RU1787265C

RU1787265C - Spectrometer

Info

Publication number: RU1787265C
Application number: SU914917985A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Алексеевич Бузников; Александр Викторович ШАШКИН; Аркадий Станиславович Харитонов
Original assignee: Ленинградский электротехнический институт им.В.И.Ульянова
Priority date: 1991-03-11
Filing date: 1991-03-11
Publication date: 1993-01-07

Description

его перестройки на другую программу, что бывает необходимо, например, при смене источника излучени .its conversion to another program, which is necessary, for example, when changing the radiation source.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс спектрометр со скорректированной спектральной чувствительностью в пределах участка сканировани спектра, содержащий мойохроматор с оптико-механической сканирующей системой, фотоприемник и уси литёль спектрального канала с регулируемым коэффициентом уси-. лени , светоделитель, фотоприемник и усилитель канала управлени , а также каскад дл управлени коэффициентом передачи усилител спектрального канала, включающий в себ формирователь периодических во времени реперных меток длины волны, формирователь команд управлени , управл емые пиковый детектор и запоминающее устройство, блок квантовани управл ющего сигнала. В указанном спектрометре коррекции спектральной чувствительности осуществл етс посредством изменени коэффициента передачи усилител спектрального канала, управл емого с помощью сигнала, поступающего с фотоприемника каскада управлени , установленного так, что изображение участка спектра попадающее на него, смещено по длинам волн на один участок коррекции в сторону определени по отношению к изображению на оптической щели фотопрйемника спектрального канала. Однако в данном устройстве не производитс учет погрешностей изменени , возникающих вследствие спектральной оптической нестабильности среды за врем спектрометрировани , что снижает точность измерений, В указанном устройстве невозможна коррекци либо изменение методики проведени измерений , что снижает круг задач, который может решать устройство.Closest to the technical nature of the invention is a spectrometer with adjusted spectral sensitivity within the scanning section of the spectrum, comprising a myochromator with an optomechanical scanning system, a photodetector and an amplifier of the spectral channel with an adjustable gain. laziness, a beam splitter, a photodetector and an amplifier of the control channel, as well as a cascade for controlling the transmission coefficient of the amplifier of the spectral channel, including a generator of time-periodic reference marks of the wavelength, a command command generator, a controlled peak detector and a memory device, a control signal quantization unit . In this spectrometer, spectral sensitivity correction is carried out by changing the gain of the amplifier of the spectral channel, controlled by a signal from the photodetector of the control cascade, set so that the image of the portion of the spectrum incident on it is shifted by wavelengths by one portion of the correction in the direction of determination in relation to the image on the optical slit of the photodetector of the spectral channel. However, this device does not take into account the errors of change arising due to the spectral optical instability of the medium during spectrometry, which reduces the measurement accuracy. In this device, it is impossible to correct or change the measurement procedure, which reduces the range of tasks that the device can solve.

Целью изобретени вл етс повышение точности измерени спектров за счет автоматической коррекции результатов спёКтр&метрирЬвани по отдельным участкам спектрального диапазона.The aim of the invention is to increase the accuracy of the measurement of spectra by automatically correcting the results of spectrometry & metering in individual parts of the spectral range.

Цель достигаетс тем, что в спектрометр , содержащий мбнохроматор с оптико- механической сканирующей системой, включающий в себ первый светоделитель и формирователь реперных меток длины волны, фотоп рйемник спектрального канала (ФПСК), блокГу сйлёни спектрального канала с регулируемым коэффициентом усилени и каскад дл управлени коэффициентом передачи усилител , включающий фотоприемник каскада управлени (ФПКУ), а также формирователь команд управлени , усилитель управл ющего сигнала, управл емые пиковый детектор и запоминающее устройств, блок квантовани управл ющего сигнала, при этом первый светоделитель расположен перед оптической щельюThe goal is achieved by the fact that in a spectrometer containing a mnochromator with an optomechanical scanning system, including a first beam splitter and a reference wavelength generator, a spectral channel photodetector (FPSK), a spectral channel block with an adjustable gain and a cascade for controlling the coefficient transmitting an amplifier, including a photodetector of the control cascade (FPKU), as well as a command generator, a control signal amplifier, a controlled peak detector and a storage devices, a quantization block of the control signal, the first beam splitter being located in front of the optical slit

. ФПСК под углом к оптической оси монохро- матора с возможностью выделени на оптической щели ФПКУ изображени участка спектра, смещенного по длинам волн на один участок коррекции в сторону опережени по отношению к изображению на оптической щели ФПСК, а электрический вход ФПКУ подключен к входу последовательно соединенных усилител управл ю- щёго сигнала, управл емого пикового. FPSC at an angle to the optical axis of the monochromator with the possibility of extracting on the optical slit of the FPKU an image of a portion of the spectrum shifted in wavelengths by one correction section in the direction of advance in relation to the image on the optical slit of the FPSK, and the electric input of the FPKU is connected to the input of the amplifier control of the peak driven signal

детектора, управл ющий вход которого соединен с третьим выходом формировател команд управлени , вход которого соединен с электрическим выходом формировател реперных меток длины волны, механическиa detector, the control input of which is connected to the third output of the driver of control commands, the input of which is connected to the electrical output of the driver of reference marks of wavelength, mechanically

св занного с оптико- механической сканирующей системой монохроматора, выход управл емого пикового детектора соединен с информационным выходом управл емого запоминающего устройства , управл ющийassociated with the optical-mechanical scanning system of the monochromator, the output of the controlled peak detector is connected to the information output of the controlled storage device, the control

вход которого соединен с вторым выходом формировател команд управлени , вход сброса информации - с первым выходом формировател кома.нд управлени , а выход - с входом блока квантовани управл ющего сигнала, выходы которого соединены с управл ющими выходами блока усилени спектрального канала с регулируемым коэффициентом усилени , введены в монохрома- тор второй светоделитель, а в электроннуюthe input of which is connected to the second output of the control command generator, the information reset input is with the first output of the control com.nd generator, and the output is with the input of the control signal quantization unit, the outputs of which are connected to the control outputs of the spectral channel amplification unit with an adjustable gain, the second beam splitter is introduced into the monochromator, and into the electronic

часть N дополнительных фотоприемников, N блоков усилени сигнала дополнительных фотоприемников, N+1 устройств выборки- хранени , коммутатор, блок ввода-вывода и ЭВМ, при этом второй светоделительpart of N additional photodetectors, N signal amplification units of additional photodetectors, N + 1 sampling and storage devices, a switch, an input-output unit and a computer, while the second beam splitter

расположен перед оптической щелью ФПСК под углом к оптической оси монохроматора с возможностью выделени на оптических щел х дополнительных фотоприемников сканируемого участка спектра, аis located in front of the FPSC optical slit at an angle to the optical axis of the monochromator with the possibility of highlighting additional optical detectors of the scanned portion of the spectrum on optical slots, and

электрические выходы дополнительных фотоприемников подключены к входам последовательно соединенных блоков усилени сигнала дополнительных фотоприемников и устройств выборки-хранени , управл ющиеelectrical outputs of additional photodetectors are connected to the inputs of series-connected signal amplification units of additional photodetectors and sampling-storage devices, controlling

входы которых соединены с первым выходом ЭВМ, а информационные выходы - сthe inputs of which are connected to the first computer output, and the information outputs are connected to

входами коммутатора, вход которого соединен с входом блока ввода-вывода, а управл ющий вход- - с вторым входом ЭВМ,the inputs of the switch, the input of which is connected to the input of the input-output unit, and the control input - with the second input of the computer,

третий выход ЭВМ соединен с входом блока ввода-вывода. Введение указанных элементов позвол ет контролировать временную нестабильность оптического излучени в спектральном интервале, соответствующем ширине входной щели дополнительных фотоприемников непосредственно в процессе сканировани , что существенно отличает его от всех ранее известных технических решений данного типа, в том числе и от прототипа.the third output of the computer is connected to the input of the input-output block. The introduction of these elements makes it possible to control the temporal instability of optical radiation in the spectral range corresponding to the width of the entrance slit of additional photodetectors directly during scanning, which significantly distinguishes it from all previously known technical solutions of this type, including the prototype.

Вследствие того, что измерени электрических величин в устройстве происход т в конечное отличие от нул врем , и вследствие необходимости подключать к блоку ввода-вывода сигнал от различных фотоприемников , в него введены устройства выборки-хранени и коммутатор. Дл контрол производимых операций, регистрации полученных данных, оперативного управлени процессами измерений, построени стабильной шкалы длин волн, решени различного класса обратных задач, а также дл организации вывода информации на устройство хранени и отображени в устройство введена управл юща ЭВМ, что позвол ет расширить круг задач, решаемых устройством.Due to the fact that the measurement of electrical quantities in the device takes place in a finite difference from zero time, and due to the need to connect a signal from various photodetectors to the I / O unit, sampling-storage devices and a switch are introduced into it. To control the operations performed, to register the data obtained, to operatively control the measurement processes, to build a stable wavelength scale, to solve various classes of inverse problems, as well as to organize the output of information to the storage device and display in the device, a control computer is introduced, which allows to expand the range of tasks solved by the device.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого спектрометра. Спектрометр состоит из оптико-механической и электронной частей. В оптико-механическую часть вход т объектив 1, монохромэтор 2 с оптико-механической системой сканировани , снабженный двигателем 37,.формирова- телем 3 реперных меток длины волны, первым светоделителем А и вторым светоделителем 38, представл ющим собой полупрозрачные плоскопараллельные пластины, выходными щел ми спектрального канала 5 и каскада управлени б с установленными за нимм ФПСК 7 и ФПКУ 8, а также дополнительные фотоприемники 39. Формирователь 3 реперных меток длины волны содержит оптически св занные источник излучени , модул тор и приёмник излучени . Периодичность по времени и механическа св зь формировател 3 с оптико-механической системой сканировани обеспечиваетс тем, что модул тор формировател 3 расположен на валу двигател системы сканировани . Светоделитель 4 расположен в монохроматоре под углом к оптической оси перед выходной щелью 5 спектрального канала с.возможностью вращени вокруг вертикальной оси, параллельной щел м 5 и 6, и установлен таким образом, чтобы обеспечить опережение во времени развертки спектра на вход- ные щели б каскада управлени по отношению к развертки спектра на выходной щели 5 спектрального канала на величину , равную длительности сканировани одного участка коррекции. Светоделитель 38 установлен под углом к оптической оси прибора таким образом, чтобы обеспечитьIn FIG. 1 presents a block diagram of the proposed spectrometer. The spectrometer consists of optical-mechanical and electronic parts. The optical-mechanical part includes a lens 1, a monochromator 2 with an optical-mechanical scanning system, equipped with an engine 37, a shaper 3 of reference wavelength labels, a first beam splitter A and a second beam splitter 38, which are translucent plane-parallel plates, with exit slots spectral channel 5 and the control cascade with FPSK 7 and FPKU 8 installed behind it, as well as additional photodetectors 39. The wavelength marker 3 of the reference marker contains an optically coupled radiation source, a modulator and a radiation receiver. The time frequency and mechanical connection of the imaging unit 3 with the optomechanical scanning system is ensured by the fact that the modulator of the imaging unit 3 is located on the shaft of the engine of the scanning system. The beam splitter 4 is located in the monochromator at an angle to the optical axis in front of the output slit 5 of the spectral channel with the possibility of rotation around a vertical axis parallel to slots 5 and 6, and is set in such a way as to ensure that the spectrum sweeps ahead of the input slots of the cascade control with respect to the spectrum sweep at the output slit 5 of the spectral channel by an amount equal to the scan duration of one correction portion. The beam splitter 38 is installed at an angle to the optical axis of the device so as to ensure

попадание светового потока на выходную щель 5 спектрального канала и дополнительные фотоприемники 39 одновременно в пределах участка сканировани спектра. 5В электронную часть вход т формирователь 9- команд управлени , содержащий последовательно соединенные двигатель 10 частоты, вход которого вл етс входом формировател 9 и подключен к электриче0 скому выходу формировател 3 реперных меток длины волны, формирователь 11 длительности , выход которого служит первым выходам Т1 формировател 9, первую линию 12 задержки, выход которой служитthe luminous flux entering the exit slit 5 of the spectral channel and additional photodetectors 39 at the same time within the spectrum scanning section. 5B, the electronic part includes a control command generator 9 comprising a frequency motor 10 connected in series, the input of which is the input of the driver 9 and connected to the electrical output of the driver 3 of the reference wavelength labels, the driver 11 of the duration, the output of which serves the first outputs T1 of the driver 9 , the first delay line 12, the output of which serves

5 вторым выходом Т2 формировател 9, вторую линию 13 задержки, выход которой служит третьим выходом ТЗ формировател 9, а также усилитель 14 управл ющего сигнала , выполненный по схеме широкополосно0 го операционного усилител управлени . Кроме того, электронна часть содержит управл емый пиковый детектор 15, содержащий аналоговый ключ 16, информационный вход которого вл етс входом детектора и5 by the second output T2 of the driver 9, the second delay line 13, the output of which serves as the third output TK of the driver 9, and also the amplifier 14 of the control signal, made according to the scheme of the broadband operational control amplifier. In addition, the electronic part contains a controllable peak detector 15 containing an analog key 16, the information input of which is the input of the detector and

5 подключен к выходу усилител 14 управл ющего сигнала, управл ющий вход через инвертор 17 соединен с управл ющим входом детектора, подключенного к третьему . выходу ТЗ формировател команд управле0 ни , а выход через пиковый детектор 18 соединен с выходом детектора и информационным выходом аналогового ключа 19 сброса информации, управл ющий вход которого соединен с управл ющим вхо5 дом детектора, а выход - с общей шиной питани ; управл емое запоминающее устройство 20, содержащее входной аналоговый ключ 21, информационный вход которого вл етс входом устройства 20 и5 is connected to the output of a control signal amplifier 14, a control input through an inverter 17 is connected to a control input of a detector connected to the third. the TK output of the control command generator, and the output through the peak detector 18 is connected to the detector output and the information output of the analog information reset key 19, the control input of which is connected to the control input of the detector and the output is connected to the common power bus; a controlled storage device 20 comprising an analog input key 21, the information input of which is the input of the device 20 and

0 соединен с выходом управл емого пикового детектора 15, управл ющий вход служит управл ющим входом устройства 20 и подключен к второму выходу Т2 формировател 9 команд управлени , а выход через запоми5 нающее устройство 22 подключен к выходу устройства 20 и информационному входу аналогового ключа 23 сброса информации, управл ющий вход которого служит входом сброса информации устройства 20 и соеди0 нен с первым выходом Т1 формировател 9 команд управлени , а выход подключен к общей шине питани ; блок 24 квантовани сигнала управлени , выполненный в виде амплитудных компараторов 25 с заданными0 is connected to the output of the controlled peak detector 15, the control input serves as the control input of the device 20 and is connected to the second output T2 of the driver 9 of the control commands, and the output through the storage device 22 is connected to the output of the device 20 and the information input of the analogue information reset key 23 the control input of which serves as an input for resetting information of the device 20 and is connected to the first output T1 of the driver 9 of the control commands, and the output is connected to a common power bus; block 24 quantization of the control signal, made in the form of amplitude comparators 25 with specified

5 различными уровн ми срабатывани , входы которых соединены параллельно ц служат входом блока 24, подключенного к выходу управл емого запоминающего устройства 20, а выходы вл ютс выходами блока 24. Электрическа часть содержит также блоки5 different actuation levels, the inputs of which are connected in parallel and serve as the input of the block 24 connected to the output of the controlled storage device 20, and the outputs are the outputs of the block 24. The electrical part also contains blocks

26 усилени спектрального канала и дополнительных фотоприемников, содержащие усилители 27, неинвертирующий вход которых соединён с электрическими выходами фотоприемников 7 и 39, а инвертирующий - через параллельные цепи обратной св зи, состо щие из последовательно соединенных масштабных резисторов 28 и аналоговых ключей 29, управл ющие входы которых соединены с выходами блока 24 квантирова- ни сигнала управлени , причем к выходам блоков 26 усилени спектрального канала и дополнительных фотоприемников подключены устройства 30 ыборки-хранени , управл ющий вход которых соединен с первым выходом ЭВМ 36, а выход подключен к входу коммутатора 31, управл ющий вход которого соединен с вторым выходом ЭВМ 36, выход коммутатора 31 подсоединен к входу компаратора 32 блока 35 ввода- вывода, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразовател 33, вход которого подключен к третьему выходу ЭВМ 36, выход компаратора соединен с входом блока 34 выборки синхроимпульса периферии подключен к входу ЭВМ 36.26 amplification of the spectral channel and additional photodetectors containing amplifiers 27, the non-inverting input of which is connected to the electrical outputs of the photodetectors 7 and 39, and the inverting one through parallel feedback circuits, consisting of series-connected scale resistors 28 and analog switches 29, control inputs which are connected to the outputs of the block 24 quantization of the control signal, and to the output of the blocks 26 amplification of the spectral channel and additional photodetectors connected device 30 sampling The control input of which is connected to the first output of the computer 36, and the output is connected to the input of the switch 31, the control input of which is connected to the second output of the computer 36, the output of the switch 31 is connected to the input of the comparator 32 of the input / output block 35, the second input of which is connected with the output of the digital-to-analog converter 33, the input of which is connected to the third output of the computer 36, the output of the comparator is connected to the input of the peripheral clock sampling unit 34 is connected to the input of the computer 36.

(Гример. Устройство МАСКА-Г, схема которого представлена на фиг. 2, содержит входную щель 40, закрепленную на коллиматорном объективе 41, подающем оптический поток на призменный монохрома- тор 42, за которым установлены конденсаторный объектив 43, оптико-механическа система 44 сканировани спектра с установленными на ней фотбприемниками 45 спектрометра и дополнительными фотоприемника 46, а также светоделитель 47. Фотоприемники 45 спектрометра и дополнительные фотоприемники 46 подключены к масштабным усилител м 48, соединенным с устройствами. 49 выборки-хранени , сигнал с которых по управлению ЭВМ 50 коммутируетс мультиплексором 51 на блок 52 ввода-вывода спектральной информации из ЭВМ 50.(Make-up artist. The MASK-G device, the scheme of which is shown in Fig. 2, contains an entrance slit 40 fixed to a collimator lens 41, which supplies optical flow to a prism monochromator 42, behind which a capacitor lens 43 is installed, and an optical-mechanical scanning system 44 spectrum with installed photodetectors 45 of the spectrometer and additional photodetectors 46, as well as a beam splitter 47. Photodetectors 45 of the spectrometer and additional photodetectors 46 are connected to large-scale amplifiers 48 connected to the devices. sample-storage, the signal from which the computer control 50 is switched by the multiplexer 51 to the block 52 of the input-output of spectral information from the computer 50.

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION A spectrometer comprising a monochromator with an optical-mechanical scanning system, including a first beam splitter and a reference wavelength generator, as well as a spectral channel photodetector (FPSK), a spectral channel amplification unit with an adjustable gain and a cascade for controlling the gain of the amplifier including a control stage photodetector (FPKU), a control command generator, a control signal amplifier, a controlled peak detector and a storage device, Lok quantization control signal, wherein the first beam splitter to the optical located. with a FPSC slit at an angle to the optical axis of the monochromator with the possibility of extracting images of a spectral section on the FPKU optical slit, it is shifted by wavelengths by one correction section to the side

0 lead in relation to the image on the optical FPSC slit, and the electric FPKU is connected to the input of a serially connected control signal amplifier, controlled by a peak detector, the control input of which is connected to the third output of the control command generator, the input of which is connected to the electrical output of the reference driver wavelength labels, mechanical

0 associated with the optical-mechanical scanning system of the monochromator, the output of the controlled peak detector is connected to the information input of the controlled storage device, controlling

5, the output of which is connected to the second output of the control command generator, and the information reset input with the first output of the control command generator, and the output - with the input of the control quantization block

0 signal, the outputs of which are connected to the control inputs of the gain block of the spectral channel with an adjustable gain, characterized in that, in order to increase the accuracy of

5 due to the automatic correction of spectrometry results for individual sections of the spectral range, the monochromator additionally contains a second beam splitter, and N

0 additional photodetectors, N additional signal amplification units of additional photodetectors, (N + 1) sample-storage devices, a switch, an input-output unit and a computing device5, while the second beam splitter is located in front of the FPSC optical slit at an angle to the optical axis of the monochromator with the possibility allocation of additional photodetectors on the optical slots of the scanned portion of the spectrum, and the electrical outputs of the additional photodetectors are connected to the inputs of the additional shackles signal gain additional photodetectors

5 and sampling-storage devices, the control inputs of which are connected to the first output of the computing device, and

information outputs - with the inputs of the switch, the output of which is connected to the input of the input-output unit, and the control

input - with the second output of the computing device is connected to the input of the input device block, the third output of the computing output.