RU2287784C1 - Fourier spectrometer - Google Patents
Fourier spectrometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2287784C1 RU2287784C1 RU2005117506/28A RU2005117506A RU2287784C1 RU 2287784 C1 RU2287784 C1 RU 2287784C1 RU 2005117506/28 A RU2005117506/28 A RU 2005117506/28A RU 2005117506 A RU2005117506 A RU 2005117506A RU 2287784 C1 RU2287784 C1 RU 2287784C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fourier spectrometer
- carriage
- reflectors
- spectrometer according
- reflector
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретение. Изобретение относится к измерительной технике, в частности к спектральному приборостроению, и может быть использовано при изготовлении и применении Фурье-спектрометров.The technical field to which the invention relates. The invention relates to measuring equipment, in particular to spectral instrumentation, and can be used in the manufacture and use of Fourier spectrometers.
Уровень техники. Известен аналог - статический Фурье-спектрометр для видимой области спектра, который содержит входную диафрагму, коллимирующий объектив, светоделитель, одно зеркало, развернутое относительно оси светового потока на угол альфа, другое зеркало, выполненное в виде ступенчатого набора зеркальных площадок типа отражательного эшелона Майкельсона. Светоделитель и зеркала образуют интерферометр Майкельсона, причем зеркала в интерферометре закреплены неподвижно (Авторское свидетельство СССР 1494693, по классу G 01 J 3/45, с датой публикации 27.01.1995 г.).The prior art. A well-known analogue is a static Fourier spectrometer for the visible region of the spectrum, which contains an input diaphragm, a collimating lens, a beam splitter, one mirror that is rotated relative to the axis of the light flux by an angle alpha, another mirror, made in the form of a step-by-step set of mirror areas such as the Michelson reflective echelon. The beam splitter and the mirrors form a Michelson interferometer, and the mirrors in the interferometer are fixedly fixed (USSR Author's Certificate 1494693, class G 01 J 3/45, with publication date 01/27/1995).
Недостатками спектрометра являются большие габариты и вес.The disadvantages of the spectrometer are large dimensions and weight.
Известен другой аналог - интерферометр, который содержит расположенные на плечах коромысла уголковые отражатели. Коромысло интерферометра выполнено с возможностью поворота относительно оси вращения коромысла, поэтому отражатели, закрепленные на плечах коромысла, также имеют возможность совершать вращательное движение относительно оси вращения коромысла (Авторское свидетельство СССР 1554559, по классу G 01 J 9/02, с датой публикации 20.04.1995 г.).Another analogue is known - an interferometer, which contains angular reflectors located on the arms of the rocker arm. The interferometer beam is rotatable relative to the axis of rotation of the beam, therefore, reflectors mounted on the arms of the beam, also have the ability to rotate relative to the axis of rotation of the beam (USSR Author's Certificate 1554559, class G 01
Недостатками аналога являются большие габариты и вес, а также невозможность перемещения одного из отражателей при фиксированном положении второго отражателя.The disadvantages of the analogue are the large dimensions and weight, as well as the inability to move one of the reflectors at a fixed position of the second reflector.
В третьем аналоге (Авторское свидетельство 789688, по классу G 01 J 3/26, с датой публикации 23.12.80 г.) описан Фурье-спектрометр, у которого одно из зеркал выполнено с возможностью перемещения вдоль светового потока, причем плоскость зеркала всегда ориентирована под углом девяносто градусов к оси светового потока.The third analogue (Author's certificate 789688, class G 01 J 3/26, with publication date 23.12.80) describes a Fourier spectrometer in which one of the mirrors is arranged to move along the light flux, and the mirror plane is always oriented under angle of ninety degrees to the axis of the light flux.
Недостатками аналога также являются большие габариты и вес.The disadvantages of the analogue are also large dimensions and weight.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению аналогом (прототипом) может служить Фурье-спектрометр, содержащий корпус и расположенные в корпусе светоделитель, компенсатор и отражатели (Авторское свидетельство 508665, по классу G 01 B 9/02, с датой публикации 30.03.76 г.). Дополнительно интерферометр содержит источник света, коллимирующую систему, объектив с фотоприемником. Светоделитель и компенсатор выполнены в виде единой пластины, у которой на половине одной из поверхностей нанесено светоделительное покрытие.The closest in technical essence to the invention analogue (prototype) can be a Fourier spectrometer containing a housing and a beam splitter, compensator and reflectors located in the housing (Copyright certificate 508665, class G 01
Недостатки прототипа следующие:The disadvantages of the prototype are as follows:
относительно большие габариты и вес;relatively large dimensions and weight;
невозможность применять Фурье-спектрометры в переносных, полевых и полетных спектроанализаторах из-за больших габаритов и веса;the inability to use Fourier spectrometers in portable, field and flight spectrum analyzers due to the large size and weight;
невозможность менять интенсивность сигнала в референтном канале;the inability to change the signal intensity in the reference channel;
высокая погрешность измерений при температурных нагрузках на спектрометр.high measurement error at temperature loads on the spectrometer.
Раскрытие изобретения. Заявленный Фурье-спектрометр предназначен для получения спектра или спектров излучения за счет регистрации интерферограммы исследуемого излучения и путем ее Фурье-преобразования вычисления спектра или спектров.Disclosure of the invention. The claimed Fourier spectrometer is designed to obtain a spectrum or spectra of radiation by recording the interferogram of the investigated radiation and by its Fourier transform calculating the spectrum or spectra.
Технической задачей изобретения является миниатюризация Фурье-спектрометра, т.е. значительное уменьшение габаритов и веса (массы), расширение возможностей использования и повышение точности интерферометрических измерений.An object of the invention is the miniaturization of a Fourier spectrometer, i.e. a significant reduction in size and weight (mass), expanding the possibilities of use and increasing the accuracy of interferometric measurements.
Указанная техническая задача достигается тем, что Фурье-спектрометр содержит корпус, источник света, светоделитель, компенсатор, отражатели, фотоприемники и от прототипа отличается тем, что в корпусе расположено параллелограммное устройство; светоделитель, компенсатор, отражатели расположены внутри параллелограммного устройства, и один из отражателей закреплен на параллелограммном устройстве с возможностью одновременного передвижения вдоль светового потока и в боковом направлении от светового потока. К элементам спектрометра, размещенным в параллелограммном устройстве, предъявляют высокие требования к жесткости конструкции, и вследствие этого размер области, в которой они располагаются, является определяющим для габаритов и массы всего спектрометра. В заявленном Фурье-спектрометре данные критические элементы размещены в одном параллелограммном устройстве, имеющем требуемую жесткость, но минимальные размеры. В результате этого ослабляются требования по жесткости, габаритам и массе к остальной части спектрометра и всего спектрометра.The specified technical problem is achieved in that the Fourier spectrometer contains a housing, a light source, a beam splitter, a compensator, reflectors, photodetectors and differs from the prototype in that a parallelogram device is located in the housing; a beam splitter, a compensator, reflectors are located inside the parallelogram device, and one of the reflectors is mounted on a parallelogram device with the possibility of simultaneous movement along the light flux and in the lateral direction from the light flux. The elements of the spectrometer placed in a parallelogram device have high demands on the rigidity of the structure, and as a result, the size of the region in which they are located is crucial for the dimensions and mass of the entire spectrometer. In the claimed Fourier spectrometer, these critical elements are placed in one parallelogram device having the required stiffness, but the minimum size. As a result of this, the requirements for rigidity, dimensions and weight to the rest of the spectrometer and the entire spectrometer are weakened.
При использовании изобретения будут достигаться следующие технические результаты.When using the invention, the following technical results will be achieved.
1. Уменьшение габаритов и веса по сравнению с известными устройствами без ухудшения характеристик за счет использования в Фурье-спектрометре параллелограммного устройства в качестве подвижной части спектрометра и пространства внутри параллелограммного устройства для размещения элементов спектрометра. Авторами изготовлен опытный образец Фурье-спектрометра (см. фотографию на фиг.3). Вес опытного спектрометра с параллелограммным устройством более чем в два раза меньше веса аналогичных спектрометров, выполняющих те же функции и содержащие аналогичные электродвигатели для передвижения подвижного зеркала и изготовленные как авторами, так и другими разработчиками. Объем заявленного спектрометра в 2-3 раза меньше объемов известных аналогичных устройств.1. The reduction in size and weight compared with known devices without deterioration due to the use of a parallelogram device in the Fourier spectrometer as the moving part of the spectrometer and the space inside the parallelogram device for accommodating the elements of the spectrometer. The authors made a prototype Fourier spectrometer (see photo in figure 3). The weight of an experimental spectrometer with a parallelogram device is more than half the weight of similar spectrometers that perform the same functions and contain similar electric motors for moving a movable mirror and made by both authors and other developers. The volume of the claimed spectrometer is 2-3 times less than the volume of known similar devices.
2. Возможность применять Фурье-спектрометры в переносных, полевых и полетных спектроанализаторах из-за малых габаритов. Вес заявленного спектрометра не превышает 6 кг. Габариты заявленного спектрометра не многим более габаритов переносного компьютера - типа «ноутбук».2. The ability to use Fourier spectrometers in portable, field and flight spectrum analyzers due to their small size. The weight of the claimed spectrometer does not exceed 6 kg. The dimensions of the claimed spectrometer are not much larger than the dimensions of a portable computer - such as a "laptop."
3. Возможность (за счет одновременного передвижения вдоль светового потока и в боковом направлении от светового потока) заданным образом менять интенсивность сигнала в референтном канале в зависимости от оптической разности хода, обеспечивая тем самым более точную регистрацию оптической разности хода в интерферометре. Выполнение отражающего элемента с областями, имеющими различные отражающие характеристики, позволит менять интенсивность сигнала в референтном канале в зависимости от положения отражателя, закрепленного на подвижной каретке параллелограммного устройства.3. The ability (due to simultaneous movement along the light flux and in the lateral direction from the light flux) to change the signal intensity in the reference channel in a predetermined manner depending on the optical path difference, thereby providing more accurate registration of the optical path difference in the interferometer. The implementation of the reflective element with areas having different reflective characteristics, will allow you to change the signal intensity in the reference channel depending on the position of the reflector mounted on the movable carriage of the parallelogram device.
4. Повышение точности интерферометрических измерений при работе в условиях высоких температур и деформации корпуса спектрометра. В условиях температурных деформаций корпуса спектрометра под действием интенсивного излучения (например, солнечного излучения, излучения реактивной струи ракетного двигателя, или излучения доменной печи) требуется регулировка спектрометра, по меньшей мере, изменение относительного положения отражателей и светоделителя с компенсатором. У заявленного спектрометра регулировка возможна вследствие выполнения отражателей с возможностью перемещения относительно корпуса, а следовательно, и относительно отражателя и светоделителя, которые жестко закреплены на корпусе. У аналогов и прототипа такая регулировка невозможна.4. Improving the accuracy of interferometric measurements when operating at high temperatures and deformation of the spectrometer body. Under conditions of thermal deformations of the spectrometer case under the influence of intense radiation (for example, solar radiation, radiation from a rocket engine jet, or radiation from a blast furnace), the spectrometer needs to be adjusted, at least a change in the relative position of the reflectors and the beam splitter with the compensator. The claimed spectrometer adjustment is possible due to the performance of the reflectors with the ability to move relative to the housing, and therefore, relative to the reflector and the beam splitter, which are rigidly fixed to the housing. For analogues and prototype such adjustment is not possible.
Кроме того, заявленный спектрометр дополнительно обеспечит повышение производительности измерений при использовании в составе отражателя нескольких отражающих элементов с различными отражающими характеристиками или при использовании отражающего элемента, содержащего области с различными отражающими характеристиками. В процессе движения каретки с отражателем рабочая область перемещается по поверхности отражающего элемента (или по поверхностям отражающих элементов). У аналогичных спектрометров для осуществления данной операции требуется замена отражателя, что требует времени.In addition, the claimed spectrometer will additionally provide increased measurement performance when using several reflective elements with different reflective characteristics in the reflector or when using a reflective element containing regions with different reflective characteristics. During the movement of the carriage with a reflector, the working area moves along the surface of the reflecting element (or along the surfaces of the reflecting elements). Similar spectrometers require the replacement of a reflector for this operation, which takes time.
В общем случае отражатель и светоделитель также могут быть выполнены с возможностью перемещения относительно корпуса, что расширит регулировочные возможности спектрометра.In the General case, the reflector and the beam splitter can also be made with the possibility of movement relative to the housing, which will expand the adjusting capabilities of the spectrometer.
Параллелограммное устройство расположено в корпусе Фурье-спектрометра и содержит основание, каретку, опоры и прижимные устройства. Опоры выполнены шарнирно соединенными с основанием и кареткой. В качестве прижимных устройств используют пружины или резинки (резиновые жгуты).The parallelogram device is located in the body of the Fourier spectrometer and contains a base, a carriage, supports and clamping devices. The supports are pivotally connected to the base and the carriage. As clamping devices, springs or elastic bands (rubber bands) are used.
У заявленного Фурье-спектрометра один из отражателей закреплен на каретке параллелограммного устройства и выполнен с возможностью одновременного передвижения вдоль светового потока и в боковом направлении от светового потока.In the claimed Fourier spectrometer, one of the reflectors is mounted on the carriage of the parallelogram device and is configured to simultaneously move along the light flux and in the lateral direction from the light flux.
Другой из отражателей закреплен на платформе, которая посредством регулировочных винтов закреплена на основании параллелограммного устройства. При этом отражатель выполнен с возможностью передвижения как во время подготовки спектрометра к работе, так и во время работы спектрометра. Это позволит, не выключая спектрометр, оперативно устранять искажения, вызванные, например, температурной деформацией.Another of the reflectors is mounted on a platform, which, by means of adjusting screws, is fixed on the basis of a parallelogram device. In this case, the reflector is made with the possibility of movement both during the preparation of the spectrometer for operation and during operation of the spectrometer. This will allow, without turning off the spectrometer, to quickly eliminate distortions caused, for example, by temperature deformation.
Каждый из отражателей содержит корпус отражателя и отражающий элемент, закрепленный в корпусе отражателя или закрепленный на корпусе отражателя. В свою очередь, корпус одного из отражателей крепится к корпусу спектрометра, а именно к подвижной каретке, а корпус другого отражателя крепится к подвижной платформе, соединенной через регулировочные винты к основанию параллелограммного механизма.Each of the reflectors includes a reflector housing and a reflective element mounted in the reflector housing or mounted on the reflector housing. In turn, the casing of one of the reflectors is attached to the casing of the spectrometer, namely, to the movable carriage, and the casing of the other reflector is attached to the movable platform, connected through adjusting screws to the base of the parallelogram mechanism.
Основание параллелограммного механизма является элементом корпуса спектрометра, а именно его днищем.The base of the parallelogram mechanism is an element of the spectrometer case, namely its bottom.
При этом платформа с отражателем соединена с основанием посредством одного или нескольких регулировочных винтов (в частности, двух, трех или четырех регулировочных винтов).In this case, the platform with the reflector is connected to the base by means of one or more adjusting screws (in particular, two, three or four adjusting screws).
У заявленного спектрометра отражающий элемент выполнен в виде зеркальной пластины, в частности в виде плоского зеркала.The inventive spectrometer reflective element is made in the form of a mirror plate, in particular in the form of a flat mirror.
Заявленный Фурье-спектрометр выполнен таким образом, что все отражатели выполнены с возможностью перемещения относительно корпуса как во время подготовки к работе спектрометра, так и во время работы спектрометра. Причем спектрометр выполнен так, что позволяет осуществлять перемещение первого отражателя при фиксированном положении второго отражателя или наоборот позволяет осуществлять перемещение второго отражателя при фиксированном положении первого отражателя. Данная конструктивная особенность отличает заявленный спектрометр от прототипа.The claimed Fourier spectrometer is designed in such a way that all reflectors are movable relative to the housing both during preparation for operation of the spectrometer and during operation of the spectrometer. Moreover, the spectrometer is designed so that it allows the movement of the first reflector at a fixed position of the second reflector or vice versa allows the movement of the second reflector at a fixed position of the first reflector. This design feature distinguishes the claimed spectrometer from the prototype.
В заявленном Фурье-спектрометре, как и у прототипа, светоделитель и компенсатор выполнены в виде соединенных между собой пластин. При этом светоделитель и компенсатор неподвижно закреплены на корпусе спектрометра посредством кронштейна узла светоделителя. Светоделитель и компенсатор закреплены на основании параллелограммного устройства.In the claimed Fourier spectrometer, as in the prototype, the beam splitter and compensator are made in the form of interconnected plates. In this case, the beam splitter and the compensator are fixedly mounted on the spectrometer body by means of the bracket of the beam splitter assembly. The beam splitter and compensator are fixed on the basis of the parallelogram device.
Как указывалось ранее, один из отражателей закреплен на каретке параллелограммного устройства. Другой из отражателей закреплен на платформе, которая посредством регулировочных винтов закреплена на основании параллелограммного устройства.As indicated earlier, one of the reflectors is mounted on the carriage of the parallelogram device. Another of the reflectors is mounted on a platform, which, by means of adjusting screws, is fixed on the basis of a parallelogram device.
В корпусе спектрометра расположены устройства для передвижения платформы и каретки параллелограммного устройства.Devices for moving the platform and the carriage of the parallelogram device are located in the spectrometer case.
В качестве устройства для передвижения платформы с отражателем используют винты, причем винты выполнены с дифференциальной резьбой.As a device for moving the platform with a reflector using screws, and the screws are made with differential thread.
В качестве устройства для передвижения каретки с отражателем используют электромагнитное устройство, содержащее постоянные магниты и катушку индуктивности, расположенную между постоянными магнитами с возможностью перемещения относительно магнитов на расстояние от 0.01 до 10 мм. Постоянные магниты закреплены на каретке, а катушка индуктивности закреплена на кронштейне, соединенном с корпусом.As a device for moving a carriage with a reflector, an electromagnetic device is used containing permanent magnets and an inductor located between the permanent magnets with the possibility of moving relative to the magnets at a distance of 0.01 to 10 mm. Permanent magnets are mounted on the carriage, and an inductor is mounted on a bracket connected to the housing.
При этом каретка выполнена с отверстием для прохождения потока излучения.In this case, the carriage is made with a hole for the passage of the radiation flux.
Дополнительно Фурье-спектрометр содержит объектив, фотоприемники, разъемы для соединения с компьютером.Additionally, the Fourier spectrometer contains a lens, photodetectors, connectors for connecting to a computer.
Краткое описание чертежей. На фиг.1 и 2 представлены продольный и поперечный разрезы Фурье-спектрометра. На фиг.3 представлена фотография опытного Фурье-спектрометра, разработанного авторами с указанием основных элементов. На фиг.4 представлена кинематическая схема Фурье-спектрометра с двумя положениями параллелограммного механизма.A brief description of the drawings. Figures 1 and 2 show longitudinal and transverse sections of a Fourier spectrometer. Figure 3 presents a photograph of an experimental Fourier spectrometer developed by the authors with an indication of the main elements. Figure 4 presents the kinematic diagram of the Fourier spectrometer with two positions of the parallelogram mechanism.
Осуществление изобретения. Фурье-спектрометр содержит корпус с основанием 1 и крышкой 35, боковыми стенками 30, 31, 32 и 33, светоделитель 3, компенсатор 4, отражатели 6 и 11. В корпусе спектрометра расположено параллелограммное устройство. Параллелограммное устройство содержит основание 1 (оно же и основание спектрометра), каретку 8, опоры 10 и прижимные устройства - пружины 9. Каретка и опоры выполнены с отверстиями для прохождения потока излучения. Опоры выполнены шарнирно соединенными с основанием 1 и кареткой 8. В опорах, основании и каретке выполнены углубления для шарниров. На фиг.1 они показаны в виде треугольных выемок, в которые упираются шарниры.The implementation of the invention. The Fourier spectrometer contains a housing with a
Светоделитель 3, компенсатор 4, отражатели 6 и 11 расположены внутри параллелограммного устройства, и отражатель 11 закреплен на параллелограммном устройстве - на каретке 8 с возможностью одновременного передвижения вдоль светового потока (направление 36) и в боковом направлении от светового потока (направление 37) - именно так реализовано изобретение в опытном образце, разработанном и изготовленном авторами. В общем случае отражатель может быть закреплен и на других подвижных элементах параллелограммного устройства, а именно на опорах. Далее рассмотрим случай, когда отражатель закреплен на каретке.The beam splitter 3, the compensator 4, the
В общем случае часть светоделителя 3, или часть компенсатора 4, или части отражателей 6 и/или 11 могут располагаться внутри параллелограммного устройства, а другая часть светоделителя 3, или другая часть компенсатора 4, или другие части отражателей 6 и 11 могут располагаться снаружи (за пределами) параллелограммного устройства. Учитывая вышесказанное, указанные отличительные признаки заявленного Фурье-спектрометра могут звучать так: по меньшей мере, часть светоделителя 3 или весь светоделитель, по меньшей мере, часть компенсатора 4 или весь компенсатор, по меньшей мере, части отражателей 6 и 11 или отражатели в целом расположены внутри параллелограммного устройства. Однако этой ситуации не противоречит признак: светоделитель, компенсатор, отражатели расположены внутри параллелограммного устройства. Поэтому именно в такой редакции они приведены в формуле.In the general case, part of the beam splitter 3, or part of the compensator 4, or parts of the
Отражатель 6 закреплен на платформе 5, которая соединена с основанием через три винта 7. Отражатель 6 имеет возможность передвигаться вдоль светового потока, а также совершать угловые перемещения относительно светового потока. Для передвижения платформы определенным образом вращают регулировочные винты.
Каждый из отражателей содержит корпус отражателя (на фиг.4 показан отражатель 6 в корпусе 38, который закреплен на платформе 5) и отражающий элемент, закрепленный в корпусе отражателя. В свою очередь, корпус отражателя 11 (на фиг.4 показан позицией 39) крепится к корпусу спектрометра, а именно к каретке 8. Всего отражателей - два.Each of the reflectors contains a reflector housing (Fig. 4 shows a
Основание 1 параллелограммного механизма является одновременно и днищем корпуса спектрометра.The
Платформа 5 с отражателем 6 соединена с основанием 1 посредством трех регулировочных винтов.The platform 5 with a
В спектрометре каждый отражающий элемент выполнен в виде плоского зеркала.In the spectrometer, each reflective element is made in the form of a flat mirror.
Светоделитель 3 и компенсатор 4 выполнены в виде соединенных между собой пластин. При этом светоделитель и компенсатор неподвижно закреплены на корпусе спектрометра посредством кронштейна узла светоделителя 2. Кронштейн узла светоделителя 2 жестко закреплен на основании параллелограммного устройства 1.The beam splitter 3 and the compensator 4 are made in the form of interconnected plates. In this case, the beam splitter and the compensator are fixedly mounted on the spectrometer body by means of the bracket of the
Светоделитель выполнен в виде пластины, на одной из поверхностей которой нанесено светоделительное покрытие, обеспечивающее прохождение части излучения через покрытие и отражение части излучения от покрытия. В практике покрытие еще называют полупрозрачным.The beam splitter is made in the form of a plate, on one of the surfaces of which a beam splitting coating is applied, which ensures that part of the radiation passes through the coating and reflects part of the radiation from the coating. In practice, the coating is also called translucent.
В корпусе спектрометра расположены устройства для передвижения платформы 5 и каретки 8 параллелограммного устройства.Devices for moving the platform 5 and the
В качестве устройства для передвижения платформы 5 с отражателем 6 используют винты 7 с дифференциальной резьбой.As a device for moving the platform 5 with a
В качестве устройства для передвижения каретки 8 с отражателем 11 используют электромагнитное устройство, содержащее постоянные магниты 12 и катушку индуктивности 13, расположенную между постоянными магнитами с возможностью перемещения относительно магнитов на расстояние до 10 мм. Постоянные магниты закреплены на каретке 8, а катушка индуктивности закреплена на кронштейне, соединенном с корпусом (на чертеже не показано). В каретке выполнено отверстие для прохождения потока излучения.As a device for moving a
Дополнительно Фурье-спектрометр содержит объектив 18, разъемы 27, 28 и 29 для соединения с компьютером.Additionally, the Fourier spectrometer contains a
В корпусе установлены узел радиометра 15, узел датчиков положения 16, узел акселерометра 17. Радиометр 15 содержит зеркальный объектив 18, кронштейн 19 с двухсторонним плоским зеркалом 20, наклоненным к оси объектива под углом сорок пять градусов, приемник инфракрасного излучения 21 и приемник референтного излучения 22. Узел датчиков положения содержит две щелевые оптопары 23, служащие концевыми датчиками, а также составную оптопару 24 с широким пучком излучения, служащую датчиком текущего положения каретки 8, на которой закреплена маска 25, перекрывающая при движении каретки потоки излучения всех трех оптопар.A radiometer assembly 15, a position sensor assembly 16, an accelerometer assembly 17 are installed in the housing. The radiometer 15 comprises a
Заявленный Фурье-спектрометр работает следующим образом.The claimed Fourier spectrometer works as follows.
Световой поток от излучателя (изучаемого объекта) проходит через входное окно 40 в боковой стенке 31 корпуса и отверстие в опоре 10 к светоделителю 3. Часть (или половина) излучения, отразившись от внутренней полупрозрачной поверхности пластины светоделителя 3, проходит на отражатель (зеркало) 11, отразившись от которого и пройдя через пластины 3 и 4 и через отверстие в каретке 8, попадает в объектив радиометра 15. Другая часть (или другая половина) излучения, прошедшая через полупрозрачное покрытие пластины 3 и пластину 4, отражается от отражателя (зеркала) 6 и, отразившись от светоделительного покрытия пластины 3, также идет в объектив 15. Обе части потока излучения, встречаясь, интерферируют (накладываются), и характеристики суммарного потока излучения, идущего в итоге на приемник 20, зависят от оптической разности хода между обеими ветвями интерферометра. Оптическая разность хода изменяется посредством перемещения одного из отражателей или обоих отражателей относительно корпуса спектрометра, в частности относительно светоделителя 3, жестко закрепленного на корпусе.The luminous flux from the emitter (the object under study) passes through the inlet window 40 in the side wall 31 of the housing and the hole in the
Отражатель 11 закреплен на каретке параллелограммного устройства с возможностью одновременного передвижения вдоль светового потока и в боковом направлении от светового потока. По другому это движение может быть описано так: отражатель 11 закреплен на каретке параллелограммного устройства с возможностью одновременного передвижения над основанием (над поверхностью основания) параллелограммного устройства и в направлении к основанию или в направлении от основания параллелограммного устройства.The
Движение каретки осуществляют следующим образом. На катушку 13 подается напряжение, необходимое для равномерного перемещения каретки относительно корпуса спектрометра с заданной скоростью до крайнего положения, что фиксируется с помощью оптопар 22. При достижении крайнего положения ток через катушку реверсируется и каретка начинает движение до другого крайнего положения. При каждом таком проходе каретки приемник регистрирует сигнал (так называемую интерферограмму), дальнейшее Фурье-преобразование которого дает искомый спектр излучения исследуемого объекта. Показания датчика текущего положения 24 и акселерометра 17 используются для обеспечения равномерности движения каретки 8.The movement of the carriage is as follows. The coil 13 is supplied with the voltage necessary to uniformly move the carriage relative to the spectrometer body at a given speed to the extreme position, which is recorded using
Результаты измерений передаются по линиям связи через разъемы 27, 28 и 29 в компьютер.The measurement results are transmitted via communication lines through
Отражатели 6 и 11 выполнены с возможностью передвижения как во время подготовки спектрометра к работе, так и во время работы спектрометра. Также они могут перемещаться по очереди, т.е. один отражатель перемещается, а другой остается неподвижным. Режим работы выбирается в зависимости от характеристик спектров излучений.
На фиг.4 показано два возможных положения отражателя 11 и опоры 10. Движение каретки осуществляется в направлениях, указанных позицией 34. Угол между двумя положениями опоры 10 обозначен позицией 41. Угол между двумя положениями платформы 5 относительно основания 1 обозначен позицией 42.Figure 4 shows two possible positions of the
Движение отражателя вдоль светового потока и в боковом направлении от светового потока осуществляется в том случае, когда движение (или вектор движения) любой точки отражателя может быть разложено на две составляющие: параллельную световому потоку и перпендикулярную световому потоку.The movement of the reflector along the light flux and in the lateral direction from the light flux occurs when the movement (or the motion vector) of any point of the reflector can be decomposed into two components: parallel to the light flux and perpendicular to the light flux.
Данному движению может быть дано и другое определение. Движение отражателя вдоль светового потока и в боковом направлении от светового потока осуществляется в том случае, когда движение любой (или каждой) точки отражателя может быть разложено на две составляющие: параллельную основанию параллелограммного устройства и перпендикулярную основанию параллелограммного устройства. При работе спектрометра положение светового потока строго фиксировано относительно основания параллелограммного устройства. Поток может быть параллелен основанию, а более конкретно - параллелен наружной или внутренней поверхности основания, или параллелен риске, нанесенной на основании, или параллелен одному из ребер пластины, из которой выполнено основание. В общем случае поток может проходить под углом от 0.01 до 10 град к основанию.This movement can be given another definition. The movement of the reflector along the light flux and in the lateral direction from the light flux occurs when the movement of any (or each) point of the reflector can be decomposed into two components: parallel to the base of the parallelogram device and perpendicular to the base of the parallelogram device. When the spectrometer is in operation, the position of the light flux is strictly fixed relative to the base of the parallelogram device. The flow may be parallel to the base, and more specifically, parallel to the outer or inner surface of the base, or parallel to the risk applied to the base, or parallel to one of the ribs of the plate from which the base is made. In the general case, the flow can pass at an angle from 0.01 to 10 degrees to the base.
Практически все аналоги отличаются от заявленного спектрометра тем, что их подвижный отражатель не совершает вышеописанного движения, т.е. отражатель или отражатели имеют точку, которая не совершает описанного выше движения. Для сравнения: движение отражателей в интерферометре (Авторское свидетельство 1554559) не является движением вдоль светового потока и в боковом направлении от светового потока, так как у отражателей имеется точка - ось вращения отражателей, которая не совершает движения ни вдоль светового потока, ни в боковом направлении от светового потока.Almost all analogues differ from the claimed spectrometer in that their movable reflector does not perform the above motion, i.e. the reflector or reflectors have a point that does not make the movement described above. For comparison: the movement of reflectors in an interferometer (Copyright Certificate 1554559) is not movement along the light flux and in the lateral direction from the light flux, since the reflectors have a point - the axis of rotation of the reflectors, which does not move either along the light flux or in the lateral direction from a light stream.
Таким образом, при использовании изобретения будут достигаться все указанные в разделе «раскрытие изобретения» технические результаты.Thus, when using the invention, all the technical results indicated in the “disclosure of the invention” section will be achieved.
Будет достигнуто уменьшение габаритов и веса по сравнению с известными устройствами без ухудшения характеристик. В заявленном Фурье-спектрометре используется параллелограммное устройство в качестве подвижной части спектрометра. Внутри параллелограммного устройства (или во внутреннем пространстве параллелограммного устройства между кареткой 8, основанием 1 и опорами 10) размещены светоделитель 3, компенсатор 4 и отражатели 6 и 11 или, по меньшей мере, размещены часть светоделителя, часть компенсатора и части отражателей. Части этих элементов могут выходить за границы внутреннего пространства параллелограммного устройства.A reduction in size and weight will be achieved compared with known devices without compromising performance. The claimed Fourier spectrometer uses a parallelogram device as a moving part of the spectrometer. Inside the parallelogram device (or in the internal space of the parallelogram device between the
Основание параллелограммного устройства является днищем Фурье-спектрометра. Данная компоновка и конструктивная реализация подвижного механизма спектрометра позволит существенно уменьшить вес и габариты устройства без ухудшения работы, что и подтверждено при изготовлении, замерах и испытаниях опытного образца.The base of the parallelogram device is the bottom of the Fourier spectrometer. This layout and structural implementation of the movable mechanism of the spectrometer will significantly reduce the weight and dimensions of the device without compromising performance, which is confirmed by the manufacture, measurement and testing of a prototype.
Уменьшение габаритов и веса даст возможность применять Фурье-спектрометры в переносных, полевых и полетных спектроанализаторах.The reduction in size and weight will make it possible to use Fourier spectrometers in portable, field and flight spectrum analyzers.
Также при работе спектрометра обеспечивается возможность (за счет одновременного передвижения вдоль светового потока и в боковом направлении от светового потока) менять интенсивность сигнала в референтном канале в зависимости от оптической разности хода, обеспечивая тем самым более точную регистрацию оптической разности хода в интерферометре.Also, when the spectrometer is operating, it is possible (due to simultaneous movement along the light flux and in the lateral direction from the light flux) to change the signal intensity in the reference channel depending on the optical path difference, thereby providing more accurate registration of the optical path difference in the interferometer.
Имеется дополнительная возможность повышения производительности измерений при использовании в составе отражателя нескольких отражающих элементов с различными отражающими характеристиками или при использовании отражающего элемента, содержащего области с различными отражающими характеристиками. Не потребуется остановка работы для замены отражателей.There is an additional opportunity to increase the measurement performance when using several reflective elements with different reflective characteristics in the reflector or when using a reflective element containing regions with different reflective characteristics. No shutdown is required to replace reflectors.
При работе в экстремальных условиях, а именно при воздействии повышенных температур на корпус спектрометра, будут обеспечиваться повышенные точности интерферометрических измерений. В условиях температурных деформаций корпуса спектрометра оператор осуществляет регулировку спектрометра, например, изменением относительного положения отражателей и светоделителя с компенсатором.When operating in extreme conditions, namely when exposed to elevated temperatures on the spectrometer body, increased accuracy of interferometric measurements will be provided. Under conditions of temperature deformations of the spectrometer case, the operator adjusts the spectrometer, for example, by changing the relative position of the reflectors and the beam splitter with a compensator.
Изобретение может быть с успехом применено для контроля качества нефтепродуктов, напитков, а также любых других жидкостей или газов.The invention can be successfully applied to control the quality of petroleum products, beverages, as well as any other liquids or gases.
Например, анализ качества нефтепродуктов в Фурье-спектрометре осуществляется путем идентификации и установления кондиционности нефтепродуктов с помощью ИК-излучения. Сущность данного способа идентификации заключается в том, что для анализируемой пробы измеряют оптическую плотность при выбранных в ИК-диапазоне длинах волн. В базу данных компьютера вводят величины оптических плотностей стандартных образцов нефтепродуктов при заданных длинах волн в ИК-области спектра, а также показатели, характеризующие кондиционность стандартных образцов нефтепродуктов. При формировании базы данных образцы формируют в группы. Для анализируемой пробы образца нефтепродукта измеряют оптическую плотность при тех же заданных длинах волн, что и для стандартных образцов из базы данных. Далее рассчитывают численный параметр, характеризующий величину оптических плотностей анализируемого образца. По величине численного параметра судят о принадлежности анализируемого образца к определенной группе или марке нефтепродукта. После идентификации пробы проводят определение ее кондиционности. Определение кондиционности производят путем сравнения дифференциалов совместных плотностей распределения оптических плотностей пробы и стандартных образцов, принадлежащих к установленной группе или марке, по предложенным математическим формулам (алгоритм описан в патенте РФ 2075062, по классу G 01 N 21/35, от 10.03.1997 г.). Данный способ с использованием заявленного Фурье-спектрометра прошел апробацию у заявителя данного изобретения АНО «СИП РИА».For example, the analysis of the quality of petroleum products in a Fourier spectrometer is carried out by identifying and establishing the conditionality of petroleum products using infrared radiation. The essence of this identification method is that the absorbance is measured for the analyzed sample at the wavelengths selected in the infrared range. The optical density of standard samples of petroleum products at specified wavelengths in the infrared region of the spectrum, as well as indicators characterizing the conditioning of standard samples of petroleum products, are entered into the computer database. When forming the database, the samples are formed into groups. For the analyzed sample of the oil product sample, the optical density is measured at the same given wavelengths as for standard samples from the database. Next, calculate the numerical parameter characterizing the magnitude of the optical densities of the analyzed sample. The value of the numerical parameter is used to judge whether the analyzed sample belongs to a particular group or brand of oil product. After identification of the sample, its condition is determined. The conditionality is determined by comparing the differentials of the joint densities of the distribution of optical densities of the sample and standard samples belonging to an established group or brand, according to the proposed mathematical formulas (the algorithm is described in RF patent 2075062, class G 01
Из вышесказанного следует, что заявленный Фурье-спектрометр может применяться в нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленности, а также во всех областях народного хозяйства, где используют нефтепродукты. Кроме того, он может применяться в пищевой и химической промышленностях для контроля качества жидкостей (химических растворов, напитков и др.).From the above it follows that the claimed Fourier spectrometer can be used in the oil refining, petrochemical industry, as well as in all areas of the national economy where oil products are used. In addition, it can be used in the food and chemical industries to control the quality of liquids (chemical solutions, drinks, etc.).
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005117506/28A RU2287784C1 (en) | 2005-06-07 | 2005-06-07 | Fourier spectrometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005117506/28A RU2287784C1 (en) | 2005-06-07 | 2005-06-07 | Fourier spectrometer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2287784C1 true RU2287784C1 (en) | 2006-11-20 |
Family
ID=37502414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005117506/28A RU2287784C1 (en) | 2005-06-07 | 2005-06-07 | Fourier spectrometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2287784C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102879106A (en) * | 2012-09-26 | 2013-01-16 | 中国科学院地理科学与资源研究所 | Adapter and using method for 102F Fourier spectrometer |
| RU221799U1 (en) * | 2023-08-22 | 2023-11-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук (НТЦ УП РАН) | Fourier spectrometer |
-
2005
- 2005-06-07 RU RU2005117506/28A patent/RU2287784C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102879106A (en) * | 2012-09-26 | 2013-01-16 | 中国科学院地理科学与资源研究所 | Adapter and using method for 102F Fourier spectrometer |
| CN102879106B (en) * | 2012-09-26 | 2014-08-13 | 中国科学院地理科学与资源研究所 | Adapter and using method for 102F Fourier spectrometer |
| RU221799U1 (en) * | 2023-08-22 | 2023-11-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук (НТЦ УП РАН) | Fourier spectrometer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU709619B2 (en) | A method for standardizing a plurality of spectrometers | |
| EP2137487B1 (en) | Two-beam interferometer for fourier transform spectroscopy with double pivot scanning mechanism | |
| US3936193A (en) | Multiplex interferometer | |
| JP2006317454A (en) | Measurement device and method for determining relative position of positioning table arranged movable in at least one direction | |
| US8593637B2 (en) | Spectrometric instrument | |
| CN103954589A (en) | Precision measurement device and method for optical material refractive index | |
| US9557221B1 (en) | Interferometer for Fourier transform infrared spectrometry | |
| TWI613521B (en) | Projection exposure apparatus for microlithography comprising an optical distance measurement system | |
| Kraft et al. | Single-detector micro-electro-mechanical scanning grating spectrometer | |
| EP2515092A1 (en) | Interferometer and fourier spectrometer using same | |
| US7411686B2 (en) | Methods and apparatus for aligning an etalon with a photodiode array | |
| RU2287784C1 (en) | Fourier spectrometer | |
| RU49977U1 (en) | FOURIER SPECTROMETER | |
| US5757488A (en) | Optical frequency stability controller | |
| US5781292A (en) | Short path scanning interferometer | |
| JP2017198613A (en) | Refractive index measurement method, refractive index measurement device, and optical element manufacturing method | |
| Luo et al. | Interferometric measurement of the diameter of a silicon sphere with a mechanical scanning method | |
| Kantojärvi et al. | Compact large-aperture Fabry-Perot interferometer modules for gas spectroscopy at mid-IR | |
| JP5929504B2 (en) | Spectrometer | |
| KR101663003B1 (en) | Gas Cell with Curved Surface Mirror and Fourier Transform Infrared spectroscopy(FT-IR) Using the Same | |
| KR102029824B1 (en) | Multi channel optical profiler based on ellipsometry | |
| Yang et al. | Novel moving-corner-cube-pair interferometer | |
| JPH02500541A (en) | Method for measuring the concentration of a gas in a gas mixture and apparatus for carrying out this method | |
| RU2727779C1 (en) | Double interference spectrometer | |
| Otto et al. | A new generation of MEMS middle-infrared spectrometers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120608 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20130820 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200608 |