RU2081403C1

RU2081403C1 - Instrument transducer for portable analyzer of optical emission

Info

Publication number: RU2081403C1
Application number: SU884356943A
Authority: RU
Inventors: Ярвинен Марья-Лена; Аннели Кайянсаари Риитта; Пекка Катаямяки Ханну; Эмил Киминкинен Кауко
Original assignee: Оутокумпу Ой
Priority date: 1987-11-27
Filing date: 1988-11-25
Publication date: 1997-06-10
Also published as: FI875236A0; DE3840106A1; IT8822750A0; NL8802910A; FI875236A; CA1333228C; DE3840106C2; IT1227881B; GB2212909B; FR2623906A1; GB2212909A; FR2623906B1; GB8827446D0

Abstract

FIELD: spectral analysis. SUBSTANCE: instrument transducer for portable analyzer of optical emission has flat field lattice for formation of spectrum and focusing of spectrum on to emission detector. EFFECT: increased functional stability. 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительному датчику для портативного анализатора, использующего оптическое излучение, в котором оптическое излучение разлагают на спектр за счет применения решеточных спектрографов. The invention relates to a measuring sensor for a portable analyzer using optical radiation, in which optical radiation is decomposed into a spectrum through the use of grating spectrographs.

Оптическое излучение используют для анализа проводящих образцов различных металлов. При этом способе создают электрический разряд между образцом и зондирующим электродом. При разряде испаряется некоторая часть материала из поверхности образца, и атомы этого материала возбуждаются и ионизируются, образуя плазму. Каждый элемент испускает определенный спектр. Содержание каждого элемента в образце может быть определено за счет изменения испускаемого материалом спектра. Optical radiation is used to analyze conductive samples of various metals. With this method, an electric discharge is created between the sample and the probe electrode. During the discharge, a certain part of the material evaporates from the surface of the sample, and the atoms of this material are excited and ionized, forming a plasma. Each element emits a specific spectrum. The content of each element in the sample can be determined by changing the spectrum emitted by the material.

Известен измерительный датчик для портативного анализатора оптической эмиссии, предусматривающий диспергирование оптической эмиссии в спектр, содержащий дифракционную решетку, выполненную с диспергирующим и фокусирующим элементами и оптически связанную с детектором эмиссии. A known measuring sensor for a portable optical emission analyzer is provided for dispersing optical emission into a spectrum containing a diffraction grating made with dispersing and focusing elements and optically coupled to the emission detector.

В современных портативных оптических эмиссионных анализаторах свет рассеивается в спектр за счет применения изогнутой решетки, которая позволяет сфокусировать спектр на круговую орбиту. Свет передается от объекта измерения в спектрограф посредством светового кабеля. Спектральные линии измеряют за счет применения отдельных фотоумножительных трубок. Однако, такие устройства не является портативными. In modern portable optical emission analyzers, light is scattered into the spectrum through the use of a curved grating, which allows you to focus the spectrum into a circular orbit. Light is transmitted from the measurement object to the spectrograph by means of a light cable. Spectral lines are measured by using separate photomultiplier tubes. However, such devices are not portable.

Анализаторы, применяющие оптическую эмиссию, также могут использовать призмовый спектрограф, за счет чего спектр рассеивается. Измерение осуществляется посредством линейного детектора. В этом случае можно даже говорить о портативности, но применимость спектрографа сильно ограничена нелинейной и зависящей от температуры дисперсий. Optical emission analyzers can also use a prism spectrograph, due to which the spectrum is scattered. Measurement is carried out by means of a linear detector. In this case, one can even talk about portability, but the applicability of the spectrograph is severely limited by the nonlinear and temperature-dependent dispersions.

Задачей данного изобретения является устранение некоторых из недостатков известных устройств и создание усовершенствованного датчика, пригодного для портативного анализатора, причем этот датчик используется вместе с оптической эмиссией, оптическая эмиссия может разлагаться на спектр с помощью спектрографа, основанного на применении решетки. The objective of this invention is to eliminate some of the disadvantages of the known devices and create an improved sensor suitable for a portable analyzer, and this sensor is used together with optical emission, optical emission can be decomposed into a spectrum using a spectrograph based on the use of a grating.

Технический результат согласно изобретению достигается за счет того, что измерительный датчик для портативного анализатора оптической эмиссии в качестве дифракционной решетки имеет плоскую полевую решетку, предназначенную для создания спектра и фокусировки спектра на детектор эмиссии, при этом детектор образован одним или несколькими детекторными элементами, расположенными на прямой линии в одной и той же плоской поверхности, и предназначен для изображения созданного спектра. The technical result according to the invention is achieved due to the fact that the measuring sensor for a portable optical emission analyzer as a diffraction grating has a flat field grating designed to create a spectrum and focus the spectrum on the emission detector, while the detector is formed by one or more detector elements located on a straight line lines in the same flat surface, and is intended for the image of the created spectrum.

В измерительном датчике по изобретению создают электрический разряд между исследуемым образцом и электродом, при этом разряде с поверхности образца испаряется материал, Атомы, отделенные от образца, возбуждаются и ионизируются и, таким образом, элементы, входящие в образец, излучают определенный спектр. Спектр образца измеряют посредством измерительного датчика по данному изобретению. In the measuring sensor according to the invention, an electric discharge is created between the test sample and the electrode, in this case material is evaporated from the surface of the sample. Atoms separated from the sample are excited and ionized, and thus the elements entering the sample emit a certain spectrum. The spectrum of the sample is measured by a measuring sensor according to this invention.

Измерительный датчик по данному изобретению содержит по меньшей мере одну рассеивающую и фокусирующую составляющую. Рассеивающие и фокусирующие свойства могут заключаться либо в одной составляющей, либо в отдельных составляющих. Когда эти свойства заключаются в одной и той же составляющей, в устройстве по изобретению используется плоская полевая решетка, которая рассеивает свет на спектр и фокусирует его на детектор. Когда эти свойства содержатся в отдельных составляющих, свет, испускаемый образцом, отражается с помощью вогнутого зеркала на решетку, а затем рассеянный этой решеткой спектр фокусируется на детектор с помощью другого вогнутого зеркала. The measuring sensor according to this invention contains at least one scattering and focusing component. The scattering and focusing properties can be either in one component, or in separate components. When these properties are in the same component, a flat field grating is used in the device according to the invention, which scatters the light on the spectrum and focuses it on the detector. When these properties are contained in separate components, the light emitted by the sample is reflected with a concave mirror onto the grating, and then the spectrum scattered by this grating is focused on the detector using another concave mirror.

Измерительный датчик по изобретению также содержит детектор, пригодный для определения спектра, причем этот детектор составлен из детекторных элементов, подходящих для измерения спектра. Эти элементы располагают вдоль линии на той же самой поверхности так, чтобы они образовывали линейный детектор, который далее соединен с анализатором и печатающим устройством. The measuring sensor according to the invention also contains a detector suitable for determining the spectrum, and this detector is composed of detector elements suitable for measuring the spectrum. These elements are arranged along a line on the same surface so that they form a linear detector, which is further connected to the analyzer and the printing device.

За счет применения измерительного датчика по данному изобретению можно производить анализ спектра, у которого самая короткая длина волны составляет около 180 нм. Таким образом, изобретение может использоваться для исследования элементов с легкой молярной массой и оно может применяться, например для определения содержания угля в стали. By using the measuring sensor of the present invention, it is possible to analyze a spectrum in which the shortest wavelength is about 180 nm. Thus, the invention can be used to study elements with a light molar mass and it can be used, for example, to determine the coal content in steel.

На фиг. 1 представлено схематическое изображение предпочтительного варианта реализации изобретения; на фиг. 2 схематическое изображение другого предпочтительного изобретения; на фиг. 3 схематическое изображение предпочтительного варианта изобретения, отличного от примеров, показанных на фиг. 1 и 2. In FIG. 1 is a schematic representation of a preferred embodiment of the invention; in FIG. 2 is a schematic illustration of another preferred invention; in FIG. 3 is a schematic representation of a preferred embodiment of the invention other than the examples shown in FIG. 1 and 2.

Измерительный датчик для портативного анализатора оптической эмиссии, предусматривающий диспергирование оптической эмиссии в спектр, согласно фиг. 1 3 содержит дифракционную решетку, выполненную с диспергирующим и фокусирующим элементами и оптически связанную с детектором эмиссии, при этом в качестве дифракционной решетки применяется плоская полевая решетка, предназначенная для создания спектра и фокусировки спектра на детектор эмиссии, причем детектор образован одним или несколькими детекторными элементами, расположенными на прямой линии в одной и той же плоской поверхности, и предназначен для изображения созданного спектра. A measurement sensor for a portable optical emission analyzer, comprising dispersing the optical emission into a spectrum according to FIG. 1 to 3 contains a diffraction grating made with dispersing and focusing elements and optically coupled to an emission detector, wherein a flat field grating is used as a diffraction grating, designed to create a spectrum and focus the spectrum on the emission detector, wherein the detector is formed by one or more detector elements, located on a straight line in the same flat surface, and is intended to image the created spectrum.

В соответствии с фиг. 1, между электродом 1, который может быть выполнен, например, из меди, вольфрама или серебра, и образцом 2 в газовом промежутке 3 создают электрический разряд. В газовом промежутке 3 может содержаться какой-либо благородный газ, смесь благородного газа и водорода и/или воздуха. С помощью электрического разряда отделяют материал от образца и создают в газовом промежутке 3 плазму, в которой каждый элемент испускает определенный спектр. В измерительном датчике 4 по изобретению свет, излученный плазмой, проходит через колимматор и/или по кабелю 5 на зеркало 6, а далее через прорезь 7 на плоскую полевую решетку 8. Таким образом, плоская полевая решетка 8 служит и как рассеивающая и как фокусирующая компонента. Затем плоская полевая решетка 8 поводит спектр на линейный детектор 9. Содержание различных элементов в образце 2 определяют на основании спектра, измеренного на линейном детекторе 9, посредством широко известной технологии. In accordance with FIG. 1, an electric discharge is created between the electrode 1, which can be made, for example, of copper, tungsten or silver, and the sample 2 in the gas gap 3. In the gas gap 3 may contain any noble gas, a mixture of noble gas and hydrogen and / or air. Using an electric discharge, material is separated from the sample and a plasma is created in the gas gap 3, in which each element emits a specific spectrum. In the measuring sensor 4 according to the invention, the light emitted from the plasma passes through the collimator and / or through the cable 5 to the mirror 6, and then through the slot 7 to the flat field grating 8. Thus, the flat field grating 8 serves both as a scattering and focusing component . Then the flat field array 8 drives the spectrum to a linear detector 9. The content of the various elements in sample 2 is determined based on the spectrum measured on the linear detector 9, using well-known technology.

В примере, показанном на фиг. 2, плоская полевая решетка 8 заменена устройством, содержащим решетку и по меньшей мере одно вогнутое зеркало. Теперь рассеяние и фокусирование сосредоточены в отдельных компонентах измерительного датчика 4 по изобретению. Как показано на фиг. 2, свет, излученный плазмой, проходит через зеркало 6 и прорезь 7 на вогнутое зеркало 10, а далее на решетку 8. Рассеянный решеткой 8 спектр фокусируется посредством другого вогнутого зеркала 11, а полученное от него излучение направляется на линейный детектор 9. Содержание различных элементов в образце определяют на основании спектра, измеренного с помощью линейного детектора 9 таким же способом, как и в примере, показанном на фиг. 1. In the example shown in FIG. 2, the flat field grid 8 is replaced by a device comprising a grid and at least one concave mirror. Now scattering and focusing are concentrated in the individual components of the measuring sensor 4 according to the invention. As shown in FIG. 2, the light emitted by the plasma passes through the mirror 6 and the slot 7 to the concave mirror 10, and then to the grating 8. The spectrum scattered by the grating 8 is focused by another concave mirror 11, and the radiation received from it is directed to a linear detector 9. The content of various elements in the sample is determined based on the spectrum measured with the linear detector 9 in the same manner as in the example shown in FIG. one.

Изобретение может успешно применяться также с использованием устройства, показанного на фиг. 3, где вогнутые зеркала 10 и 11, показанные на фиг. 2, объединены, образуя одно вогнутое зеркало 12. В остальном пример на фиг. 3 соответствует примеру на фиг. 2. The invention can also be successfully applied using the device shown in FIG. 3, where the concave mirrors 10 and 11 shown in FIG. 2 are combined to form one concave mirror 12. Otherwise, the example in FIG. 3 corresponds to the example of FIG. 2.

Claims

A measuring sensor for a portable optical emission analyzer, comprising dispersing optical emission into a spectrum containing a diffraction grating made with dispersing and focusing elements and optically coupled to an emission detector, characterized in that it contains a flat field grating designed to create a spectrum as a diffraction grating and focusing the spectrum on the emission detector, wherein the detector is formed by one or more detector elements located on a straight the first line in the same plane surface, and designed for an image generated spectrum.