LT4876B - Kristalo moduliuotos šviesos atspindžio ir sugerties koeficientų matavimo būdas - Google Patents

Description

Išradimas priklauso optikos sričiai ir gali būti panaudotas bangiškai moduliuotos šviesos kristalų atspindžio ir sugerties koeficientų spektro tiksliam matavimui.

Žinomas kristalo moduliuotos šviesos atspindžio ir sugerties koeficientų matavimo būdas, pagrįstas nustatymu dydžių (gavimu spektro) kur R - tiriamojo bandinio šviesos atspindžio koeficientas, λ - bangos ilgis. (M. Welkovsky, R. Braunstein, A double bean single detector wavelength modulation spectrometer, Rev. Sci. Instrum., V. 43, No.3, p. 339-407 (1972)).

Tam monochromatoriaus sukurti du šviesos spinduliai paduodami į optinę sistemą, kurioje iš vieno spindulio gaunamas vienas dažniu ω bangiškai moduliuotas krintantis į bandinį spindulys ir antras - dažniu 6¾ moduliuotas krintantis spindulys. Abu skirtingais laiko tarpais atsispindėję spinduliai nuo bandinio paviršiaus sukuria du atsispindėjusius spindulius: vienas atsispindėjęs spindulys yra dažniu ω bangiškai moduliuotas, o antras yra dažniu gą moduliuotas pagal šviesos intensyvumą. Visi keturi spinduliai paduodami į du fotoimtuvus, kurie prijungti prie sinchroninių stiprintuvų. Išėjusieji iš sinchroninių stiprintuvų du signalai dažnio ω ir ap. ir du signalai proporcingi dažnio ω ir ap krintančių į bandinį šviesos intensyvumui sudalomi panaudojant elektromechaninius mazgus. Gautieji dalybos signalai dažnio ω ir op paduodami į registratorius.Šis kristalo moduliuotos šviesos atspindžio ir sugerties koeficiento matavimo būdas turi trūkumų. Matavimo tikslumą mažina dviejų fotoimtuvų, elektromechaninių mazgų ir kintančių laikui bėgant skirtingo dydžio signalų nevienalaikis matavimas.

Artimiausias siūlomam būdui yra kristalo moduliacinio šviesos atspindžio ir sugerties koeficientų matavimo būdas, pagrįstas gavimu spektro kur R - tiriamojo bandinio šviesos atspindžio koeficientas, λ -bangos ilgis. (R. Zucca, Y. R. Shen, Wide range wavelength modulation spectrometer, Applied Optics, V. 12, No. 6, p. 1293-1298 (1973)).

Jame monochromatoriaus sukurtas vienas šviesos spindulys, per bangos ilgio moduliatorių paduodamas į optinę sistemą kurioje optinis perjungiklis suskirsto šviesos spindulį į krintantį ir atsispindėjusį nuo bandinio.Visi spinduliai patenka į fotoimtuvą ir stiprintuvus, iš kurių išeina signalas proporcingas atspindžio koeficiento dR(A) 1 5(2) ’ R(2) ’ pirmajai išvestinei pagal bangos ilgį —, padalintai iš atspindžio koeficiento R. Tokius δλ signalus padeda sukurti grįžtamieji elektroninio ryšio grandinės tarp sinchroninių stiprintuvo išėjimo ir elektromechaninio bloko, kuris valdo monochromatoriaus įėjimo plyšio plotį. Kintant bangos ilgiui λ plyšio plotis keičiamas taip, kad atspindžio koeficientas 7?(2) būtų pastovus.Šio matavimo būdo trūkumas tas, kad būtina panaudoti elektromechaninį bloką ir plyšį ekranuojančią fotometrinę diafragmą, kas duoda sistemines matavimo paklaidas.

Išradimo tikslas - patobulinti bangiškai moduliuotos šviesos kristalų atspindžio koeficiento — ·— ir sugertieskoeficiento l—, δλ R δλ kur R-bandinio šviesos atspindžio koeficientas,

A^- - bandinio šviesos sugerties koeficientas, l - bandinio storis, matavimo būdą, padidinant matavimo tikslumą ir sutrumpinant matavimo laiką.

Minėtas tikslas pasiekiamas kristalo moduliuotos šviesos atspindžio ir sugerties koeficientų matavimo būdu, kuriame monochromatinė šviesa bangiškai moduliuojama ir registruojama. Papildomai moduliuojamas šviesos intensyvumas, o po to komutuojamas veidrodžių optinė sistema, ko pasėkoje gaunami signalai, proporcingi ąiM sįM δ(λ) ’ δ(λ) ’

Ια(λ),Ι</λ), kur /₀ - krintančios į bandinį šviesos intensyvumas,

I_a - atsispindėjusios nuo bandinio šviesos intensyvumas, λ - bangos ilgis, ir perstačius veidrodžius komutuojant gaunami signalai, proporcingi /(2),/₀(2), kur /o - krintančios į bandinį šviesos intensyvumas, l_a - atsispindėjusios nuo bandinio šviesos intensyvumas, /-praėjusios pro l storio bandinį šviesos intensyvumas,

- bangos ilgis, kurie keturiais atminties elementais ir trimis įtampų keitikliais paverčiami . , . . . 5/(2) 1 . 5/₀ 1 signalais,proporcingais ir kur /-praėjusios pro l storio bandinį šviesos intensyvumas, /₀ - krintančios į bandinį šviesos intensyvumas,

- bangos ilgis, kurie diferenciniais stiprintuvais paverčiami į signalus proporcingus dR 1 ₌ 5/_g(2) _J__5/₀(2)__1_ δλ' 7?(2) 52 ’/₀(2) 52 /₀(2)’ o perstačius veidrodžius paverčiami signalais, proporcingais Γ5Α(2)Ί _ 9/(2) 1 5/₀(2) 1 δλ J_o 52 9(2) 92 /₀(2)’ kur K - bandinio šviesos sugerties koeficientas, /₀ - krintančios į bandinį šviesos intensyvumas, /-praėjusios pro l storio bandinį šviesos intensyvumas, λ - bangos ilgis, iš kurių registratoriumi gaunamas bangiškai Stf(2) 1 δλ ’ φ) sugerties koeficientas atspindžio koeficientas moduliuotos šviesos kristalų ir bangiškai moduliuotos šviesos kristalų

8Κ(λ) δλ

1-7?(A)'

Išradimas iliustruojamas brėžiniu, kur fig 1. pavaizduota bangiškai moduliuotos šviesos spektrometro blokinė schema.

Šviesos šaltinio (1) šviesa moduliuojama dažnio 6¾ optinio intensyvumo moduliatoriumi (2) ir paduodamas į monochromatorių (3), kuriame šviesa dažniu ω moduliuojama bangiškai su bangos ilgio moduliatoriumi (4), patenka į optinį komutatorių (5), kuris paeiliui komutuoja į fotoimtuvą (6) krintančią ir atsispindėjusią nuo bandinio (7) šviesą dažniu a>i. Fotoimtuvo (6) signalas susideda iš keturių skirtingų signalų: dažnio 6¾ signalo, proporcingo krintančios šviesos į bandinį (7) intensyvumui - 7o(2), kur λ - monochromatinės šviesos bangos ilgis; dažnio ω signalo, proporcingo krintančios šviesos į bandinį (7) intensyvumo pagal bangos ilgį λ pirmajai

8λ bandinio (7) intensyvumui - /„(2); dažnio ω signalo, proporcingo atspindžio šviesos nuo tiriamojo bandinio (7) intensyvumo pagal bangos ilgį λ pirmajai išvestinei išvestinei — ; dažnio ciy signalo, proporcingo atspindžio šviesos nuo tiriamojo „W

Keturi signalai proporcingi /_a(2).

8lM

1M,

8IM paduodami į δλ δλ δλ sinchroninius stiprintuvus (8,9), kuriems atraminius signalus sukuria signalų davikliai (11,12). Sinchroniškai detektuoti signalai nuo sinchroninių stiprintuvų (8, 9) (jL j proporcingi —ir Ι_α(λ) paduodami į atminties elementus (13,15) atatinkamai.

δλ

Sinchroniškai detektuoti signalai nuo sinchroninių stiprintuvų (8,9) proporcingi • 8Ι„(λ) dA ir /o(2) paduodami į atminties elementus (14,16) atatinkamai. Iš atminties elementų (13, 16) vienu metu išeinančius signalus sudalina įtampų dalybos keitikliai (17 - 19). Įtampų dalybos keitiklis (17) sudalina signalus išeinančius iš atminties elementų (13 ir 15). Įtampų dalybos keitiklio (17) išėjime gaunamas signalas yra proporcingas —Įtampų dalybos keitiklis (18) sudalina signalus išeinančius iš atminties 52 Ι_α(λ) elementų (14 ir 16). Įtampų dalybos keitiklio (18) išėjime gaunamas signalas, 8Ι_α(λ) 1 proporcingas /₀(2)'

Įtampų dalybos keitiklis (19) sudalina signalus išeinančius iš atminties elementų (15 ir 16). Įtampų dalybos keitiklio (19) išėjime gaunamas signalas, proporcingas bandinio šviesos atspindžio koeficientui = R.

Signalai iš įtampų dalybos keitiklių (17) ir (18) patenka į diferencinį stiprintuvą (20) kurio išėjime gaunamas signalas proporcingas δΙ_α{λ) _J__37₀(2) 1 dR(X) 1 ’ Ι_α(λ) δλ ’ I o (Λ)” δλ ’ R(/Y dR(A) 1

Signalas proporcingas iš diferencinio stiprintuvo (12) išėjimo ir δλ R(k) signalas proporcingas R(A) iš įtampų dalybos keitiklio (19) išėjimo paduodami į dvikanalio registratoriaus (21) abiejų kanalų įėjimus.

Norint su spektrometru matuoti bangiškai moduliuotos šviesos sugerties koeficiento δλ spektrą, optiniame komutatoriuje (5) veidrodžiai perstatomi taip, kad į fotoimtuvą (6) patektų krintanti ir praėjusi pro bandinį (7) šviesa dažniu op. Tuomet fotoimtuvo (6) signalas susideda iš keturių skirtingų signalų: dažnio 6¾ signalo, proporcingo krintančios šviesos į bandinį (7) intensyvumui 7o(2) kur λ monochromatinės šviesos bangos ilgis; dažnio ω signalo, proporcingo krintančios į dl f/l) bandinį (7) intensyvumo pagal bangos ilgį λ pirmajai išvestinei--; dažnio op δλ signalo, proporcingo praėjusios šviesos pro bandinį (7) intensyvumui - 7(2); dažnio ω signalo, proporcingo praėjusios šviesos pro bandinį (7) intensyvumui pagal bangos ilgį λ pirmajai išvestinei - -~y-· Keturi signalai proporcingi /(λ), 7₀(2),

3/₀W δλ δλ ' ' δλ paduodami į stiprintuvus (8, 9), kuriems atraminius signalus sukuria signalų davikliai (11, 12). Sinchroniškai detektuoti signalai nuo sinchroninių stiprintuvų (8, 9) —ir 7₀(λ) paduodami atatinkamai į atminties elementus (13) ir (15).

proporcingi δλ

Sinchroniškai detektuoti signalai nuo sinchroninių stiprintuvų (8, 9) proporcingi —į_r Ι₀(λ) paduodami atatinkamai į atminties elementus (14) ir (16). Iš atminties δλ elementų (13, 16) vienu metu išeinančius signalus sudalina įtampų dalybos keitikliai (17 - 19). Įtampų dalybos keitiklio (17) išėjime gaunamas signalas yra proporcingas . Įtampų dalybos keitiklis (18) sudalina signalus, išeinančius iš atminties δλ Ι(λ) elementų (14) ir (16). Įtampų dalybos keitiklio (18) išėjime gaunamas signalas, \/(f) 1 proporcingas —-—- —j-r. Signalai iš įtampų dalybos keitiklių (17) ir (18) patenka į 32 7₀(2) diferencinį stiprintuvą (20), kurio išėjime gaunamas signalas, proporcingas δΐ(λ) 1 δΙ₀(λ) 1 δλ ’ /(2) δλ ’/oM“ . _Dydis δλ J_o δλ δλ jeigu

Λ(Λ) nepriklauso nuo λ. Tuo atveju, kai matuojamojo spektro srityje 7?(2) priklauso nuo λ, «ai δλ δλ dR{f) 1 δλ ’[l-7?(2)]'

Dydis dvikanaliame registratoriuje (21) nubrėžtų dviejų grafikų

Dydis dR(X) randamas sudauginus dR(f) δλ [l-7?U)l a/?(2) δλ .

nustatomas iš ir

Λ(Α)

Φ) l-7?(2)' tam pačiam λ.

ir δλ [l-J?(2)] R(fl) “ ΐ-7?(2)

Išradime pateiktas kristalo moduliuotos šviesos atspindžio koeficiento dR(f) 1 δλ ’ Λ(λ) , paprasto atspindžio koeficiento 7?(a) ir moduliuotos šviesos sugerties koeficiento / - spektrų matavimo būdas padidina matavimo tikslumą dėl sekančių δλ priežaščių:

1. Signalai Ur ^arba ^7^77) ^ir ^77^'777)’ 777) ^reikalingi ολ Ι_α(λ) δλ /(λ) δλ I_Q(2) /₀(2) δΡ(λ) 1 , _ν ,9Κ(λ)_χ . _η/_ιλ . ... .

——· , . (arba /——) ir λ!2Ι nustatymui matuojami vienu metu ir todėl J?(2) δλ δλ nejaučia šviesos šaltinio (l) nestabilumų.

2. Matavimo metu nenaudojami elektromechaniniai blokai ir judančios diafragmos sukeliantys sistematines paklaidas.

Signalai proporcingi

Si M

Ι_α(λ) (arba δΐ(λ) , /(2)) atfiltruojami nuo δλ..... δλ fotoimtuvo (6) triukšmo signalų, nes naudojami sinchroniniai stiprintuvai (8, 9).

4. Kadangi spektrometre naudojamas tik vienas fotoimtuvas (6), tai išnyksta paklaidos, sąlygojamos fotoimtuvų jautrio kitimo laikui bėgant.

IŠRADIMO APIBRĖŽTIS

Claims (1)

1. IŠRADIMO APIBRĖŽTIS

   Kristalo moduliuotos šviesos atspindžio ir sugerties koeficientų matavimo būdas, kuriame monochromatinė šviesa bangiškai moduliuojama, registruojama, besiskiriantis tuo, kad šviesos intensyvumą papildomai moduliuoja, o po to komutuoja veidrodžių optine sistema, ko pasėkoje gauna signalus, proporcingus kur Io - krintančios į bandinį šviesos intensyvumas,

   I_a - atsispindėjusios nuo bandinio šviesos intensyvumas, λ- bangos ilgis.

   ir komutavus perstačius veidrodžius, gauna signalus, proporcingus

   M*) ai„W kur Io - krintančios į bandinį šviesos intensyvumas,

   I_a - atsispindėjusios nuo bandinio šviesos intensyvumas,

   I— praėjusios pro / storio bandinį šviesos intensyvumas, λ - bangos ilgis, kuriuos keturiais atminties elementais ir trimis įtampų keitikliais paverčia signalais, proporcingais δΐ(λ) 1 . dI_Q 1