим установкам, а именно к мессбауэровскимспектрометрам и может применятьсядля исследования веществ, в которыхнаблюдается эффект Мессбауэра,Цельюизобретения является повышение точности измерения скорости подвижнойчасти доплеровского моцулятора и Изобретение относится к п едования веществ, в ко тся эффект Мессбауэра. Целью изобретения является повышение точности измерения скорости подвижной части доплеровского модулятора и обеспечение возможности,ЯО 1469 обеспечение возможности коррекциипроцесса накоплен:.,-. мессбауэровскогоспектра. В мессбауэровский спектрометр с лазерным интерферометром дополнительно введены делитель частоты, формирователь строба, ключевыеустройства, счетное устройство ианалогово-цифровой преобразователь,логические устройства и буферноезапоминающее устройство. Функциональные связи дополнительных блоковс блоками спектрометра позволяют вбуферной памяти получать данные опромежутках времени мелду интерферен иоными видеоимпульсами и данныео значениях и фазе синусоидальногосигнала видеоимпульса фотодетекторав промежутках между видеоимпульсами,Эти данные позволяют повысить точность определений значений скоростей точек мессбауэровского спектри нуль-скорости за каждый отдельньрабочий цикл и дают возможностьскорректировать программными средствами спектр в соответствии с измеренньыи значениями скоростей. 8 ил. 2коррекции процесса накопления мессбауэровского спектра.На фиг.1 показана структурная схема мессбауэровского спектрометра, на фиг,2 - временная диаграмма стартового импульса (Б); на фиг.3 временная диаграмма опорного сигнала (О), на фиг.4 - временная диаграмма сигнала фотодетектора Я), на фиг,5 - временная диаграмма интерференционных видеоимпульсов (ц)з 146940 на фиг,6 - временная диаграмма сиг-, нала строба Йс); на фиг.7 - временная диаграмма импульсов, прошедших через ключ (П ), на фиг.8 - временная диаграмма сигнала длительности рабочего участкар).Мессбауэровский спектрометр с лазерным интерферометром содержит доплеровский модулятор 1, источник 2 излучения и подвижный отражатель 3 интерферометра, оптический блок 4 разведения первичного луча, лазера и сведения интерферирующих лучей с неподвижным отражателем 5, лазер 6, фотодетектор 7, подключенный через усилитель 8 к формирователю 9 интерференционных видеоимпульсов, поглотитель 10, детектор 11 излучения, блок 12 усиления и амплитудной селекции с многоканальным накопителем 13, в качестве которого может служить ЭВМ, задающий генератор 14, устройство 15 управления доплеровским модулятором управляемый делитель 16 25 частоты, Формирователь 17 строба, ключевые устройства 18 и 19, счетное устройство 20, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 21, логическое устройство 2-2 И-ИЛИ-НЕ 22, буферное 3 О запоминающее устройство 23.Устройство работает следующим образом.Предварительно настраивается интерферометр таким образом, чтобы получить в плоскости фотодетектора 735 на входном окне центральное пятно интерференционной картины.Задающий генератор 14 вырабатывает сигнал "Старт" (фиг,2), по которому запускается программа накопления мессбауэровского спектра в многоканальном накопителе. Одновре" менно вырабатываются импульсы переключения канала накопления, также поступающие в многоканальный нако 45 питель, и опорный сигнал, являющийся электрическим аналогом закона движения подвижной части доплеровского модулятора (фиг.3), поступающий в устройство 15 управления доплеровским модулятором. На Фиг.2 ,показан случай работы мессбауэровского спектрометра в режиме постоянного ускорения. Устройство управления доплеровским модулятором 15 обеспечивает отработку движения под. вижной части доплеровского модулятора 1 по заданному закону. С момента запуска программы осуществляется накопление д;1 нных регистрируемого мессбауэровского спектра.Одновременно при перемещении подвижной части осуществляется модуляция интерференционной картины по синусоидальному закону. Световой поток преобразуется на фотодетекторе 7 в электрический сигнал (фиг,4), который усиливается усилителем 8 и формируется в формирователе 9 таким образом, чтобы при перенесении синусоидального сигнала через нуль т.е. в фазе, равной нулю, 1 и п и формировались интерференционные видеоимпульсы (фиг.5). Одновременно с задающего генератора 14 на ключевые устройства 18 и 19 поступают импульсы, причем частота поступления импульсов на ключ 18 равна частоте кварцевого генератора, имеющегося в задающем генераторе 14Этой частотой задается точность измерения времени между моментами фиксации интерференционных видеоимпульсов. Частотой поступления импульсов через ключ 19 на управляющий вход АЦП 21 задается шаг дискретизации последнего. С одного из дополнительных выходов задающего генератора 14 также поступают импульсы на управляемый делитель 16 частоты, обеспечивая последующее формирование строба формирователем 17 строба, коэффициент пересчета в делителе 16 устанавливается одновременно с установкой диапазона скорости в устройстве 15. Причем с изменением диапазона скорости коэффициент пересчета устанавливается таким, чтобы обеспечивалось формирование строба вблизи нуля скорости, включая нуль, а ширина его была не более одного-двух периодов синусоиды в районе нуля скорости и симметрично относительно нуля (Фиг6). Таким образом, с начала рабочего участка накопления мессбауэровского спектра на прямом выходе формирователя 17 строба устанавливается логическая единица, разрешающая прохождение через ключ 18 импульсов заполнения в счетное устройство 20, а на инверсном выходе 17 - логический нуль, запрещающий прохождение импульсов через ключ 19, Интерференционные импульсы с формирователя 9 поступают на управляющий вход счетного устройства 20 и на один из логических405 6 22, при этом частота передачи кодаравна частоте шага дискретизации. Вбуферное запоминающее устройство смомента начала формирования стробазаписываются дискретные значениясинусоидального сигнала (фиг.4) вобласти нуля скорости, включая нуль,до момента поступления из управляемого делителя 16 частоты сигналаокончания формирования строба. Сэтого момента формирователь 17 строба вырабатывает логический нуль наинверсном выходе и запрещает поступление импульсов шага дискретизациичерез ключ 19 на управляющий входАЦП 21 и логическое устройство 22.При этом прекращаются процесс аналого-цифрового преобразователя сигнала с выхода усилителя 8 и передача кода АЦН в буферное запоминающееустройство 23, Одновременно на прямом выходе формирователя стробавырабатывается логическая единицаи возобновляется процесс измеренияинтервалов времени между интерференционными видеоимпульсами и передачакода времени в буферное запоминающееустройство 23 до окончания рабочегоучастка накопления мессбауэровскогоспектраПо окончании рабочего участка прекращается поступление импульсов на ключи 18 и 19, в управляемыйделитель 16 частоты, заканчиваютсявыполнение программы накопления мессбауэровского спектра в многоканальном накопителе и процесс измеренияскорости (фиг.8). С этого моментаданные из буферного запоминающегоустройства передаются в память многоканально".о накопителя и выполня 40 ется программа расчета градуировочной характеристики, т.е. определения нуля скорости и скорости в интересующих точках. Эти данные позволяют ,осуществлять перераспределение информапки в каждой точке спектра в соответствии с измеренными значениями скорости в этой точке, Наследующем периоде движения с момента поступления стартового импульса возобновляются процессы накопления мессбауэровского спектра и измерения скорости.По данным аналого-цифрового преобразования определяется экстремальное значение синусоидального сигнала, соответствующее нулю скорости, его фаза и положение на рабочем участке,5 1469входов логического устройства 2-2 ИИЛИ-НЕ 22, на другом входе которогоимеется логическая единица, поступающая с прямого выхода формирователя17. При этом в счетном устройстве20 записывается код, равный количеству импульсов заполнения междумоментами поступления интерференционных видеоимпульсов, так как припоступлении их на управляющий входсчетного устройства 20 по переднемуфронту импульса прекращается счетимпульсов заполнения, и одновременно осуществляется передача кода в 15буферное заполняющее устройство 23по команде с выхода логическогоустройства 22, по заднему фронту интерференционного импульса счетноеустройство обнуляется, и процесс запопнения его повторяется снова доприхода следующего интерференционного импульса, Таким образом, в буферное устройство записываются интервалы времени между интерференционными импульсами до момента выдачи сигнала с управляемого делителя 16 частоты в формирователь 17 строба наначало формирования строба. С этогомомента на прямом выходе формирователя 17 строба состояние логическойединицы меняется на логический нуль,а на инверсном выходе состояние нуляменяется на единицу, при этом прекращается поступление импульсов эа 35полнения через ключ 18 в счетное устройство, а следовательно, процессизмерения интервалов времени(фиг.5) между интерференционнымивидеоимпульсами. Одновременно разрешается прохождение импульсов шагадискретизации ДГ. (Фиг.4) преобразования через ключ 19 на управляющийвход АЦП 2 1 и на один из входов логического устройства 22, на второмвходе которого - состояние логической единицы, поступающей с инверсного выхода формирователя 17 строба.Синусоидальный сигнал с выхода усилителя 8, поступающий на вход АЦП5021, подвергается с этого моментааналого-цифровому преобразованию счастотой поступления импульсов черезключ 19 (фиг.7) . Таким образом,мгновенные значения сигнала с усилителя 8 преобразуются в цифровой55код, который передается в буферноезапоминающее устройство 23 по командам с выхода логического устройстваа также расстояние от этого экстре"мума до ближайших интерференционныхвидеоимпульсов в длинах волн используемого лазера. Справа и слева отнего и от положения нуля скоростирассчитывается скорость в точкахфиксации интерференционных видеоим,пульсов. Причем в ближайших точкахот положения нуля скорости скоростьравна 10 2 ЛКч )1 У = 81 п( В+ 2) 40 где 6 - фаза сигнала при нулевомзначении скорости;С - время;с( - коэффициент, равный4 И 17,Тгде +ч -максимальная 45скорость;Т - длительность рабочего участка.При этом значение +ч определяется изобщего числа импульсов на рабочем участке,При уменьшении диапазона скорости длительность строба пропорционально увеличивается, и при скоростях, когда перемещение подвижной части становится сравнимым с несколькими длинами волн лазера, измерения осуществляются только путем где Л - длина лазера; 15- временной интервал от нуляскорости до ближайшего интерференционного импульса;К - коэффициент, зависящий отфазы .сигнала в нуле скорости, 20 Коэффициент К может быть найден из простых соображений. Полупериод синусоидального сигнала, равный , соот,ветствует перемещению подвижной часЛ 25 ти на расстояние, равное - , отсюда по известной фазе легко определить перемещение в длинах волн до ближайшего интерференционного импульса от нуля скорости. Значения скорости могут быть получены также в каждой точке отсчета мгновенного значения синусоидального сигнала на всем участке аналого-цифрового преобразования по фазе сигнала в точке отсчета и из 35 вестному шагу дискретизации с точностью до частоты кварцевого генератора из известного соотношения аналого-цифрового преобразованияна всем рабочем участке, а длительность строба становится равной длительности рабочего участка. Значенияскорости определяются в этом случаепо фазе сигнала в точках отсчетамгновенных значений сигнала.Мессбауэровский спектрометр с лазерным интерферометром благодарявведению в схему устройств, позволяющих измерять временные интервалымежду ынтерференционными видеоимпульсами, а также осуществлять аналого-цифровое преобразование модулированной интерференционной картины,позволяет находить градуировочнуюхарактеристику эа каждый период развертки мессбауэровского спектра, определять положение нуля скорости искорость вкаждой точке скоростногодиапазона с точностью на порядок выше, чем в известных спектрометрах.Кроме того, он позволяет осуществлять коррекцию мессбауэровскогоспектра в процессе измерений программными средствами и сокращаетвремя проведения эксперимента эасчет получения градуировочной характеристики за короткое время,Формула изобретенияМессбауэровский спектрометр с лазерным интерферометром, содержащий доплеровский модулятор, на подвижной части которого укреплены источник излучения и отражатель подвижного плеча интерферометра, оптический блок разведения первичного луча лазера и сведения интерферирующих лучей с неподвижным отражателем, фотодетектор, соединенный через усилитель с формирователем интерференционных видеоимпульсов, поглотитель, детектор излучения, соединенный через блок усиления и амплитудной селекции с многоканальным накопителем, имеющим блок памяти и арифметико-логическое устройство, задающий генератор, выход стартового сигнала.и выход адресных сигналов которого соединены с соответствующими входами многоканального накопителя, а выход опорного сигнала соединен с входом блока управления доплеровским модулятором, соединенного с доплеровским модулятором, о т н и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповьпцения точности измерения скорости подвижной части доплеровского модулятора и обеспечения возможности коррекции процесса накопления мессбауэровского спектра, в него введе 5 ны управляемый делитель частоты, счетный вход которого соединен с выходом задающего генератора, а вход управления коэффициентом деления - с дополнительным выходом блока управления доплеровским модулятором, формирователь строба, вход которого соединен с выходом управляемого делителя частоты, первый и второй ключевые устройства, входы которых соединены с дополнительными выходами задающего генератора, а управляющие входы соединены, соответственно, с прямыми и инверсными выходами форми О рователя строба, счетное устройство, счетный вход которого соединен с выходом первого ключевого устройства, а вход управления - с выходом формирователя интерференцианных видеоим пульсов, аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с выходом усилителя, а вход управления - с выходом второго ключевого .устройства, логическое устройство 2-2 И-ИЛИ-НЕ, два логических входа которого соединены с выходом формирователя интерференционных видео- импульсов и прямым выходом формирователя строба, другие два логических входа соединены с инверсным выходом формирователя строба и с выходом второго ключевого устройства, буферное запоминающее устройство, информационные входы которого соединены с выходами кода счетного устройства и аналого-цифрового преобразователя, а вход переключения адреса запоминающей ячейки соединен с выходом логического устройства 2-2 И-ИЛИ-НЕ, информационный выход буферного запоминающего устройства соединен с входом памяти многоканального накопителя14 Ь 9405 Составитель В,Филипповдактор Л,Веселовская Техред М,Дидык оррек Тираж 788 СССР изводственно-издательский комбинатПатент", г, Ужгород,агарина,101 аказ 1352/49НИИПИ Госуда венного комитета по изо 113035, Москва, Ж, Р Подписноеениям и открытиям прн Гкая наб., д. 4/5