RU2024846C1

RU2024846C1 - Device for measuring nonuniformity of extinction spectrum of radiation flux

Info

Publication number: RU2024846C1
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Скрипник; А.А. Дашковский; А.И. Химичева; В.Г. Петрук
Original assignee: Киевский технологический институт легкой промышленности
Priority date: 1992-03-02
Filing date: 1992-03-02
Publication date: 1994-12-15

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device has optical radiation sources, monochromators, focusing lenses, optical gates, semitransparent mirror, measuring dish, objective, diaphragms, photoreceivers, logarithm meter, lower frequency amplifiers, sync detectors, integrating chain, power units, lower frequency filters, self-recording voltmeter, lower frequency generator. Automation of measurement is provided due to synchronization of tuning of monochromator. Measurement error is reduced due to automatic control of radiation intensity. EFFECT: improved precision of measurement. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области спектрофотометрии и может быть использовано для измерения неравномерности спектра экстинкции (ослабления) оптического излучения в различных средах в широком диапазоне длин волн. The invention relates to the field of spectrophotometry and can be used to measure the unevenness of the extinction spectrum (attenuation) of optical radiation in various media in a wide range of wavelengths.

Известно однолучевое устройство для измерения неравномерности спектра экстинкции потока излучения (см. , например, Гуревич М. М. Фотометрия (теория, методы и приборы). Л.: Энергоатомиздат, 1983, с. 199-207) [1], содержащее источник излучения, монохроматор, оптическую кювету с исследуемой средой, приемник излучения, блок обработки информации и регистратор. Выходной сигнал, фиксируемый регистратором, отражает спектр экстинкции (ослабления) в среде распространения монохроматического излучения в диапазоне длин волн перестраиваемого монохроматора. A single-beam device is known for measuring the irregularity of the extinction spectrum of a radiation flux (see, for example, Gurevich M. M. Photometry (theory, methods and devices). L .: Energoatomizdat, 1983, pp. 199-207) [1], containing a radiation source , monochromator, optical cell with the studied medium, radiation receiver, information processing unit and recorder. The output signal recorded by the recorder reflects the extinction (attenuation) spectrum in the propagation medium of monochromatic radiation in the wavelength range of the tunable monochromator.

Недостатком устройства является низкая точность измерения неравномерности спектра экстинкции относительно уровня экстинкции на выбранной (опорной) длине волны. Особенно трудно измерить неравномерность спектра на фоне большого ослабления, вносимого средой распространения на всех длинах волн из-за непостоянства интенсивности сканируемого излучения. The disadvantage of this device is the low accuracy of measuring the unevenness of the extinction spectrum relative to the level of extinction at the selected (reference) wavelength. It is especially difficult to measure the non-uniformity of the spectrum against the background of a large attenuation introduced by the propagation medium at all wavelengths due to the inconsistency of the intensity of the scanned radiation.

С целью устранения указанных недостатков стали использовать устройства, в которых разделяется свет на два потока, один из которых идет через эталон. Известно двухлучевое устройство для измерения неравномерности спектра экстинкции потока излучения (см., например, Оптико-электронные приборы для научных исследований. Учеб. пособие (Л.А. Новицкий, А.С. Гоменюк, В.Е. Зуборев, А.М. Хораходов. -М.: Машиностроение, 1986, с. 72-73) [2], содержащее источник излучения, светоделитель на два потока, в одном из которых размещен исследуемый образец, в другом - эталон, оптические прерыватели, блок сведения потоков, монохроматор, приемник излучения, блок обработки информации и регистратор. Эталон следует выбирать с равномерным спектром в диапазоне сканируемых длин волн. Регистратором фиксируется разность экстинкций образца и эталона, что и позволяет непосредственно измерять неравномерность спектра относительно эталона. In order to eliminate these drawbacks, they began to use devices in which light is divided into two streams, one of which goes through the standard. A two-beam device is known for measuring the irregularity of the extinction spectrum of a radiation flux (see, for example, Optoelectronic devices for scientific research. Textbook (L.A. Novitsky, A.S. Gomenyuk, V.E. Zuborev, A.M. Khorakhodov. -M.: Mashinostroenie, 1986, pp. 72-73) [2], containing a radiation source, a beam splitter for two streams, one of which contains the sample under study, the other - a standard, optical choppers, flow reduction unit, monochromator , radiation receiver, information processing unit and registrar. a uniform spectrum in the range of scanned wavelengths.The registrar records the difference in extinction of the sample and the standard, which allows you to directly measure the unevenness of the spectrum relative to the standard.

Двухлучевое устройство также не обеспечивает высокую точность измерения неравномерности спектра экстинкции из-за принципиальных трудностей подбора эталона с равномерной спектральной характеристикой в широком диапазоне длин волн. The two-beam device also does not provide high accuracy for measuring the irregularity of the extinction spectrum due to the fundamental difficulties in choosing a standard with a uniform spectral characteristic in a wide wavelength range.

Наиболее близким по технической сущности устройством к заявляемому является двухволновое устройство для измерения неравномерности спектра экстинкции потока излучения (см., например, Берштейн И.Я., Каминский Ю.Л. Спектрофотометрический анализ в органической химии - 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Химия, 1986, с. 21-22) [3], содержащее два источника оптического излучения, два монохроматора, выделяющих два пучка света разной длины волны, оптические прерыватели (затворы), блок сведения потоков, измерительную кювету, фотоприемник, блок обработки информации и регистратор. The closest in technical essence to the claimed device is a two-wave device for measuring the irregularity of the extinction spectrum of the radiation flux (see, for example, Bershtein I.Ya., Kaminsky Yu.L. Spectrophotometric analysis in organic chemistry - 2nd ed., Revised and add. L .: Chemistry, 1986, pp. 21-22) [3], containing two sources of optical radiation, two monochromators, emitting two beams of light of different wavelengths, optical choppers (shutters), flow reduction unit, measuring cell, photodetector information processing unit and the registrar.

В двухволновом устройстве монохроматоры выделяют два потока света разной длины волны, которые попеременно пропускают через измерительную кювету. В фотоприемнике при этом возникает два раздельных во времени сигнала, соответствующих интенсивностям прошедших через кювету потоков обеих длин волн. В блоке обработки информации сигналы усиливаются, разделяются и вычитаются. In a two-wave device, monochromators emit two streams of light of different wavelengths, which are alternately passed through a measuring cell. In this case, two time-separated signals arise in the photodetector, corresponding to the intensities of the flows of both wavelengths transmitted through the cell. In the information processing unit, the signals are amplified, separated and subtracted.

Результирующий сигнал, пропорциональный разности пропусканий кюветы на двух длинах волн, подается на регистрирующее устройство. Однако известному устройству присущи и следующие недостатки:
регистрирующий сигнал зависит не только от разности пропусканий измерительной кюветы на двух длинах волн, а поэтому и от разности интенсивностей двух независимых монохроматических потоков, которые не остаются постоянными;
при сканировании одной из длин волн на результат измерения накладывается неравномерность спектральной характеристики регулируемого монохроматора из-за непостоянства его спектрального коэффициента пропускания;
аналогичные погрешности возникают из-за нестабильности и непостоянства спектральных коэффициентов пропускания оптических затворов (прерывателей);
неравномерность спектральных характеристик фотоприемников не позволяет обнаруживать и регистрировать неравномерности спектра экстинкции, соизмеряемые с неравномерностью спектральной чувствительности самих фотоприемников.The resulting signal is proportional to the difference in transmittance of the cell at two wavelengths, is fed to the recording device. However, the known device has the following disadvantages:
the recording signal depends not only on the transmittance difference of the measuring cell at two wavelengths, and therefore on the difference in intensities of two independent monochromatic flows, which do not remain constant;
when scanning one of the wavelengths, the unevenness of the spectral characteristics of the adjustable monochromator is superimposed on the measurement result due to the inconstancy of its spectral transmittance;
similar errors arise due to the instability and inconstancy of the spectral transmittance of optical shutters (choppers);
the uneven spectral characteristics of the photodetectors does not allow to detect and record irregularities in the extinction spectrum, comparable with the uneven spectral sensitivity of the photodetectors themselves.

Из-за указанных искажений относительная погрешность известных экстинкциметров достигает 3-10% в диапазоне длин волн 300-1 000 нм. Калибровка известных схем на ряде значений сканируемой длины волны по эталонам или нормированным значениям интенсивности оптических потоков снижает погрешность, но резко увеличивает время измерения и затрудняет автоматизацию регистрации спектра экстинкции доступными средствами. Due to these distortions, the relative error of known extinccimeters reaches 3-10% in the wavelength range of 300-1000 nm. Calibration of known schemes on a number of scanned wavelengths according to standards or normalized values of the intensity of optical flows reduces the error, but dramatically increases the measurement time and makes it difficult to automate the recording of the extinction spectrum by available means.

Таким образом, в основу изобретения положена задача создать устройство для измерения неравномерности спектра экстинкции потока излучения, в котором путем усовершенствования структурной схемы осуществлялась бы независимость результатов измерения от неравенства интенсивностей излучения, непостоянства спектральных коэффициентов пропускания монохроматоров и спектральных чувствительностей фотоприемников, благодаря чему повысилась бы точность измерения устройства и обеспечивалась бы его автоматизация, направленная на коррекцию возникающих погрешностей. Thus, the invention is based on the task of creating a device for measuring the irregularity of the extinction spectrum of the radiation flux, in which, by improving the structural scheme, the measurement results are independent of the inequality of radiation intensities, the inconstancy of the spectral transmittance of monochromators and the spectral sensitivity of photodetectors, thereby increasing the accuracy devices and its automation would be provided, aimed at correcting the dipping errors.

Поставленная задача решена тем, что в устройстве для измерения неравномерности спектра экстинкции потока излучения, содержащем два источника излучения с блоками питания, по перпендикулярным оптическим осям которых расположены монохроматоры, фокусирующие линзы, оптические затворы и расположенное под углами и оптическим осям полупрозрачное зеркало, по одной оси которого расположена измерительная кювета, объектив, диафрагма и фотоприемник, к электрическому выходу которого через усилитель низкой частоты подключен синхронный детектор, управляющие входы которого соединены с противофазными выходами генератора низкой частоты, соединенные с управляющими входами оптических затворов, и самопишущий вольтметр, дополнительно введены фильтр низких частот, расположенные по другой оси полупрозрачного зеркала вторые диаграмму, фотоприемник, логарифматор, входом подключенный к электрическому выходу фотоприемника и подключенные к выходу логарифматора последовательно соединенные второй усилитель низкой частоты и второй синхронный детектор, и интегрирующее звено, при этом выход первого синхронного детектора через интегрирующее звено соединены с управляющим входом блока питания источника излучения, монохроматор которого управляющим входом кинематически соединен с двигателем регистратора самопишущего вольтметра, а измерительный механизм самопишущего вольтметра через фильтр нижних частот соединен с выходом второго синхронного детектора. The problem is solved in that in the device for measuring the irregularity of the extinction spectrum of the radiation flux containing two radiation sources with power supplies, along the perpendicular optical axes of which are monochromators, focusing lenses, optical shutters and a translucent mirror located at angles and optical axes, along one axis which is located measuring cell, lens, aperture and photodetector, to the electrical output of which is connected via a low-frequency amplifier a synchronous detector, the control inputs of which are connected to the out-of-phase outputs of the low-frequency generator, connected to the control inputs of the optical shutters, and a recording voltmeter, a low-pass filter is additionally introduced, a second diagram located on the other axis of the translucent mirror, a photodetector, a logarithmator, connected to the electrical output of the photodetector and connected to the output of the logarithm is connected in series to a second low-frequency amplifier and a second synchronous detector, and an integrating unit, while The first synchronous detector through an integrating link is connected to the control input of the radiation source power supply, the monochromator of which is connected kinematically to the recorder motor of the recording voltmeter, and the measuring mechanism of the recording voltmeter is connected via the low-pass filter to the output of the second synchronous detector.

Введенные блоки и элементы, соединенные указанным образом, обеспечивают автоматизацию процесса измерения неравномерности спектров экстинкции различных сред в широком диапазоне длин волн. The introduced blocks and elements connected in this way provide automation of the process of measuring the unevenness of the extinction spectra of various media in a wide range of wavelengths.

Практически это достигается синхронизацией перестройки монохроматора с перемещением регистрирующего механизма самопишущего вольтметра, а также исключением влияния непостоянства спектральной чувствительности фотоприемников. Указанная совокупность введенных блоков, связанных определенным образом с известными блоками и элементами, позволяет решить поставленную задачу. In practice, this is achieved by synchronizing the tuning of the monochromator with the movement of the recording mechanism of a recording voltmeter, as well as by eliminating the influence of inconstancy in the spectral sensitivity of photodetectors. The indicated set of introduced blocks connected in a certain way with known blocks and elements allows us to solve the problem.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения неравномерности спектра экстинкции (ослабления) потока излучения, содержащего источники 1, 2 оптического излучения, монохроматоры 3, 4, фокусирующие линзы 5, 6, оптические затворы 7, 8, полупрозрачное зеркало 9, измерительную кювету 10, объектив 11, диафрагмы 12, 13, фотоприемники 14, 15, логарифматор 16, усилители 17, 18 низкой частоты, синхронные детекторы 19, 20, интегрирующее звено 21, блоки питания 22, 23, фильтр 24 нижних частот, самопишущий вольтметр 25, генератор 26 низкой частоты. The drawing shows a functional diagram of a device for measuring the irregularity of the extinction spectrum (attenuation) of a radiation stream containing optical radiation sources 1, 2, monochromators 3, 4, focusing lenses 5, 6, optical shutters 7, 8, a translucent mirror 9, a measuring cell 10, lens 11, apertures 12, 13, photodetectors 14, 15, logarithm 16, low-frequency amplifiers 17, 18, synchronous detectors 19, 20, integrating link 21, power supplies 22, 23, low-pass filter 24, recorder 25, generator 26 low frequency.

Оптические оси источников 1, 2 излучения взаимно перпендикулярны, по ходу которых расположены последовательно монохроматоры 3, 4, фокусирующие линзы 5, 6, оптические затворы 7, 8 и полупрозрачное зеркало 9 под одинаковыми углами к осям излучения, по одной оптической оси зеркала 9 расположена измерительная кювета 10, объектив 11, диафрагма 12 и фотоприемник 14, по другой оптической оси - диафрагма 13 и фотоприемник 15. К электрическому выходу фотоприемника 14 подключены последовательно соединенные усилитель 18 низкой частоты, синхронный детектор 20 и интегрирующее звено 21, выход которого соединен с управляющим входами регулируемого блока питания 22 источника излучения 2. К электрическому выходу синхронного детектора 19 через фильтр 24 нижних частот подключен измерительный механизм самопишущего вольтметра 25, двигатель регистратора которого кинематически соединен с управляющим входом привода монохроматора 4. Управляющие входы синхронных детекторов 19, 20 подключены к противофазным выходам генератора 26 низкой частоты, которые соединены с управляющими входами оптических затворов 7, 8. The optical axes of the radiation sources 1, 2 are mutually perpendicular, along which monochromators 3, 4, focusing lenses 5, 6, optical shutters 7, 8 and a translucent mirror 9 are located at equal angles to the radiation axes, one measuring axis of the mirror 9 is located cell 10, lens 11, diaphragm 12 and photodetector 14, along the other optical axis - diaphragm 13 and photodetector 15. Serially connected low-frequency amplifier 18, synchronous detector 20 and int are connected to the electrical output of photodetector 14 the control link 21, the output of which is connected to the control inputs of the regulated power supply unit 22 of the radiation source 2. To the electrical output of the synchronous detector 19, a measuring mechanism of a recording voltmeter 25 is connected via a low-pass filter 24, the recorder motor of which is kinematically connected to the control input of the monochromator drive 4. Control inputs synchronous detectors 19, 20 are connected to the antiphase outputs of the low-frequency generator 26, which are connected to the control inputs of the optical shutters 7, 8.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Благодаря противофазной работе оптических затворов 7 и 8, управляющих соответствующими напряжениями 26, на полупрозрачное зеркало 9 поочередно с низкой частотой поступают прямоугольные импульсы монохроматических излучений с интенсивностями:
J(λ₁) =

J₁(λ₁)(1+sign sinΩt), (1)
J(λ₂) =

J₂(λ₂)(1-sign sinΩt), (2) где J₁ и J₂ - интенсивности излучения источников 1 и 2; Т₁ и Т₂коэффициенты пропускания монохроматоров 3 и 4; Т₃ и Т₄ - коэффициенты пропускания оптических затворов 7 и 8 в состоянии "открыто"; Ω - частота переключения затворов.Due to the out-of-phase operation of the optical shutters 7 and 8, which control the corresponding voltages 26, rectangular pulses of monochromatic radiation with intensities arrive alternately with a low frequency on the translucent mirror 9:
J (λ ₁ ) =

J ₁ (λ ₁ ) (1 + sign sinΩt), (1)
J (λ ₂ ) =

J ₂ (λ ₂ ) (1-sign sinΩt), (2) where J ₁ and J ₂ are the radiation intensities of

sources

1 and 2; T ₁ and T ₂ transmittances of

monochromators

3 and 4; T ₃ and T ₄ - transmittance of the optical shutters 7 and 8 in the open state; Ω is the gate switching frequency.

С помощью полупрозрачного зеркала 9 импульсы (1) и (2) объединяются, образуя непрерывную последовательность прямоугольных импульсов чередующихся длин волн λ₁ и λ₂, которые делятся этим зеркалом на два оптических потока, распространяющихся по двум оптическим осям.Using a translucent mirror 9, pulses (1) and (2) are combined to form a continuous sequence of rectangular pulses of alternating wavelengths λ ₁ and λ ₂ that are divided by this mirror into two optical streams propagating along two optical axes.

Длину волны λ₁ выбирают фиксированной (λ ₁=const), а длину волны λ₂ - переменной (λ₂=var). Фиксированную длину излучения выделяют монохроматором 3 и выбирают на плоском участке спектрограммы, относительно которого регистрируют неравномерность остальной части спектра экстинкции. Переменная длины волны λ₂ формируется монохроматором 4, который плавно перестраивается двигателем регистратора самопишущего вольтметра 25 от минимального до максимального значения (λ_2min ... λ_2max).The wavelength λ _{1 is} chosen fixed (λ ₁ = const), and the wavelength λ ₂ is chosen variable (λ ₂ = var). A fixed radiation length is isolated by a monochromator 3 and selected on a flat portion of the spectrogram, relative to which the unevenness of the rest of the extinction spectrum is recorded. A variable wavelength λ ₂ is formed by a monochromator 4, which is smoothly tunable by the recorder's motor of a recording recorder voltmeter 25 from minimum to maximum value (λ _2min ... λ _2max ).

Первый поток импульсов проходит через измерительную кювету 10 с исследуемой средой, фиксируется объективом 11 и через диафрагму 12 воздействует на фотоприемник 14. The first stream of pulses passes through the measuring cell 10 with the medium under study, is fixed by the lens 11 and through the diaphragm 12 acts on the photodetector 14.

В соответствии с законам Бутера интенсивность ослабленного оптического потока после прохождения кюветы имеет вид
J( λ)=J_o(λ) e ^-εl (3) где ε - показатель экстинкции ослабления потока в среде; l - толщина (длина) исследуемой среды.In accordance with the laws of Buter, the intensity of the attenuated optical flux after passing through the cell has the form
J (λ) = J _o (λ) e ^-εl (3) where ε is the extinction coefficient of the attenuation of the flow in the medium; l is the thickness (length) of the investigated medium.

В процессе фотоэлектрического преобразования двухволновой последовательности оптических импульсов образуются последовательность электрических видеоимпульсов
U₁= S₁(λ₁)

J₁(λ₁) e

(1+sign-sinΩt), (4)
U₂= S₁(λ₂)

J₂(λ₂)e

(1-sign sinΩt), (5) где S₁( λ₁) и S₁( λ₂) - спектральная чувствительность фотоприемника 14 на длинах волны λ₁ и λ₂; ε₁ (λ₁) и ε₂ (λ₂) - показатель экстинкции среды в кювете 10 на длинах волн λ₁ и λ₂.In the process of photoelectric conversion of a two-wave sequence of optical pulses, a sequence of electrical video pulses is formed
U ₁ = S ₁ (λ ₁ )

J ₁ (λ ₁ ) e

(1 + sign-sinΩt), (4)
U ₂ = S ₁ (λ ₂ )

J ₂ (λ ₂ ) e

(1-sign sinΩt), (5) where S ₁ (λ ₁ ) and S ₁ (λ ₂ ) is the spectral sensitivity of the photodetector 14 at wavelengths λ ₁ and λ ₂ ; ε ₁ (λ ₁ ) and ε ₂ (λ ₂ ) is the extinction coefficient of the medium in cell 10 at wavelengths λ ₁ and λ ₂ .

Усилителем 18 низкой частоты усиливается напряжение прямоугольной огибающей видеоимпульсов, которое пропорционально разности их амплитуд U₁ и U₂. Усиленное низкочастотное напряжение выпрямляется синхронным детектором 20, управляемым напряжением генератора 26, и воздействует на интегрирующее звено 21, в качестве которого используется электрический двигатель или электрический накопитель (интегратор). Выходной сигнал интегрирующего звена 21 (угол поворота двигателя или электрическое напряжение) изменяет выходное напряжение блока питания 22, а, следовательно, и интенсивность излучения J₂( λ₂) источника 2.The low frequency amplifier 18 amplifies the voltage of the rectangular envelope of the video pulses, which is proportional to the difference in their amplitudes U ₁ and U ₂ . The amplified low-frequency voltage is rectified by a synchronous detector 20, controlled by the voltage of the generator 26, and acts on the integrating link 21, which is used as an electric motor or electric storage device (integrator). The output signal of the integrating link 21 (the angle of rotation of the motor or electric voltage) changes the output voltage of the power supply 22, and, consequently, the radiation intensity J ₂ (λ ₂ ) of the source 2.

Процесс регулирования интенсивности J₂( λ₂) длится до тех пор, пока не исчезнет выпрямленное напряжение на выходе синхронного детектора 20. В этом случае интегрирующее звено 21 (двигатель или интегратор) сохраняет установившееся значение интенсивности излучения J₂ (λ₂), при котором уравниваются амплитуды видеоимпульсов U₁ и U₂, т.е. устанавливается равенство
S₁(λ₁)

J₁(λ₁)e

= S₁(λ₂)

J₂(λ₂)e

. (6)
Второй поток оптических импульсов от полупрозрачного зеркала 9 проходит через диафрагму 13 без ослабления непосредственно на фотоприемник 15. Выходные электрические видеоимпульсы фотоприемника 15 имеют вид
U₃= S₂(λ₁)

J₁(λ₁)(1+sign sinΩt), (7)
U₄= S₂(λ₂)

J₂(λ₂)(1-sign sinΩt), (8) где S₂(λ₁) и S₂(λ₂) - спектральная чувствительность фотоприемника 15 на длинах волн λ₁ и λ₂.The process of controlling the intensity of J ₂ (λ ₂ ) continues until the rectified voltage at the output of the synchronous detector 20 disappears. In this case, the integrating link 21 (motor or integrator) maintains a steady value of the radiation intensity J ₂ (λ ₂ ), at which the amplitudes of the video pulses U ₁ and U _{2 are} equalized, i.e. equality is established
S ₁ (λ ₁ )

J ₁ (λ ₁ ) e

= S ₁ (λ ₂ )

J ₂ (λ ₂ ) e

. (6)
The second stream of optical pulses from the translucent mirror 9 passes through the diaphragm 13 without attenuation directly to the photodetector 15. The output electrical video pulses of the photodetector 15 are of the form
U ₃ = S ₂ (λ ₁ )

J ₁ (λ ₁ ) (1 + sign sinΩt), (7)
U ₄ = S ₂ (λ ₂ )

J ₂ (λ ₂ ) (1-sign sinΩt), (8) where S ₂ (λ ₁ ) and S ₂ (λ ₂ ) are the spectral sensitivity of the photodetector 15 at wavelengths λ ₁ and λ ₂ .

Из равенства (6) видно, что интенсивность оптического излучения J₂( λ₂) автоматически устанавливается на уровне
J₂(λ₂) =

e

J₁(λ₁) . (9)
При использовании однотипных фотодетекторов 14 и 15 можно считать, что их спектральные характеристики практически одинаковы (S₁( λ₁)=S₂(λ₂), а S₁( λ₂)= S₂( λ₂)). Тогда с учетом значения интенсивности J₂( λ₂) из соотношения (9) имеем
U₃= S₁(λ₁)

J₁(λ₁)(1+sign sinΩt), (10)
U₄= S₁(λ₁)

J₁(λ₁) e

(1-sign sinΩt) . (11)
Амплитуды видеоимпульсов U₃ и U₄ подвергаются функциональному преобразованию в логарифматоре 16. В результате этого амплитуды видеоимпульсов на выходе логарифматора 16 приобретают вид:
U₅= S₃ln

S₁(λ₁)

J₁(λ₁)

(1+sign sinΩt), (12)
U₆= S

ln

S₁(λ₁)

J₁(λ₁)

-

(λ₁)-ε(λ₂)

l

, (13) где S₃ - крутизна преобразования логарифматора 16.From equality (6) it can be seen that the optical radiation intensity J ₂ (λ ₂ ) is automatically set at
J ₂ (λ ₂ ) =

e

J ₁ (λ ₁ ). (9)
When using the same type of

photodetectors

14 and 15, we can assume that their spectral characteristics are almost the same (S ₁ (λ ₁ ) = S ₂ (λ ₂ ), and S ₁ (λ ₂ ) = S ₂ (λ ₂ )). Then, taking into account the intensity value J ₂ (λ ₂ ), from relation (9) we have
U ₃ = S ₁ (λ ₁ )

J ₁ (λ ₁ ) (1 + sign sinΩt), (10)
U ₄ = S ₁ (λ ₁ )

J ₁ (λ ₁ ) e

(1-sign sinΩt). (eleven)
The amplitudes of the video pulses U ₃ and U ₄ undergo a functional transformation in the logarithm 16. As a result, the amplitudes of the video pulses at the output of the logarithm 16 take the form:
U ₅ = S ₃ ln

S ₁ (λ ₁ )

J ₁ (λ ₁ )

(1 + sign sinΩt), (12)
U ₆ = S

ln

S ₁ (λ ₁ )

J ₁ (λ ₁ )

-

(λ ₁ ) -ε (λ ₂ )

l

, (13) where S ₃ is the steepness of the transformation of the logarithm 16.

Усилителем 17 низкой частоты усиливается напряжение огибающей видеоимпульсов, которое пропорционально полуразности амплитудных импульсов
U₇= K₁

=

[ε(λ₁)-ε(λ₂)] l sign sinΩt , (14) где К₁ - коэффициент усиления усилителя 17 низкой частоты.The low frequency amplifier 17 amplifies the voltage of the envelope of the video pulses, which is proportional to the half-difference of the amplitude pulses
U ₇ = K ₁

=

[ε (λ ₁ ) -ε (λ ₂ )] l sign sinΩt, (14) where K ₁ is the gain of the low-frequency amplifier 17.

Усиленное напряжение U₇ выпрямляется синхронным детектором 19, который также управляется низкочастотным напряжением генератора 26, и сглаживается фильтром 24 низких частот.The amplified voltage U _{7 is} rectified by a synchronous detector 19, which is also controlled by the low-frequency voltage of the generator 26, and is smoothed by the low-pass filter 24.

В выражении (14) удобно показатель экстинкции ε(λ₂) представить в виде
ε(λ₂)= ε(λ₁)±Δε(λ₂) (15) где Δε(λ₂) - функция неравномерности спектра экстинкции в диапазоне длин волн λ_2min ... λ_2max относительно опорной длины волны.In expression (14), it is convenient to represent the extinction coefficient ε (λ ₂ ) in the form
ε (λ ₂ ) = ε (λ ₁ ) ± Δε (λ ₂ ) (15) where Δε (λ ₂ ) is the function of the irregularity of the extinction spectrum in the wavelength range λ _2min ... λ _2max relative to the reference wavelength.

С учетом (15) выпрямленное напряжение на выходе фильтра 24 нижних частот
U₈= ±

Δε(λ₂)l = ± KΔε(λ₂)l, (16) где К₂ - коэффициент передачи фильтра 24 нижних частот;
К=S₃K₁K_2/2 - коэффициент пропорциональности.Given (15), the rectified voltage at the output of the low-pass filter 24
U ₈ = ±

Δε (λ ₂ ) l = ± KΔε (λ ₂ ) l, (16) where K ₂ is the transmission coefficient of the low-pass filter 24;
K = S ₃ K ₁ K _2/2 - coefficient of proportionality.

Напряжение U₈ регистрируется самопишущим вольтметром 25, шкала которого проградуирована в единицах ослабления. Поскольку двигатель регистрирующего механизма вольтметра 25 кинематически соединен с приводом монохроматора 4, то длина волны в процессе измерения плавно изменяется от λ_2min до λ_2max, соответственно и изменяется напряжение (16), отражающее неравномерность спектра экстинкции потока излучения через кювету 10 относительно экстинкции на выбранной длине волны λ.The voltage U _{8 is} recorded by a self-recording voltmeter 25, the scale of which is calibrated in units of attenuation. Since the motor of the recording mechanism of the voltmeter 25 is kinematically connected to the drive of the monochromator 4, the wavelength during the measurement smoothly changes from λ _2min to λ _2max , respectively, and the voltage (16) changes, reflecting the unevenness of the extinction spectrum of the radiation flux through cell 10 relative to the extinction at the selected length waves λ.

Как видно из выражения (16) регистрируемый сигнал не зависит от неравенства интенсивностей излучения J₁( λ₁) и J₂( λ₂) источников излучения 1 и 2. Не влияет на результат измерения также непостоянство спектральных коэффициентов пропускания монохроматоров 3, 4, оптических затворов 7, 8, а, следовательно, не влияет и неравномерность спектральной характеристики автоматически перестраиваемого монохроматора 4 и затвора 8, работающих в широком диапазоне длин волн. Исключено также влияние непостоянства спектральной чувствительности фотоприемников 14 и 15 на регистрирующую неравномерность спектра экстинкции исследуемой среды в кювете 10.As can be seen from expression (16), the recorded signal does not depend on the inequality of the radiation intensities J ₁ (λ ₁ ) and J ₂ (λ ₂ ) of the radiation sources 1 and 2. The inconstancy of the spectral transmission coefficients of monochromators 3, 4, optical the shutters 7, 8, and, consequently, the unevenness of the spectral characteristics of the automatically tunable monochromator 4 and the shutter 8, operating in a wide range of wavelengths, does not affect. The influence of the inconstancy of the spectral sensitivity of the photodetectors 14 and 15 on the recording unevenness of the extinction spectrum of the studied medium in cell 10 is also excluded.

Исключение указанных источников погрешностей достигается благодаря автоматическому регулированию интенсивности излучения с переменной длины волны J₂(λ₂) по отношению к интенсивности излучения фиксированной длины волны J₁(λ₁). Синхронизация перестройки монохроматора с перемещением регистрирующего механизма самопишущего вольтметра 25 обеспечивает автоматизацию измерения неравномерности спектров экстинкции различных сред в широком диапазоне длин волн с повышенной точностью.The exclusion of the indicated sources of errors is achieved due to the automatic control of the radiation intensity with a variable wavelength J ₂ (λ ₂ ) with respect to the radiation intensity of a fixed wavelength J ₁ (λ ₁ ). Synchronizing the adjustment of the monochromator with the movement of the recording mechanism of the self-recording voltmeter 25 provides automation of measuring the unevenness of the extinction spectra of various media in a wide range of wavelengths with increased accuracy.

Экспериметальные исследования заявляемого устройства для регистрации неравномерности спектра экстинкции различных биологических тканей и крови показали, что по сравнению с устройствами аналогичного назначения (прототипом) заявляемое устройство обеспечивает регистрацию относительных изменений экстинкции в диапазоне от 0,1 до ±50% в спектральной области 300-1200 нм с погрешностью не более 0,5%. Благодаря использованию автоматического спектроэкстинкциметра повысилась 2-3 раза достоверность диагностики онкологических патологий по неравномерности спектра экстинкции крови и некоторых тканей. Experimental studies of the inventive device for recording the unevenness of the extinction spectrum of various biological tissues and blood showed that, compared with devices of a similar purpose (prototype), the inventive device provides registration of relative changes in extinction in the range from 0.1 to ± 50% in the spectral region of 300-1200 nm with an error of not more than 0.5%. Thanks to the use of an automatic spectroextincimeter, the reliability of the diagnosis of oncological pathologies increased 2-3 times by the unevenness of the spectrum of extinction of blood and some tissues.

Claims

A DEVICE FOR MEASURING THE UNIFORMITY OF THE RADIATION FLOW EXTINCTION SPECTRUM SPECTRUM, which contains two radiation sources with power supplies, along the perpendicular optical axes of which are monochromators, focusing lenses, optical shutters and a semitransparent mirror located at equal angles to the optical axes, on one axis of which there is a measuring cell , a diaphragm and a photodetector, to the electrical output of which a synchronous detector is connected through a low-frequency amplifier, the control inputs of which combined with the antiphase outputs of the low-frequency generator connected to the control inputs of the optical shutters, and a self-recording voltmeter, characterized in that it further comprises a low-pass filter located on the other axis of the translucent mirror, a second diaphragm, a photodetector, a logarithm, connected to the electrical output of the second photodetector, and a second low-frequency amplifier and a second synchronous detector connected to the output of the logarithmator and a second synchronous detector, and an integrating unit, while the output of the first synchronous detector through an integrating link is connected to the control input of the power supply unit of one of the radiation sources, the monochromator of which is controlled kinematically with the recorder motor of the recording voltmeter, and the measuring mechanism of the recording voltmeter is connected via the low-pass filter to the output of the second synchronous detector.