RU214303U1 - Матричный анализатор оптических сигналов - Google Patents
Матричный анализатор оптических сигналов Download PDFInfo
- Publication number
- RU214303U1 RU214303U1 RU2022115607U RU2022115607U RU214303U1 RU 214303 U1 RU214303 U1 RU 214303U1 RU 2022115607 U RU2022115607 U RU 2022115607U RU 2022115607 U RU2022115607 U RU 2022115607U RU 214303 U1 RU214303 U1 RU 214303U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- input
- analog
- switch
- output
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical Effects 0.000 title claims abstract description 52
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title claims abstract description 8
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000003595 spectral Effects 0.000 abstract description 15
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 4
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 3
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 229920002574 CR-39 Polymers 0.000 description 1
- 102100001073 TMPRSS13 Human genes 0.000 description 1
- 101710044652 TMPRSS13 Proteins 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000002211 ultraviolet spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к оптическим устройствам, позволяющим исследовать спектральный состав источников оптических излучений, и может быть использована в качестве прибора для измерения спектров оптических сигналов или прибора контроля различных физических процессов, например, контроль процессов горения, контроль процессов выплавки сплавов, и т.д.
Техническим результатом является увеличение спектральной разрешающей способности устройства.
Технический результат достигается тем, что матричный анализатор оптических сигналов выполнен с возможностью подключения к персональной ЭВМ, содержит n оптических каналов, включающих в себя фотоэлектронные преобразователи, а также коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, причем n выходов блоков фотоэлектронного преобразователя соединены с n входами коммутатора. Устройство дополнительно содержит блок усиления входных сигналов и устройство обработки полученной информации, четвертый выход которого выполнен с возможностью соединения со входом персональной ЭВМ, а его первый, второй и третий выходы соединены со вторыми входами блока усиления входных сигналов, аналого-цифрового преобразователя и коммутатора соответственно, выход коммутатора соединен с первым входом блока усиления входных сигналов, выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со входом устройства обработки полученной информации, при этом n оптических каналов дополнительно включают в себя узкополосные оптические фильтры, которые последовательно соединены с фотоэлектронными преобразователями. 1 ил.
Description
Полезная модель относится к оптическим устройствам, позволяющим исследовать спектральный состав источников оптических излучений, и может быть использована в качестве прибора для измерения спектров оптических сигналов или прибора контроля различных физических процессов, например, контроль процессов горения, контроль процессов выплавки сплавов и т.д.
Матричный анализатор спектра оптических сигналов содержит расположенные на одной оптической плоскости матрицу фотоэлектронных преобразователей и электронную электрическую схему преобразования полученных сигналов.
Известно устройство “Спектрометр”, (патент RU №2105272, МПК G01J 3/00, опубликован 20.02.1998).
Спектрометр содержит расположенные на круге Роуланда входную спектральную щель, вогнутую дифракционную решетку и блок сканирования. Блок сканирования состоит из установленной с возможностью перемещения по кругу Роуланда выходной спектральной щели, которая содержит три пары расположенных в одной плоскости симметрично раздвигаемых ножей с независимой регулировкой ширины раскрытия. Выходная спектральная щель установлена на валу, перпендикулярном плоскости круга Роуланда, ось которого совпадает с осевой линией ножей щели.
Недостатком устройства является то, что оно не позволяет решать задачу одновременной регистрации нескольких смежных астигматических спектров при разной ширине входной спектральной щели; измерения расстояний между спектральными линиями, полосами, расположенными в одном или в разных спектрах.
Известно устройство «Многоканальный оптический спектрометр», (патент RU №2540218, МПК G01J 3/20, G01J 3/50, G01J 3/36, опубликован 10.02.2015).
Спектрометр включает в себя расположенные на круге Роуланда входную спектральную щель, вогнутую дифракционную решетку и многоканальный приемник излучения. Приемник излучения состоит из плоских многоэлементных фотоприемников, установленных в корпусах. Каждый фотоприемник дополнительно снабжен волоконно-оптическим фоконом, плоский торец которого со стороны монтажа на поверхность многоэлементного фотоприемника имеет размеры по ширине больше ширины многоэлементного фотоприемника, а по длине меньше длины многоэлементного фотоприемника. Торец фокона со стороны входа оптического излучения имеет размеры по длине больше длины корпуса многоэлементного фотоприемника. Входные торцы смонтированных на фотоприемниках фоконов располагаются на круге Роуланда, а края фоконов соседних фотоприемников соприкасаются. Технический результат заключается в повышении достоверности показаний спектрометра.
Недостатком аналога является то, что многоканальная конструкция системы регистрации имеет так называемые «мертвые зоны» между отдельными многоэлементными фотоприемниками. Появление этих зон обусловлено тем, что имеется значительное расстояние от крайних фотоприемников до краев корпусов, в которых они смонтированы. Таким образом, при стыковке многоэлементных фотоприемников в области регистрации спектра образуются протяженные зоны, в которых фоточувствительные элементы отсутствуют.
Наиболее близким из числа известных технических решений является «Анализатор спектра», (патент RU №2164668, МПК G01J 3/36, опубл. 2001.03.16).
Анализатор спектра, состоящий из группы оптических волокон, входы которых являются оптическими входами анализатора, а выходы оптических волокон группы через цветоразделительную призму оптически связаны со входами фотоэлектронных преобразователей, аналого-цифрового преобразователя, выходы которого подключены соответственно к информационным входам персональной ЭВМ, информационные входы которой подключены соответственно к выходам фотоэлектронных преобразователей, выход коммутатора соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, а управляющий вход коммутатора подключен к управляющему выходу персональной электронно-вычислительной машины, причем выходы оптических волокон группой расположены в одну линию относительно друг друга, образуя источник излучения, эквивалентный щелевому источнику излучения, а плоскость, проходящая через центры линейно расположенных оптических волокон, перпендикулярна плоскости призмы, в которой осуществляется цветовое разделение.
Недостатком известного устройства - прототипа является низкая разрешающая спектральная способность, ограниченная полосой пропускания.
Задачей является создание устройства, позволяющего использовать узкополосные оптические фильтры в составе независимых оптических каналов.
Техническим результатом является увеличение спектральной разрешающей способности устройства.
Технический результат достигается тем, что матричный анализатор оптических сигналов, выполненный с возможностью подключения к персональной ЭВМ, содержащий n оптических каналов, включающих в себя фотоэлектронные преобразователи, а также коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, причем n выходов блоков фотоэлектронного преобразователя соединены с n входами коммутатора, дополнительно содержит блок усиления входных сигналов и устройство обработки полученной информации, четвертый выход которого выполнен с возможностью соединения со входом персональной ЭВМ, а его первый, второй и третий выходы соединены со вторыми входами блока усиления входных сигналов, аналого-цифрового преобразователя и коммутатора соответственно, выход коммутатора соединен с первым входом блока усиления входных сигналов, выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со входом устройства обработки полученной информации, при этом n оптических каналов дополнительно включают в себя узкополосные оптические фильтры, которые последовательно соединены с фотоэлектронными преобразователями.
Технический результат достигается за счет введения новых блоков и связей между ними, которые позволяют осуществлять узкополосную фильтрацию спектра излучения оптического диапазона за счет узкополосных оптических фильтров, что приводит к увеличению спектральной оптической разрешающей способности оптического канала, а n фотоэлектронных преобразователей, коммутатор, блок усиления входных сигналов, аналого-цифровой преобразователь и устройство обработки полученной информации позволяют получить принимаемых оптический сигнал.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 - структурная схема матричного анализатора оптических сигналов и введены следующие обозначения:
1 - n оптических каналов;
1.1 - n узкополосных оптических фильтров;
1.2 - n фотоэлектронных преобразователей;
2 - коммутатор;
3 - блок усиления входных сигналов;
4 - аналого-цифровой преобразователь;
5 - устройство обработки полученной информации;
6 - персональная ЭВМ.
Устройство содержит: n оптических каналов, которые включают в себя последовательно соединенные n узкополосных оптических фильтров и n фотоэлектронных преобразователей, выходы n оптических каналов соединены с 1.n входами коммутатора 2, который последовательно соединен с блоком усиления входных сигналов 3, аналого-цифровым преобразователем 4, устройством обработки полученной информации 5 и персональной ЭВМ 6, при этом первый, второй и третий выходы устройства обработки полученной информации 5 соединены со вторыми входами блока усиления входных сигналов 3, аналого-цифрового преобразователя 4 и коммутатора 5 соответственно.
В качестве узкополосного оптического фильтра 1.1 может быть использован узкополосный интерференционный оптический фильтр пропускающий спектр излучения в узком интервале длин волн (например Алкор Текнолоджиз [1], Швабе [2] и Optogama [3]). В качестве подложки такого фильтра могут быть использованы: германий, плавленый кварц или сапфир. Интерференционное покрытие узкополосного оптического фильтра создается путем напыления тонкой пленки на подложке.
В качестве фотоэлектронного преобразователя 1.2 могут быть использованы фотодиоды, расположенные в виде матрицы, например фотодиоды серии FD компании THORLABS [4], фотодиоды S серии компании Hamamtsu [5], фотодиоды ODD серии компании Opto Diode Corp [6].
В качестве коммутатора 2 может быть использован аналоговый мультиплексор или переключатель серии ADG компании Analog Devices [7], мультиплексор или переключатель серий TS, TMUX компании Texas Instruments [8].
В качестве блока усиления входных сигналов 3 может быть использована схема, состоящая из нескольких каскадов на основе операционного усилителя, например компании Analog Devices [9].
Аналого-цифровой преобразователь 4 может быть реализован на основе микросхемы АЦП компании Analog Devices [10], Texas Instruments [11].
В качестве устройства обработки полученной информации 5 может быть использован микроконтроллер, например на основе микросхем компании Amtel [12], STMicroelectronics [13] и т.д., или ПЛИС, например на основе микросхем компании Intel [14], Xilinx [15] и т.д.
Устройство работает следующим образом: n узкополосных оптических фильтров 1.1 пропускают часть оптического спектра падающего излучения оптического диапазона принимаемого из окружающего пространства передавая, при этом часть исходного излучения прошедшего оптическую фильтрацию на оптическую плоскость n фотоэлектронных преобразователей 1.2, которые преобразуют оптические сигналы в электрические, затем полученный электрический сигнал поступает с выхода фотоэлектронных преобразователей 1.2 на вход коммутатора 2, который осуществляет последовательное подключение фотоэлектронных преобразователей 1.2 посредством подачи цифрового сигнала с выхода устройства обработки, полученной информации 5 на вход коммутатора 2, затем происходит усиление полученного сигнала с выхода коммутатора 2 блоком усиления входных сигналов 3, коэффициент усиления которого может изменяться при получении цифрового сигнала с выхода устройства обработки полученной информации 5 на вход блока усиления входных сигналов 3, затем усиленный сигнал с выхода блока усиления входных сигналов 3 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 4, где усиленный сигнал преобразовывается из аналогового в цифровой, затем преобразованный сигнал полученной информации в цифровом виде поступает на вход устройства обработки полученной информации 5, которое преобразует полученный сигнал в итоговую информацию спектральной картины окружающих процессов, поступающую в персональную ЭВМ 6, а устройство обработки полученной информации 5 также управляет работой аналого-цифрового преобразователя 4 для установления синхронизации работы устройства.
Из вышеизложенного можно сделать вывод, что устройство позволяет проводить параллельный анализ спектра оптических излучений за счет набора независимых n оптических каналов, где непосредственные контакты спектральной аппаратуры с объектом наблюдений невозможны либо нежелательны и таким образом обеспечивает увеличение спектральной разрешающей способности устройства.
Список источников, принятых во внимание:
1. Производство оптических деталей: оптические линзы, окна из оптических кристаллов для ИК и УФ спектра // Алкор Текнолоджиз: URL: https://www.alkor.net/alkorru/Products1.html (дата обращения: 05.05.2022).
2. Оптические покрытия // Швабе: URL: https://shvabe.com/products/opticheskie-materialy/opticheskie-pokrytiya-interferentsionnye-filtry-/ (дата обращения: 05.05.2022).
3. Products vol. 3 // Optogama: URL: https://www.optogama.com/storage/app/media/News/katalog_v3/Optogama_Products__.pdf (дата обращения: 05.05.2022).
4. Photodiodes // Thorlabs: URL: https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=285&gclid=Cj0KCQjwyMiTBhDKARIsAAJ-9VvMZ0XBVvcY0wisNDBxqpBzWhoUZInThFcjm2aT60OkDy1-969l4RwaAhzcEALw_wcB (дата обращения: 05.05.2022).
5. Si photodiodes // Hamamatsu Photonics: URL: https://www.hamamatsu.com/eu/en/product/optical-sensors/photodiodes/si-photodiodes.html (дата обращения: 05.05.2022).
6. Photodiodes: Visible (Blue and Red Enhanced Detectors) // Opto Diode Corp: URL: https://optodiode.com/photodiodes-visible.html (дата обращения: 05.05.2022).
7. Single-Supply Analog Switches and Multiplexers // Analog Devices: URL: https://www.analog.com/en/parametricsearch/12830#/ (дата обращения: 05.05.2022).
8. Analog switches & muxes // Texas Instruments: URL: https://www.ti.com/switches-multiplexers/analog/products.html#p3193max=0.00000001;0.009&sort=p3193max;asc (дата обращения: 05.05.2022).
9. General Purpose Op Amps // Analog Devices: URL: https://www.analog.com/en/parametricsearch/11085#/ (дата обращения: 05.05.2022).
10. High Speed A/D Converters >10 MSPS // Analog Devices: URL: https://www.analog.com/en/parametricsearch/10826#/ (дата обращения: 05.05.2022).
11. Analog-to-digital converters (ADCs) // Texas Instruments: URL: https://www.ti.com/data-converters/adc-circuit/products.html (дата обращения: 05.05.2022).
12. PIC and SAM Microcontrollers // Microchip: URL: https://www.microchip.com/en-us/products/microcontrollers-and-microprocessors/32-bit-mcus (дата обращения: 05.05.2022).
13. STM32 High Performance MCUs // STMicroelectronics: URL: https://www.st.com/en/microcontrollers-microprocessors/stm32-high-performance-mcus.html#products (дата обращения: 05.05.2022).
14. Intel® FPGAs & SoC FPGAs // Intel® FPGA: URL: https://www.intel.com/content/www/us/en/products/details/fpga.html (дата обращения: 05.05.2022).
15. FPGA Leadership across Multiple Process Nodes // Xilinx FPGA: URL: https://www.xilinx.com/products/silicon-devices/fpga.html (дата обращения: 05.05.2022).
Claims (1)
- Матричный анализатор оптических сигналов, выполненный с возможностью подключения к персональной ЭВМ, содержащий n оптических каналов, включающих в себя фотоэлектронные преобразователи, а также коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, причем n выходов блоков фотоэлектронного преобразователя соединены с n входами коммутатора, отличающийся тем, что устройство дополнительно содержит блок усиления входных сигналов и устройство обработки полученной информации, четвертый выход которого выполнен с возможностью соединения со входом персональной ЭВМ, а его первый, второй и третий выходы соединены со вторыми входами блока усиления входных сигналов, аналого-цифрового преобразователя и коммутатора соответственно, выход коммутатора соединен с первым входом блока усиления входных сигналов, выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со входом устройства обработки полученной информации, при этом n оптических каналов дополнительно включают в себя узкополосные оптические фильтры, которые последовательно соединены с фотоэлектронными преобразователями.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU214303U1 true RU214303U1 (ru) | 2022-10-19 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2164668C1 (ru) * | 2000-02-16 | 2001-03-27 | Московское конструкторское бюро "Параллель" | Анализатор спектра |
| RU100241U1 (ru) * | 2010-07-02 | 2010-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет Аэрокосмического приборостроения" | Оптический анализатор спектра сигналов |
| RU128322U1 (ru) * | 2012-12-28 | 2013-05-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Многоканальный калориметрический спектрометр |
| RU2550313C1 (ru) * | 2014-01-22 | 2015-05-10 | Федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики" (ЦНИИ РТК) | Спектрометр-радиометр для одновременного анализа характеристик смешанных полей альфа-бета- и гамма-излучений на основе составного детектора |
| US10135544B1 (en) * | 2018-01-19 | 2018-11-20 | Eagle Technology, Llc | Methods and apparatus for radio frequency (RF) photonic spectrometer using optical frequency combs |
| RU188637U1 (ru) * | 2018-12-06 | 2019-04-18 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" | Селективный многоканальный оптический спектрометр |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2164668C1 (ru) * | 2000-02-16 | 2001-03-27 | Московское конструкторское бюро "Параллель" | Анализатор спектра |
| RU100241U1 (ru) * | 2010-07-02 | 2010-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет Аэрокосмического приборостроения" | Оптический анализатор спектра сигналов |
| RU128322U1 (ru) * | 2012-12-28 | 2013-05-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Многоканальный калориметрический спектрометр |
| RU2550313C1 (ru) * | 2014-01-22 | 2015-05-10 | Федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики" (ЦНИИ РТК) | Спектрометр-радиометр для одновременного анализа характеристик смешанных полей альфа-бета- и гамма-излучений на основе составного детектора |
| US10135544B1 (en) * | 2018-01-19 | 2018-11-20 | Eagle Technology, Llc | Methods and apparatus for radio frequency (RF) photonic spectrometer using optical frequency combs |
| RU188637U1 (ru) * | 2018-12-06 | 2019-04-18 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" | Селективный многоканальный оптический спектрометр |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0859250A1 (en) | Bandpass photon detector | |
| EP0756169A3 (en) | Spectral measuring apparatus and automatic analyzer | |
| ATE381012T1 (de) | Optimierung einer lichtleitersonde für spektroskopische messungen | |
| DK1488214T3 (da) | Højhastighedsanalyseapparat, der anvender nærinfrarød stråling transmitteret gennem tykke prøver af optisk tæt materiale | |
| DK2895844T3 (en) | Apparatus with an arrangement of optical elements | |
| US6208413B1 (en) | Hadamard spectrometer | |
| KR100322125B1 (ko) | 배열격자도파로 모듈 및 이를 이용한 광신호 모니터링 장치 | |
| KR20000050762A (ko) | 광신호 모니터링 장치 및 방법 | |
| CN113906274B (zh) | 拉曼光谱测量系统的方法、系统、和装置 | |
| RU214303U1 (ru) | Матричный анализатор оптических сигналов | |
| US10451479B2 (en) | Multichannel ultra-sensitive optical spectroscopic detection | |
| KR101101196B1 (ko) | 복수개의 광파이버와 연결된 다중채널 분광기 | |
| CN115855252B (zh) | 一种单光子灵敏度超快光谱测量及光谱成像装置及方法 | |
| Vaganov et al. | Spectrum analysis of optical signals is based on the resonance phenomenon | |
| WO2010084957A1 (ja) | 分光放射計 | |
| JPH1078353A (ja) | 分光装置および分光装置のダイクロイックミラーアレイの製造方法 | |
| US10228513B2 (en) | Selective arrayed waveguide spectrometer | |
| JPS61266925A (ja) | ダブルビーム型分光光度計 | |
| RU2366909C1 (ru) | Многоканальное устройство для измерения пирометрических характеристик | |
| RU188637U1 (ru) | Селективный многоканальный оптический спектрометр | |
| RU100241U1 (ru) | Оптический анализатор спектра сигналов | |
| JP2014163839A (ja) | 分光器 | |
| US11758294B2 (en) | Imaging system and method for acquisition of multi-spectral images | |
| WO2011129691A1 (en) | Spatially resolved spectrometer | |
| RU2051338C1 (ru) | Атомно-эмиссионный многоканальный спектрометр |