RU157021U1 - Фурье-спектрометр - Google Patents

Abstract

1. Фурье-спектрометр, содержащий установленные в корпусе светоделитель, выполненный с возможностью подачи на него и деления излучения от источника исследуемого излучения и источника референтного излучения, а также неподвижный отражатель и подвижный отражатель, установленный в параллелограммном блоке, выполненном с возможностью подачи излучения от подвижного отражателя на светоделитель, а также фотоприемник, отличающийся тем, что введены плоское зеркало, оптоволоконный зонд, выполненный с возможностью зондирования исследуемого объекта, фокусирующая линза, выполненная с возможностью подачи излучения, поступающего на нее от светоделителя через плоское зеркало, на вход оптоволоконного зонда, собирающая линза, выполненная с возможностью подачи излучения с выхода оптоволоконного зонда на вход фотоприемника, причем неподвижный отражатель выполнен с возможностью отражения на светоделитель поступающего от него излучения, параллелограммный блок выполнен с возможностью подачи излучения от светоделителя на установленный в нем подвижный отражатель, а подвижный и неподвижный отражатели выполнены в виде уголковых отражателей.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что параллелограммный блок выполнен в виде электромагнитного двигательного элемента, на котором размещен подвижный отражатель.3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подача на светоделитель исследуемого излучения обеспечивается установленным между источником исследуемого излучения и светоделителем внеосевым параболическим зеркалом.4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подача на светоделитель референтного излучения обеспечивается по�

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности, к спектральному приборостроению и может быть использована при создании Фурье-спектрометров для исследования объектов различного назначения, преимущественно нефтепродуктов, растворов, газов и т.п.

Предложенное техническое решение представляет собой устройство, содержащее элементы (блоки) и связи между ними, находящиеся в функционально-конструктивном единстве и размещенные в ограниченном пространстве с возможностью выполнения в едином корпусе.

Известен Фурье-спектрометр [RU 49977, U1, G01B9/021, 10.12.2005], содержащий корпус, светоделитель, компенсатор, отражатели, при этом, в корпусе расположено параллелограммное устройство, светоделитель, компенсатор, причем, отражатели расположены внутри параллелограммного устройства, а один из отражателей закреплен на каретке параллелограммного устройства. В этом Фурье-спектрометре параллелограммное устройство дополнительно содержит основание, опоры и прижимные устройства, опоры шарнирно соединены с основанием и кареткой, в качестве прижимных устройств используют пружины, основание является днищем корпуса спектрометра, в опорах, основании и каретке выполнены углубления для шарниров, каретка выполнена с отверстием для прохождения потока излучения, опоры выполнены с отверстиями для прохождения потока излучения, каждый из отражателей содержит корпус отражателя и отражающий элемент, закрепленный в корпусе отражателя или закрепленный на корпусе отражателя, отражающий элемент содержит две поверхности, на которых расположены отражающие покрытия, в корпусе расположены устройства для передвижения платформы и каретки параллелограммного устройства, в качестве устройства для передвижения платформы с отражателем используют винты, причем, винты выполнены с дифференциальной резьбой, в качестве устройства для передвижения каретки с отражателем используют электромагнитное устройство, содержащее постоянные магниты и катушку индуктивности, расположенную между постоянными магнитами с возможностью перемещения относительно магнитов, постоянные магниты закреплены на каретке, катушка индуктивности закреплена на кронштейне, соединенном с корпусом, а спектрометр содержит объектив, фотоприемники, разъемы для соединения с компьютером.

Недостатком этого технического решения является относительно низкая точность спектральных измерений.

Известен также Фурье-спектрометр [RU 60209, U1, G01J 3/45, 10.01.2007], содержащий собирающее зеркало, защитное окно, охлаждаемый инфракрасный датчик с предусилителем, устройство сбора и обработки данных, интерферометр, состоящий из светоделителя, двух отражателей, поворотного зеркала, собирающей оптики и референтного канала, выполненного в виде лазерного источника и приемника излучения, при этом, Фурье-спектрометр включает также коромысло, на котором расположены уголковые отражатели, арретир, включающий электродвигатель с редуктором и U-образным захватом, клапан многократного действия, срабатывающий при уменьшении давления окружающей среды, при этом, источник излучения референтного канала интерферометра выполнен в виде разветвленного световода, выходной торец которого установлен перед светоделителем, а перед входными торцами которого установлены основной инфракрасный твердотельный лазер, по крайней мере, один резервный инфракрасный твердотельный лазер и твердотельный лазер видимого излучения, причем, эталонный источник излучения выполнен в виде плоской модели черного тела и содержит тепловой аккумулятор, плоский нагреватель, систему терморегулирования и излучающую шайбу, причем, собирающее зеркало выполнено сканирующим, а охлаждение инфракрасного датчика осуществляется с помощью радиационного холодильника.

Особенностью этого технического решения является то, что, плоский нагреватель модели черного тела выполнен в виде дорожки проводящего материала, нанесенного на теплопроводящую электроизолирующую подложку, изолированную сверху теплопроводящим электроизоляционным материалом, причем ширина дорожки b относится к расстоянию между дорожками f как b/f=0,7÷1,5.

Недостатком этого технического решения также является относительно низкая точность спектральных измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является Фурье-спектрометр [RU 2287784, C1, G01J3/00, 20.11.2006], содержащий корпус, излучатель светового потока, светоделитель, компенсатор, отражатели, фотоприемники, отличающийся тем, что в корпусе расположено параллелограммное устройство, причем светоделитель, компенсатор, отражатели расположены внутри параллелограммного устройства и один из отражателей закреплен на параллелограммном устройстве с возможностью одновременного передвижения вдоль светового потока и в боковом направлении от светового потока, при этом предусмотрена возможность изменения относительного положения отражателей и светоделителя с компенсатором.

Особенностью этого технического решения является то, что, параллелограммное устройство содержит основание, каретку, опоры и прижимные устройства, опоры шарнирно соединены с основанием и кареткой, в качестве прижимных устройств используют пружины, основание является днищем корпуса спектрометра, в опорах, основании и каретке выполнены углубления для шарниров, каретка выполнена с отверстием для прохождения потока излучения, опоры выполнены с отверстиями для прохождения потока излучения, каждый из отражателей содержит корпус отражателя и отражающий элемент, закрепленный в корпусе отражателя или закрепленный на корпусе отражателя, отражающий элемент содержит две поверхности и на поверхностях расположены отражающие покрытия, причем, оно содержит объектив, фотоприемники, разъемы для соединения с компьютером и платформу, которая закреплена на основании, и в корпусе расположены устройства для передвижения платформы и каретки параллелограммного устройства, в качестве устройства для передвижения платформы с отражателем используют винты, причем винты выполнены с дифференциальной резьбой, в качестве устройства для передвижения каретки с отражателем используют электромагнитное устройство, содержащее постоянные магниты и катушку индуктивности, расположенную между постоянными магнитами с возможностью перемещения относительно магнитов, постоянные магниты закреплены на каретке, а катушка индуктивности закреплена на кронштейне, соединенном с корпусом.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая точность спектральных измерений.

Задача, решаемая в предложенной полезной модели, заключается в повышении точности спектральных измерений.

Требуемый технический результат, достигаемый при реализации предложенного технического решения, заключается в повышении точности спектральных измерений.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в Фурье-спектрометр, содержащий установленные в корпусе светоделитель, выполненный с возможностью подачи на него и деления излучения от источника исследуемого излучения и источника референтного излучения, а также неподвижный отражатель и подвижный отражатель, установленный в параллелограммном блоке, выполненном с возможностью подачи излучения от подвижного отражателя на светоделитель, а также фотоприемник, согласно полезной модели, введены плоское зеркало, оптоволоконный зонд, выполненный с возможностью зондирования исследуемого объекта, фокусирующая линза, выполненная с возможностью подачи излучения, поступающего на нее от светоделителя через плоское зеркало, на вход оптоволоконного зонда, собирающая линза, выполненная с возможность подачи излучения с выхода оптоволоконного зонда на вход фотоприемника, причем, неподвижный отражатель выполнен с возможностью отражения на светоделитель поступающего от него излучения, параллелограммный блок выполнен с возможностью подачи излучения от светоделителя на установленный в нем подвижный отражатель, а подвижный и неподвижный отражатели выполнены в виде уголковых отражателей.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, параллелограммный блок выполнен в виде электромагнитного двигательного элемента, на котором размещен подвижный отражатель.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, подача на светоделитель исследуемого излучения обеспечивается установленным между источником исследуемого излучения и светоделителем внеосевым параболическим зеркалом.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, подача на светоделитель референтного излучения обеспечивается последовательно установленными между источником референтного излучения и светоделителем двумя направляющими плоскими зеркалами.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, между светоделителем и плоским зеркалом установлен фотодиод референтного излучения.

На чертеже представлены:

на фиг. 1 - оптико-механическая схема Фурье-спектрометра совместно с источником исследуемого излучения, источником референтного излучения и исследуемым объектом;

на фиг. 2 - параллелограммный блок;

На чертеже обозначены:

1 - источник референтного излучения;

2 - источник исследуемого излучения;

3 - внеосевое параболическое зеркало;

4 и 5 - первое и второе направляющие плоские зеркала референтного излучения;

6 - неподвижный уголковый зеркальный отражатель;

7 - подвижный уголковый зеркальный отражатель, установленный в параллелограммном блоке;

8 - светоделитель;

9 - фотодиод референтного излучения;

10 - вспомогательное плоское зеркало;

11 - фокусирующая линза;

12 - оптоволоконный зонд;

13 - собирающая линза;

14 - фотоприемник;

15 - исследуемый объект;

16 - параллелограммный блок с установленным в нем на электромагнитном двигательном элементе 17 подвижным уголковым отражателем 7;

Предложенный Фурье-спектрометр содержит светоделитель 8, выполненный с возможностью подачи на него и деления излучения источника 2 исследуемого излучения и источника 1 референтного излучения.

Кроме того, Фурье-спектрометр содержит неподвижный отражатель 6 и подвижный отражатель 7, установленный в параллелограммном блоке 16, выполненном с возможностью подачи излучения от подвижного отражателя 7 на светоделитель 8.

Фурье-спектрометр содержит также фотоприемник 14, плоское зеркало 10, оптоволоконный зонд 12, выполненный с возможностью зондирования исследуемого объекта 15, фокусирующую линзу 13, выполненную с возможностью подачи излучения, поступающего на нее от светоделителя 8 через плоское зеркало 10, на вход оптоволоконного зонда 12, и собирающую линзу 13, выполненную с возможностью подачи излучения с выхода оптоволоконного зонда 12 на вход фотоприемника 14.

В Фурье-спектрометре неподвижный отражатель 6 выполнен с возможностью отражения на светоделитель 8 поступающего от него излучения, параллелограммный блок 16 выполнен с возможностью подачи излучения от светоделителя 8 на установленный в нем подвижный отражатель 7, а подвижный 7 и неподвижный 6 отражатели выполнены в виде уголковых отражателей.

Особенностью возможного выполнения предложенного Фурье-спектрометра является то, что, параллелограммный блок 16 выполнен в виде электромагнитного двигательного элемента 17, на котором размещен подвижный отражатель 7, подача на светоделитель 8 исследуемого излучения обеспечивается установленным между источником 2 исследуемого излучения и светоделителем 8 внеосевого параболического зеркала 3, подача на светоделитель 8 референтного излучения обеспечивается последовательно установленными между источником 1 референтного излучения и светоделителем 8 двумя (первым 5 и вторым 4) направляющими плоскими зеркалами, а между светоделителем 8 и плоским зеркалом 10 установлен фотодиод 9 референтного излучения.

Работает Фурье-спектрометр следующим образом.

Основным элементом спектрометра является интерферометр, образованный светоделителем 8 и подвижным 7 и неподвижным 6 отражателями (зеркальными уголковыми отражателями) в плечах интерферометра. При освещении интерферометра коллимированным излучением оно делится светоделителем 8 на два пучка, каждый из которых направляется в свое плечо интерферометра. Отразившись от соответствующего отражателя эти пучки возвращаются на светоделитель 8, где интерферируют. В результате на выходе правильно отъюстированного интерферометра получается проинтерферировавший поток излучения или интерферограмма, которая далее направляется на исследуемый объект 15 и фотоприемник 14. Величина сигнала (итерферограмма), измеряемая приемником 14, зависит от оптической разности хода, проходимого разделенными пучками в плечах интерферометра. Если записать эту интерферограмму как функцию изменяемой оптической разности хода в интерферометре, то сделав далее Фурье-преобразование этой функции, получим спектр излучения, падающего на фотоприемник 14, как функцию длины волны электромагнитного излучения (например, инфракрасного диапазона при использовании источника 2 исследуемого излучения в виде источника ИК излучения) или как функцию волнового числа, обратного длине волны излучения (спектральной частоты).

Запись интерферограммы как функции оптической разности осуществляется посредством перемещения подвижного отражателя 7 посредством параллелограммного блока 16. Для измерения оптической разности хода используется референтный канал, непрерывно измеряющий оптическую разность хода. Этот канал состоит из источника 1 референтного излучения (лазера), генерирующего поток монохроматического излучения, первого 4 и второго 5 плоских зеркал, направляющих это излучение в интерферометр и далее проинтерферировавшее лазерное излучение на фотодиод 9 референтного излучения. Сигнал, измеряемый фотодиодом 9, имеет синусоидальную зависимость от оптической разности хода, что и позволяет вырабатывать систему управляющих импульсов и с их помощью стабилизировать скорость перемещения подвижного отражателя 7, что позволяет точно измерять оптическую разность хода.

Таким образом, излучение источника 2 направляется в интерферометр посредством коллимационной системы (внеосевое параболическое зеркало 3, в фокусе которого и установлен источник 2). Далее с выхода интерферометра излучение основного канала направляется посредством конденсора (фокусирующей линзы 11) через опторазъем на вход оптоволоконного зонда 12. С выхода оптоволоконного зонда 12 излучение (несущее информацию об объекте 15, исследуемом с помощью оптоволоконного зонда 12) посредством конденсора (собирающей линзы 13) направляется на приемную поверхность фотоприемника 14, являющимся фотоприемником ИК излучения. В результате, перемещая подвижный отражатель 7, реализуется возможность регистрации излучения (интерферограммы), как функции оптической разности хода. Произведя последующую обработку интерферограммы можно получить интересующую спектрограмму.

Предложенной устройство обладает существенно более высокой точностью спектральных измерений, что обусловлено использованием уголковых отражателей, что обеспечивает большую устойчивость к температурным и вибронагрузкам относительно прототипа, где используются плоские зеркала.

Поскольку подвижный уголковый отражатель отнесен от светоделителя, в отличие от прототипа, то это позволяет обеспечить значительно большее перемещение подвижного отражателя, т.е. измерять спектры с большим разрешением. Это также обеспечивает повышение точности спектральных измерений устройства.

Кроме того, использование уголковых отражателей снижает требования, а зачастую исключает необходимость юстировки. Это обеспечивает повышение воспроизводимости спектральных измерений, т.е. уменьшаются систематические ошибки. В результате обеспечиваются более точные спектральные измерения, кроме того, повышается быстродействие устройства.

Claims (5)

1. Фурье-спектрометр, содержащий установленные в корпусе светоделитель, выполненный с возможностью подачи на него и деления излучения от источника исследуемого излучения и источника референтного излучения, а также неподвижный отражатель и подвижный отражатель, установленный в параллелограммном блоке, выполненном с возможностью подачи излучения от подвижного отражателя на светоделитель, а также фотоприемник, отличающийся тем, что введены плоское зеркало, оптоволоконный зонд, выполненный с возможностью зондирования исследуемого объекта, фокусирующая линза, выполненная с возможностью подачи излучения, поступающего на нее от светоделителя через плоское зеркало, на вход оптоволоконного зонда, собирающая линза, выполненная с возможностью подачи излучения с выхода оптоволоконного зонда на вход фотоприемника, причем неподвижный отражатель выполнен с возможностью отражения на светоделитель поступающего от него излучения, параллелограммный блок выполнен с возможностью подачи излучения от светоделителя на установленный в нем подвижный отражатель, а подвижный и неподвижный отражатели выполнены в виде уголковых отражателей.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что параллелограммный блок выполнен в виде электромагнитного двигательного элемента, на котором размещен подвижный отражатель.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подача на светоделитель исследуемого излучения обеспечивается установленным между источником исследуемого излучения и светоделителем внеосевым параболическим зеркалом.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подача на светоделитель референтного излучения обеспечивается последовательно установленными между источником референтного излучения и светоделителем двумя направляющими плоскими зеркалами.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что между светоделителем и плоским зеркалом установлен фотодиод референтного излучения.

Images