RU30433U1

RU30433U1 - Atomic emission multichannel spectrometer

Info

Publication number: RU30433U1
Application number: RU2002118918/20U
Authority: RU
Inventors: А.В. Бехтерев; В.А. Лабусов; В.И. Попов; А.Н. Путьмаков
Original assignee: Бехтерев Алексей Владимирович; Лабусов Владимир Александрович; Попов Владимир Иванович; Путьмаков Анатолий Николаевич
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2003-06-27

Description

Полезная модель относится к атомно-эмиссионному анализу химического состава веществ, а именно к многоканальным высокоточным спектрометрам.The utility model relates to atomic emission analysis of the chemical composition of substances, namely to multi-channel high-precision spectrometers.

В настоящее время при производстве наиболее ответственных узлов и агрегатов в машиностроении особо актуальной является задача контроля качества используемых материалов. Так, например, при изготовлении тепловыделяющих элементов (далее по тексту ТВЭЛ) для атомных электростанций актуальной является задача непрерывного контроля атомного состава примесей в основном веществе, содержащемся в ТВЭЛе. Контроль осуществляется одновременно по нескольким десяткам элементов, а данные анализа сохраняются на время работы ТВЭЛ а и могут быть проверены в случае возникновения нештатной ситуации.Currently, in the production of the most critical components and assemblies in mechanical engineering, the task of controlling the quality of the materials used is especially urgent. So, for example, in the manufacture of fuel elements (hereinafter referred to as the fuel element) for nuclear power plants, the urgent task is to continuously monitor the atomic composition of impurities in the main substance contained in the fuel element. Monitoring is carried out simultaneously for several dozen elements, and the analysis data is stored for the duration of the fuel rod and can be checked in case of an emergency.

Кроме того, в этой ситуации могут возникнуть вопросы о присутствии в веществе элементов, которые не контролировались на стадии производства по ГОСТу.In addition, in this situation, questions may arise about the presence in the substance of elements that were not controlled at the production stage according to GOST.

Следовательно, необходимо производить регистрацию как можно более полного оптического спектра, содержащего информацию о контролируемых примесях и дополнительную информацию об элементах, неконтролируемых на момент проведения анализа. Один из методов, позволяющий производить указанный контроль, атомно-эмиссионный. Преимущество этого метода состоит в возможности одновременного экспресс контроля по десяткам примесных элементов с высокой чувствительностью.Therefore, it is necessary to record the fullest possible optical spectrum containing information on controlled impurities and additional information on elements that were not controlled at the time of analysis. One of the methods that allows this control to be performed is atomic emission. The advantage of this method is the possibility of simultaneous express control over dozens of impurity elements with high sensitivity.

Паиболее близким к заявляемому устройству (прототипом) является АЭМС (см. патент РФ № 2051338, МКИ G01J 3/443, 1995г.), содержащий источник возбуждения спектра, полихроматор, узел преобразования светового сигнала, многоканальный фотодетектор с блоком его управления и блок управления спектрометром.The closest to the claimed device (prototype) is AEMS (see RF patent No. 2051338, MKI G01J 3/443, 1995), containing a spectrum excitation source, a polychromator, a light signal conversion unit, a multi-channel photodetector with its control unit and a spectrometer control unit .

Во-первых, невозможность иснользовання его в качестве нрецизионного измерительного нрибора в связи с нестабильностью параметров полупроводниковых фотоприемников света при изменении температуры. Это приводит к изменению темновых сигналов фотодиодов и, в итоге, вносит ошибку в вычисление концентраций контролируемых примесей.Firstly, the impossibility of using it as a precision measuring device due to the instability of the parameters of semiconductor photodetectors of light when the temperature changes. This leads to a change in the dark signals of the photodiodes and, as a result, introduces an error in the calculation of the concentrations of controlled impurities.

Во-вторых, низкое быстродействие устройства ограничивает его возможности при непрерывной регистрации спектров и передачи информации в компьютер для обработки. При сплошном контроле изделий требуются значительные затраты времени и ресурсов. Этот недостаток возникает из-за организации вывода информации на компьютер с использованием промежуточного ОЗУ, которое суш;ественно ограничивает объем и скорость передачи данных.Secondly, the low speed of the device limits its ability to continuously record spectra and transmit information to a computer for processing. With complete product monitoring, significant time and resources are required. This drawback arises from the organization of the output of information to a computer using intermediate RAM, which drastically limits the amount and speed of data transfer.

В третьих, отсутствие синхронизации начала регистрации спектра с началом его возбуждения в источнике приводит к нестабильности результата измерения.Thirdly, the lack of synchronization of the beginning of spectrum recording with the beginning of its excitation in the source leads to instability of the measurement result.

Кроме того, отсутствует возможность получения полных спектров для их последуюш,ей обработки и хранения в компьютере. Из-за алгоритма взаимодействия компьютера с блоком управления в компьютер поступает только информация об интенсивности выбранных линий. Нет возможности получить визуальную информацию о влиянии соседних линий и получить дополнительную информацию в случае необходимости о других элементах, не предусмотренных алгоритмом.In addition, there is no possibility of obtaining complete spectra for their subsequent processing and storage in a computer. Due to the algorithm of interaction between the computer and the control unit, only information about the intensity of the selected lines is received in the computer. There is no way to get visual information about the influence of neighboring lines and to get additional information, if necessary, about other elements not provided by the algorithm.

В основу заявляемого технического решения поставлена задача создания прецизионного быстродействуюш,его АЭМС с возможность получения полных спектров контролируемых материалов.The basis of the proposed technical solution is the task of creating a high-precision precision, its AEMS with the ability to obtain complete spectra of controlled materials.

Эта задача в АЭМС, содержаш;ем источник возбуждения спектра, оптически соединенный с полихроматором, в фокусной плоскости которого расположен многоканальный фотодетектор, выход которого подключен к преобразователю сигнала фотодетектора, решена тем, что в устройство дополнительно введены термостат фотодетектора и контроллер управления спектрометра, который через последовательный канал соединен с интерфейCOM персонального компьютера, при этом сигнальный вход контроллера соединен с выходом преобразователя сигнала фотодетектора, первый управляющий выход контроллера подключен ко входу источника возбуждения спектра, его второй управляющий выход соединен со входом фотодетектора, а третий управляющий выход контроллера подключен к управляющему входу преобразователя сигнала фотодетектора.This task in AEMS contains a source of spectrum excitation, optically connected to a polychromator, in the focal plane of which there is a multi-channel photodetector, the output of which is connected to the photodetector signal converter, is solved by the fact that the photodetector thermostat and the spectrometer control controller are additionally introduced into the device, which through the serial channel is connected to the COM interface of a personal computer, while the signal input of the controller is connected to the output of the photodetector signal converter, first The control output of the controller is connected to the input of the spectrum excitation source, its second control output is connected to the input of the photodetector, and the third control output of the controller is connected to the control input of the photodetector signal converter.

На фигЛ представлена блок-схема АЭМС, содержащая источник возбуждения спектра (ИВС) 1, полихроматор 2 , в фокусной плоскости которого расположен многоканальный фото детектор 3, заключенный в термостат 4, преобразователь сигнала фотодетектора 5, включающий усилитель сигнала фото детектора 6 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, а также шину 8. Контроллер управления 9 содержит микропроцессор 10, входной регистр 11с шиной 12, программируемый таймер времени экспозиции 13с шиной 14, формирователь уровней управляющих напряжений 15 с шиной 16 и устройство ввода-вывода 17 с шиной 18. Для связи с компьютером служит интерфейс 19. Запуск устройства осуществляется выносной кнопкой 20 «Пуск.FIG. 1 is a block diagram of an AEMS containing a spectrum excitation source (IVS) 1, a polychromator 2, in the focal plane of which is a multi-channel photo detector 3, enclosed in a thermostat 4, a photo detector 5 signal converter, including a photo detector 6 signal amplifier and analog-to-digital converter (ADC) 7, as well as bus 8. The control controller 9 contains a microprocessor 10, an input register 11 with bus 12, a programmable exposure time timer 13 with bus 14, a driver of control voltage levels 15 with bus 16 and the device GUT-input terminal 17 with the bus 18. For connection with a computer serves as an interface 19. Starting device is remote button 20 "Start.

Устройство работает следующим образом. При помощи выносной кнопки 20 «Пуск оператор через устройство ввода-вывода 17 запускает ИВС 1, в котором возбуждается помещенная в него анализируемая проба. Одновременно с запуском ИВС 1 микропроцессор 10 синхронизирует начало регистрации спектра. Для этого через формирователь уровней управляющих напряжений 15 он начинает опрашивать многоканальный фото детектор 3. Излучение от пробы проходит через полихроматор 2, в котором оно разлагается по длинам волн, и попадает на вход многоканального фото детектора 3, где регистрируется многоканальным детектором 3, заключенным в термостат 4, в котором он охлаждаются с помощью термоэлектрических охладителей на эффекте Пельтье, что необходимо для стабилизации их измерительных характеристик. Многоканальный фотодетектор 3 интегрирует падающие на каждую фотоячейку фотоны регистрируемого спектра с временем интегрирования равным времени экспозиции, которая устанавливается таймером 13. По окончании времени экспозиции с выхода фото детектора 3 сигналThe device operates as follows. Using the remote button 20 "Start, the operator through the input-output device 17 starts the IVS 1, in which the analyzed sample is excited. Simultaneously with the launch of the IVS 1, the microprocessor 10 synchronizes the beginning of the registration of the spectrum. To do this, through the driver of the levels of control voltages 15, he begins to interrogate the multi-channel photo detector 3. The radiation from the sample passes through a polychromator 2, in which it is decomposed by wavelengths, and enters the input of the multi-channel photo detector 3, where it is detected by a multi-channel detector 3, enclosed in a thermostat 4, in which it is cooled using thermoelectric coolers based on the Peltier effect, which is necessary to stabilize their measurement characteristics. The multi-channel photodetector 3 integrates the photons of the recorded spectrum incident on each photocell with an integration time equal to the exposure time, which is set by timer 13. At the end of the exposure time, the signal from the output of photo detector 3

поступает на вход преобразователя сигнала фотодетектора 5, где он усиливается усилителем 6 и оцифровывается с помощью 16-разрядного АЦП 7. С выхода АЦП 7 измеренный сигнал по шине 8 поступает на входной регистр 11 микропроцессора 10, который, в свою очередь, через интерфейс 19 передает его на вход компьютера (на схеме он не показан). Благодаря отсутствию промежуточного ОЗУ удается существенно (по сравнению с прототипом) повысить быстродействие устройства.arrives at the input of the photodetector signal converter 5, where it is amplified by an amplifier 6 and digitized using a 16-bit ADC 7. From the output of the ADC 7, the measured signal is sent via bus 8 to the input register 11 of the microprocessor 10, which, in turn, transmits via interface 19 it to the computer input (it is not shown in the diagram). Due to the lack of intermediate RAM, it is possible to significantly (in comparison with the prototype) increase the speed of the device.

Таким образом заявляемое устройство позволяет стабилизировать параметры фотоприемников многоканального детектора, повысить быстродействие устройства и синхронизовать начало регистрации спектра с началом его возбуждения в источнике.Thus, the claimed device allows you to stabilize the parameters of the photodetectors of a multichannel detector, increase the speed of the device and synchronize the beginning of the registration of the spectrum with the beginning of its excitation in the source.

Claims

An atomic emission multichannel spectrometer containing a spectrum excitation source optically connected to a polychromator, in the focal plane of which there is a multichannel photodetector, the output of which is connected to a photodetector signal converter, characterized in that a photodetector thermostat and a spectrometer control controller are inserted into the device, which is connected via a serial the channel is connected to the interface of the personal computer, while the signal input of the controller is connected to the output of the conversion of the photodetector signal generator, the first control output of the controller is connected to the input of the spectrum excitation source, its second control output is connected to the input of the photodetector, and the third control output of the controller is connected to the control input of the photodetector signal converter.