кинетический спектрофотометр
Классы МПК: | G01J3/42 абсорбционная спектрометрия; двулучевая спектрометрия; мерцающая спектрометрия; отражательная спектрометрия |
Автор(ы): | Климашин В.П., Павлов Ю.С. |
Патентообладатель(и): | Институт физической химии РАН |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-05-23 публикация патента:
27.12.1997 |
Использование: область измерительной техники. Сущность изобретения: спектрофотометр состоит из импульсного источника света, рабочего и опорного оптических каналов, спектрального блока, ЭОП с разверткой и устройства считывания сигнала с экрана ЭОП на базе передающей ТВ-трубки. Между ТВ-трубкой и ЭВМ включена схема повторно-последовательной обработки сигнала, состоящая их схемы выборки и хранения аналогового сигнала, АЦП, блока выделения строки и блока стробирования АЦП. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
Кинетический спектрофотометр, содержащий два оптических канала с общим источником излучения на входе и последовательно установленные спектральный блок, электронно-оптический преобразователь с разверткой (ЭОП) и фотодетектор, а также блок пуска и синхронизации, подключенный к ЭОП и источнику излучения, и схему обработки сигнала, отличающийся тем, что в него введена в качестве фотодетектора телевизионная передающая камера, к первому сигнальному выходу которой последовательно подключены схема выборки и хранения аналогового сигнала, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и ЭВМ, а к второму выходу телевизионной передающей камеры последовательно блок выделения строки и блок стробирования АЦП, выходы которого подключены к схеме выборки и хранения и к АЦП, при этом блок пуска и синхронизации подключен к второму входу блока стробирования АЦП, растр телевизионной передающей камеры повернут перпендикулярно направлению развертки ЭОП, а спектры обоих оптических каналов имеют одинаковое направление по шкале длин волн и расположены на фотокатоде ЭОП по линии вдоль его "временной" щели один над другим с промежутком между ними d![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100009/8805.gif)
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100052/961.gif)
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100052/961.gif)
Описание изобретения к патенту
Техническое решение относится к области измерительной техники и может быть использовано при разработке аппаратуры для высокоскоростной регистрации кинетики спектров. Известен кинетический спектрофотометр, содержащий источник излучения, рабочий оптический канал в виде последовательно установленных конденсора, кюветы с веществом и спектрального блока, а также схему обработки из последовательно включенных электронно-оптического преобразователя с разверткой (ЭОП) диссектора для считывания сигнала с экрана ЭОП, осциллографа для визуализации процесса и блок синхронизации [1]Однако указанный спектрофотометр имеет невысокую точность регистрации, обусловленную наличием целого ряда объективных причин. К числу таких причин относятся, например, колебания яркости источника излучения и вариации интенсивности отдельных спектральных линий во время импульса света, наличие зонных неоднородностей фотокатодов (до 30%) и люминофоров (до 5-6%) ЭОП, а также нестабильность напряжений и токов, питающих преобразователь. Известную долю погрешности вносит также устройство считывания сигнала на базе диссектора. Указанные причины приводят к искажению яркостных характеристик в исследуемом процессе, что влечет за собой довольно большую погрешность при количественном анализе явлений. Кроме того, данный спектрофотометр не позволяет исследовать одновременно широкие участки спектра. Наиболее близким техническим решением к заявленному и принятому за прототип является кинетический спектрофотометр, содержащий последовательно установленные источник излучения, два симметричных оптических канала, спектральный блок, электронно-оптический преобразователь с разверткой (ЭОП), фотодетектор в виде двух ФЭУ с логарифмическими усилителями, подключенными к входам дифференциального усилителя, нагруженного на устройство записи сигнала, и осциллограф, а также блок пуска и синхронизации, подключенный к ЭОП и источнику излучения [2]
К недостаткам указанного спектрофотометра относится низкая точность регистрации кинетики спектральных линий, обусловленная неполной компенсацией ряда нестабильностей измерительного тракта прибора как по линии источника излучения, так и по линии преобразования сигнала в электронных звеньях устройства, а также невозможность исследования широких участков спектра одновременно за один акт запуска установки, что в ряде случаев приводит к расходованию экспериментального материала, как правило дорогостоящего и быстрораспадающегося под воздействием облучения и ионизации. Цель технического решения повышение точности регистрации кинетики спектров и расширение одновременно исследуемого участка спектра. Поставленная цель достигается тем, что в высокоскоростной спектрофотометр, содержащий два оптических канала с общим источником излучения на входе и последовательно установленные спектральный блок, ЭОП с разверткой и фотодетектор, а также блок пуска и синхронизации и еще схему обработки сигнала, введена в качестве фотодетектора телевизионная передающая камера, к первому информационному выходу которой последовательно подключены схема выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и ЭВМ, а к второму выходу телевизионной передающей камеры подключены последовательно блок выделения строки и блок стробирования АЦП, выходы которого подключены к схеме выборки и хранения и к АЦП, причем блок пуска и синхронизации соединен двухсторонними связями с ЭВМ и телевизионной передающей камерой, а шестой выход блока пуска и синхронизации подключен к второму входу блока стробирования АЦП, при этом растр телевизионной передающей камеры ориентирован перпендикулярно направлению развертки ЭОП, а спектры обоих оптических каналов имеют одинаковые направления по шкале длин волн и расположены на фотокатоде ЭОП по линии вдоль его "временной" щели один над другим с промежутком между ними d"
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100009/8805.gif)
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100052/961.gif)
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100009/8805.gif)
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100120/947.gif)
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100120/947.gif)
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100010/916.gif)
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100300/955.gif)
iA=
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100120/947.gif)
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100010/183.gif)
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100120/947.gif)
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100010/183.gif)
При развертке этих электронных потоков в плоскости экрана ЭОП будут получены две светящиеся линии А-А и В-В, промодулированные по всей длине развертки по яркости как за счет флюктуации интенсивности источника излучения, так и за счет неравномерности свойств фотокатода и люминофора ЭОП, а также за счет нелинейности его развертки и нестабильности питания. Количество освещения (экспозиция) от отдельных точек уже этих линий, например, от "а" и "б" будут определяться через выражения вида
Ha=
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100120/947.gif)
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100010/183.gif)
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100219/697.gif)
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100120/920.gif)
HB=
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100120/947.gif)
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100010/183.gif)
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100219/697.gif)
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100120/920.gif)
где ha
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100219/697.gif)
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100219/697.gif)
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100120/920.gif)
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100785/2100785-2t.gif)
Из формулы (4) видно, что на величину Kx не влияет изменение во времени яркости спектра, напряжения питания ЭОП, а также нелинейность развертки, так как указанные изменения будут строго коррелированы во времени как на входе преобразователя, так и внутри его при переносе изображения электронными пучками. Абсолютная величина этого коэффициента зависит только от положения зон неодинаковой яркости свечения экрана ЭОП. В режиме регистрации, когда изменяется прозрачность исследуемого вещества в рабочем канале, отношение экспозиций для тех же точек изображения будет иметь вид
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100785/2100785-3t.gif)
где
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100785/2100785-4t.gif)
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100021/945.gif)
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100785/2100785-5t.gif)
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100785/2100785-6t.gif)
Принцип нахождения величины
![кинетический спектрофотометр, патент № 2100785](/images/patents/371/2100785/2100785-7t.gif)
Источники информации:
1. Современное состояние и перспективы развития высокоскоростной фотографии и кинематографии и метрологии быстропротекающих процессов.-М. 1972, с. 55-56. 2. Патент США N 3.547.542. 1970 (прототип).
Класс G01J3/42 абсорбционная спектрометрия; двулучевая спектрометрия; мерцающая спектрометрия; отражательная спектрометрия