RU86734U1

RU86734U1 - PARALLEL ANALYZER OF AN OPTICAL RANGE SIGNAL SPECTRUM

Info

Publication number: RU86734U1
Application number: RU2009116195/22U
Authority: RU
Inventors: Игорь Николаевич Архипов; Михаил Александрович Ваганов; Сергей Викторович Кулаков; Евгений Николаевич Котликов; Олег Дмитриевич Москалец; Леонид Николаевич Пресленев; Вадим Николаевич Прокашев
Priority date: 2009-04-28
Filing date: 2009-04-28
Publication date: 2009-09-10

Abstract

1. Параллельный анализатор спектра сигналов оптического диапазона, содержащий канал анализа спектра сигнала, состоящий из формирующей оптики, согласующего элемента, фотоприемника и регистратора, отличающийся тем, что устройство дополнительно содержит группу оптических волокон, блок обработки спектрометрической информации, блок индикации, пульт управления и n каналов анализа спектра сигнала, в каждый из которых дополнительно введены последовательно установленные по ходу светового пучка интерференционный фильтр, второй согласующий элемент, выход которого соединен с входом фотоприемника, а вход интерференционного фильтра оптически связан с выходом первого согласующего элемента, причем n выходов группы оптических волокон соединены со входами первых согласующих элементов для каждого канала, а вход оптически связан с формирующей оптикой, n входов блока обработки спектрометрической информации соединены с выходами фотоприемников каждого канала, а n+1 вход блока обработки спектрометрической информации соединен с пультом управления, первый его выход соединен с регистратором, а второй - с блоком индикации. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что группа оптических волокон выполнена в виде жгута из n оптических волокон с одним общим входом, разделенного у конца на n волокон. ! 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок обработки спектрометрической информации содержит мультиплексор, n входов которого соединены с выходами фотоприемников каждого канала, n+1 вход через шину соединен с одним из выходов микроконтроллера, а выход соединен со входом усилителя, выход которого соединен с одним из входов блока усилени1. A parallel spectrum analyzer of the optical signal spectrum, comprising a signal spectrum analysis channel, consisting of forming optics, a matching element, a photodetector and a registrar, characterized in that the device further comprises a group of optical fibers, a spectrometric information processing unit, an indication unit, a control panel and n signal spectrum analysis channels, in each of which an interference filter is installed sequentially installed along the light beam, the second matching electric an element whose output is connected to the input of the photodetector, and the input of the interference filter is optically connected to the output of the first matching element, with n outputs of the group of optical fibers connected to the inputs of the first matching elements for each channel, and the input is optically connected to the forming optics, n inputs of the spectrometric processing unit information are connected to the outputs of the photodetectors of each channel, and n + 1 input of the processing unit of spectrometric information is connected to the control panel, its first output is connected to the recorder rum, and the second with an indication unit. ! 2. The device according to claim 1, characterized in that the group of optical fibers is made in the form of a bundle of n optical fibers with one common input, divided at the end into n fibers. ! 3. The device according to claim 1, characterized in that the spectrometric information processing unit comprises a multiplexer, n inputs of which are connected to the outputs of the photodetectors of each channel, n + 1 input through the bus is connected to one of the outputs of the microcontroller, and the output is connected to the input of the amplifier, the output which is connected to one of the inputs of the amplification unit

Description

Полезная модель относится к области спектрометрии, а именно к устройствам спектрального анализа сигналов в оптическом диапазоне длин волн и может быть использована для исследований спектральных характеристик материалов, источников оптических сигналов, атмосферы и т.п.The utility model relates to the field of spectrometry, namely, devices for spectral analysis of signals in the optical wavelength range and can be used to study the spectral characteristics of materials, sources of optical signals, atmosphere, etc.

Известно устройство “Анализатор спектра излучений” (патент RU №2310175, МПК GO1J 3/45, опубликован 2007.11.10), содержащее лазер с блоком питания, первую и вторую фокусирующие системы, фотоприемник на приборах с зарядовой связью (ПЗС) и с управляемой по длине волны чувствительностью к излучению, генератор импульсов, первый и второй триггеры, кольцевой регистр сдвига, формирователь переднего фронта импульсов, первый элемент И, группы вторых и третьих элементов И, блок четвертых элементов И, группу пятых элементов И, регистр оперативной памяти, блок регистров памяти кодов элементов, устройство сравнения, блок регистрации, источник постоянного тока, делитель напряжения и группу ключей.A device is known “Analyzer of the spectrum of radiation” (patent RU No. 2310175, IPC GO1J 3/45, published 2007.11.10), containing a laser with a power supply, the first and second focusing systems, a photodetector on charge-coupled devices (CCD) and controlled by wavelength sensitivity to radiation, pulse generator, first and second triggers, ring shift register, shaper of the leading edge of pulses, first element AND, groups of second and third elements AND, block of fourth elements AND, group of fifth elements AND, memory register, block reg strov memory element codes, a comparison device, a registration unit, a constant current source, a voltage divider and a group of keys.

Это устройство позволяет определять химический состав вещества в технологии микро- и наноэлектронных средств, в геологии и охране окружающей среды.This device allows you to determine the chemical composition of a substance in the technology of micro- and nanoelectronic devices, in geology and environmental protection.

Недостатком известного устройства является то, что оно не может применяться для исследования спектра оптических излучений, непосредственные контакты спектральной аппаратуры с которыми невозможны либо нежелательны, например, в условиях повышенной температуры, влажности и в условиях наличия агрессивных химических сред, а также при спектральных измерениях во взрывоопасных помещениях.A disadvantage of the known device is that it cannot be used to study the spectrum of optical radiation, direct contacts of spectral equipment with which are impossible or undesirable, for example, in conditions of elevated temperature, humidity and in the presence of aggressive chemical media, as well as in spectral measurements in explosive the premises.

Известно устройство “Анализатор спектра”, (патент RU №2164668, МПК GO1J 3/36, опубликован 2001.03.27), содержащее группу оптических волокон, входы которых являются входами анализатора. Выходы оптических волокон через цветоразделительную призму оптически связаны с входами фотоэлектронных преобразователей, выходы которых через коммутатор соединены с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входами персональной ЭВМ. Информационные выходы ЭВМ являются информационными выходами анализатора. Управляющий выход ЭВМ соединен с управляющим входом коммутатора. Выходы оптических волокон расположены в одну линию с возможностью изменения угла падения и перемещения вдоль границы цветоразделительной призмы.A device “Spectrum Analyzer” is known (patent RU No. 2164668, IPC GO1J 3/36, published 2001.03.27), containing a group of optical fibers whose inputs are inputs of the analyzer. The outputs of the optical fibers through a color separation prism are optically connected to the inputs of the photoelectronic converters, the outputs of which are connected through the switch to the input of an analog-to-digital converter, the output of which is connected to the inputs of a personal computer. Information outputs of the computer are the information outputs of the analyzer. The control output of the computer is connected to the control input of the switch. The outputs of the optical fibers are arranged in one line with the possibility of changing the angle of incidence and movement along the border of the color separation prism.

Устройство позволяет определять спектры источников оптического излучения, а также классифицировать источники излучения по результатам анализа их спектров.The device allows you to determine the spectra of optical radiation sources, as well as classify radiation sources according to the analysis of their spectra.

Недостатком известного анализатора спектра является невозможность применения этого устройства для исследования спектра оптических излучений, непосредственные контакты спектральной аппаратуры с которыми невозможны либо нежелательны, например, в агрессивных химических средах при повышенной влажности и температуре. Данному устройству требуется непосредственный контакт с источником оптического излучения и в труднодоступных местах устройство разместить невозможно, а в агрессивной среде, в условиях повышенной температуры и влажности оно не сможет функционировать.A disadvantage of the known spectrum analyzer is the impossibility of using this device to study the spectrum of optical radiation, direct contacts of the spectral equipment with which are impossible or undesirable, for example, in aggressive chemical environments at elevated humidity and temperature. This device requires direct contact with the optical radiation source and it is impossible to place the device in hard-to-reach places, and in an aggressive environment, in conditions of elevated temperature and humidity, it will not be able to function.

Другим существенным недостатком является то, что призменные спектральные приборы оптического диапазона относятся к числу приборов с наихудшей разрешающей способностью.Another significant drawback is that the prism spectral instruments of the optical range are among the instruments with the worst resolution.

Известно устройство-прототип “Анализатор спектра сигналов оптического диапазона”, (патент RU №2239802, МПК G01J 3/00, опубликован 2004.09.10). Устройство содержит синтезатор частот, блок управления, регистратор, блок согласования, интегратор и канал анализа спектра сигнала, в котором последовательно установленные по ходу светового пучка формирующая оптика, оптическое волокно, соединенное посредством соединительных модулей с формирующей оптикой и с согласующим элементом, выход которого оптически связан со входом акустооптического модулятора, фокусирующая линза, щелевая диафрагма и фотоприемник. Согласующий элемент является пространственным Фурье-процессором, который состоит из двух слоев свободного пространства и Фурье-линзы между ними. Также устройство содержит цифроаналоговый преобразователь, регулируемый усилитель, модуль подключения к регистратору, аналого-цифровой преобразователь.A device prototype is known “Analyzer of the spectrum of signals of the optical range", (patent RU No. 2239802, IPC G01J 3/00, published 2004.09.10). The device comprises a frequency synthesizer, a control unit, a recorder, a matching unit, an integrator and a signal spectrum analysis channel, in which forming optics, an optical fiber connected through the connecting modules to the forming optics and with a matching element, the output of which is optically coupled with an acousto-optic modulator input, a focusing lens, a slit diaphragm and a photodetector. The matching element is a spatial Fourier processor, which consists of two layers of free space and a Fourier lens between them. The device also contains a digital-to-analog converter, an adjustable amplifier, a module for connecting to a recorder, and an analog-to-digital converter.

Устройство позволяет проводить последовательный анализ спектра оптических излучений, непосредственные контакты спектральной аппаратуры с которыми невозможны либо нежелательны.The device allows for sequential analysis of the spectrum of optical radiation, direct contacts of spectral equipment with which are impossible or undesirable.

Недостатками известного устройства-прототипа анализатора спектра сигналов оптического диапазона является следующие:The disadvantages of the known device of the prototype analyzer of the spectrum of signals of the optical range is the following:

Необходимость перестройки системы по диапазону длин волн, следствием которой является низкое быстродействие, определяемое временем перестройки. Это обусловлено тем, что устройство содержит только один канал анализа спектра сигнала. Последовательная перестройка по диапазону длин волн, требующая значительного времени, неизбежно приводит к пропуску одиночных и редко повторяющихся коротких импульсов, что не желательно.The need to rebuild the system according to the wavelength range, the result of which is low speed, determined by the time of the rebuild. This is due to the fact that the device contains only one channel for analyzing the signal spectrum. Sequential tuning in the wavelength range, requiring considerable time, inevitably leads to the omission of single and rarely repeated short pulses, which is not desirable.

Для осуществления перестройки по диапазону длин волн необходимо наличие сложно технически реализуемого акустооптического модулятора, который определяет полосу анализа длин волн. Причем поведение акустооптического модулятора в ультрафиолетовом и фиолетовом диапазонах еще далеко не исследовано, в результате чего вопрос об анализе спектра в этих участках спектра остается открытым.To perform tuning according to the wavelength range, it is necessary to have a technically sophisticated acousto-optical modulator that determines the wavelength analysis band. Moreover, the behavior of the acousto-optical modulator in the ultraviolet and violet ranges has not yet been investigated, as a result of which the question of spectrum analysis in these parts of the spectrum remains open.

Наличие пространственного Фурье-процессора, так как он требует точной юстировки, которой можно добиться только при использовании жесткой конструкции, например, применяя отрезок массивной оптической скамьи, что значительно ухудшают массогабаритные характеристики.The presence of a spatial Fourier processor, since it requires precise alignment, which can only be achieved using a rigid structure, for example, using a piece of a massive optical bench, which significantly degrade the weight and size characteristics.

Предложенный дифракционный принцип анализа спектра сигналов с применением пространственного Фурье-процессора требует формирования светового пучка с плоским однородным фронтом. Искажение волнового фронта анализируемого излучения приводит к существенному ухудшению разрешающей способности. Особенно искажения волнового фронта проявляются в случае применения многомодового оптического волокна.The proposed diffraction principle of signal spectrum analysis using a spatial Fourier processor requires the formation of a light beam with a flat uniform front. The distortion of the wavefront of the analyzed radiation leads to a significant deterioration in resolution. Particularly, wavefront distortions are manifested when a multimode optical fiber is used.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является создание параллельного анализатора спектра сигналов оптического диапазона, который позволял бы проводить исследования спектра оптических излучений, непосредственные контакты спектральной аппаратуры с которыми невозможны либо нежелательны, с более высокой разрешающей способностью.The main task, which the claimed device is aimed at, is to create a parallel analyzer of the spectrum of signals of the optical range, which would allow to study the spectrum of optical radiation, direct contacts of the spectral equipment with which are impossible or undesirable, with a higher resolution.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемой полезной модели является, увеличение быстродействия устройства, повышение его точности, разрешающей способности при анализе спектров оптических сигналов.The technical result achieved by the implementation of the claimed utility model is to increase the speed of the device, increase its accuracy, resolution when analyzing the spectra of optical signals.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее канал анализа спектра сигнала, состоящий из формирующей оптики, согласующего элемента, фотоприемника и регистратора, дополнительно введены группа оптических волокон, блок обработки спектрометрической информации, блок индикации, пульт управления и n каналов анализа спектра сигнала, в каждый из которых дополнительно введены, последовательно установленные по ходу светового пучка, интерференционный фильтр, второй согласующий элемент, выход которого соединен с входом фотоприемника, а вход интерференционного фильтра оптически связан с выходом первого согласующего элемента, причем n выходов группы оптических волокон соединены со входами первых согласующих элементов для каждого канала, а вход оптически связан с формирующей оптикой, n входов блока обработки спектрометрической информации соединены с выходами фотоприемников каждого канала, а n+1 вход блока обработки спектрометрической информации соединен с пультом управления, первый его выход соединен с регистратором, а второй - с блоком индикации, причем группа оптических волокон, выполнена в виде жгута из n оптических волокон с одним общим входом, разделенного у конца на n волокон, а блок обработки спектрометрической информации, содержит мультиплексор, n входов которого соединены с выходами фотоприемников каждого канала, n+1 вход через шину соединен с одним из выходов микроконтроллера, а выход мультиплексора соединен со входом усилителя, выход которого соединен с одним из входов блока усиления, второй вход которого соединен через шину с одним из выходов микроконтроллера, а выход - со входом микроконтроллера, один из входов микроконтроллера через шину соединен с пультом управления, а один из выходов соединен со входом блока индикации через шину, преобразователь уровней с микроконтроллером соединяется посредством двунаправленной шины, и с регистратором посредством двунаправленной шины.The specified technical result is achieved by the fact that a group of optical fibers, a processing unit for spectrometric information, an indication unit, a control panel, and n channels for analyzing the signal spectrum are additionally introduced into a device containing a signal spectrum analysis channel, consisting of forming optics, a matching element, a photodetector, and a registrar , in each of which an interference filter, a second matching element, the output of which is connected to the photodetector, and the input of the interference filter is optically connected to the output of the first matching element, and n outputs of the group of optical fibers are connected to the inputs of the first matching elements for each channel, and the input is optically connected to the forming optics, n inputs of the spectrometric information processing unit are connected to the outputs of each photodetector channel, and n + 1 input of the spectrometric information processing unit is connected to the control panel, its first output is connected to the recorder, and the second to the display unit, moreover, the group of optical fibers, made in the form of a bundle of n optical fibers with one common input, divided at the end into n fibers, and the spectrometric information processing unit contains a multiplexer, n inputs of which are connected to the outputs of the photodetectors of each channel, n + 1 input via the bus connected to one of the outputs of the microcontroller, and the output of the multiplexer is connected to the input of the amplifier, the output of which is connected to one of the inputs of the amplification unit, the second input of which is connected via a bus to one of the outputs of the microcontroller, and the output to the input of the microcontroller, one of the inputs of the microcontroller is connected via the bus to the control panel, and one of the outputs is connected to the input of the display unit via the bus, the level converter is connected to the microcontroller via a bi-directional bus, and to the recorder via a bi-directional bus.

Совокупность существенных признаков предлагаемого устройства обеспечивает достижение технического результата, достигаемого при осуществлении полезной модели в силу того, что отсутствие пространственного Фурье-процессора позволяет проводить анализ спектра сигналов оптического диапазона с высокой разрешающей способностью, определяющейся полосой пропускания интерференционных фильтров, не принимая в учет искажение фронта анализируемого излучения. Содержащаяся в заявляемом устройстве группа оптических волокон эффективно используется для передачи на расстояние анализируемого излучения при анализе широкополосных оптических сигналов в областях, включающих ближний инфракрасный и весь видимый диапазоны. Наличие в заявляемом устройстве интерференционных фильтров, позволяет расширить диапазон анализируемых длин волн.The set of essential features of the proposed device ensures the achievement of the technical result achieved by the implementation of the utility model due to the fact that the absence of a spatial Fourier processor allows analyzing the spectrum of signals of the optical range with high resolution, which is determined by the passband of interference filters, without taking into account the distortion of the front of the analyzed radiation. The group of optical fibers contained in the inventive device is effectively used to transmit the analyzed radiation to a distance when analyzing broadband optical signals in areas including the near infrared and the entire visible ranges. The presence in the inventive device of interference filters allows you to expand the range of the analyzed wavelengths.

Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественным всем признакам заявленного устройства, параллельного анализатора спектра сигналов оптического диапазона, отсутствуют, следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «новизна».The analysis of the prior art carried out by the applicant has established that analogs characterized by sets of features identical to all the features of the claimed device, parallel to the spectrum analyzer of the optical signal spectrum, are absent, therefore, the claimed utility model meets the condition of “novelty”.

В настоящее время авторам не известны спектральные приборы, которые позволяли бы проводить с таким же быстродействием, разрешающей способностью и в таком широком диапазоне длин волн параллельный анализ спектра оптических излучений, непосредственные контакты спектральной аппаратуры с которыми невозможны либо нежелательны, например, в агрессивных химических средах при повышенной влажности и температуре.At present, the authors are not aware of spectral instruments that would allow parallel analysis of the spectrum of optical radiation with the same speed, resolution, and in such a wide wavelength range, the direct contacts of the spectral equipment with which are impossible or undesirable, for example, in aggressive chemical media under high humidity and temperature.

Результаты поиска известных технических решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявленной полезной модели, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.The search results for well-known technical solutions in this and related fields of technology in order to identify features that match the distinctive features of the claimed utility model showed that they do not follow explicitly from the prior art.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 - структурная схема параллельного анализатора спектра сигналов оптического диапазона, фиг.2 - структурная схема блока обработки спектрометрической информации, фиг.3 - структурная схема группы оптических волокон и введены следующие обозначения:The essence of the utility model is illustrated by drawings, where in Fig. 1 is a structural diagram of a parallel analyzer of a spectrum of signals of the optical range, Fig. 2 is a structural diagram of a block for processing spectrometric information, Fig. 3 is a structural diagram of a group of optical fibers and the following notation is introduced:

1 - формирующая оптика;1 - forming optics;

2 - группа оптических волокон;2 - a group of optical fibers;

3 - первый согласующий элемент;3 - the first matching element;

4 - интерференционный фильтр;4 - interference filter;

5 - второй согласующий элемент;5 - the second matching element;

6 - фотоприемник;6 - photodetector;

7 - блок обработки спектрометрической информации;7 - processing unit of spectrometric information;

7.1 - мультиплексор;7.1 - multiplexer;

7.2 - усилителя;7.2 - amplifier;

7.3 - блока усиления;7.3 - gain block;

7.4 - микроконтроллера;7.4 - microcontroller;

7.5 - преобразователь уровней;7.5 - level converter;

8 - регистратор;8 - registrar;

9 - блок индикации;9 - display unit;

10 - пульт управления.10 - control panel.

Параллельный анализатор спектра сигналов оптического диапазона содержит формирующую оптику 1, оптически связанную со входом группы оптических волокон 2, n выходов которой соединены со входами первых согласующих элементов 3, для каждого из n каналов, которые последовательно связанные с установленными по ходу светового пучка интерференционными фильтрами 4, вторыми согласующими элементами 5, фотоприемниками 6, выходы которых соединены с n входами блока обработки спектрометрической информации 7, один из выходов которого соединен с регистратором 8, а второй с блоком индикации 9, пульт управления 10 соединен с n+1 входом блока обработки спектрометрической информации 7, блок обработки спектрометрической информации 7 соединен с регистратором 8 через двунаправленную шину 11, с блоком индикации 9 - через шину 12, а с пультом управления 10 - через шину 13, причем группа оптических волокон 2 выполнена в виде жгута из n оптических волокон с одним общим входом, разделенного у конца на n волокон, а блок обработки спектрометрической информации 7, содержит мультиплексор 7.1, n входов которого соединены с выходами фотоприемников 6 каждого канала, n+1 вход через шину 14 соединен с одним из выходов микроконтроллера 7.4, а выход соединен со входом усилителя 7.2, выход которого соединен с одним из входов блока усиления 7.3, второй вход которого соединен через шину 15 с одним из выходов микроконтроллера 7.4, а выход - со входом микроконтроллера 7.4, один из входов которого через шину 13 соединен с пультом управления 10, а один из выходов соединен со входом блока индикации 9 - через шину 12, преобразователь уровней 7.5 с микроконтроллером 7.4 соединен посредством двунаправленной шины 16, а с регистратором - посредством двунаправленной шины 11.A parallel spectrum analyzer of the optical signal spectrum contains forming optics 1, optically coupled to the input of the group of optical fibers 2, n outputs of which are connected to the inputs of the first matching elements 3, for each of n channels that are connected in series with interference filters 4 installed along the light beam, the second matching elements 5, photodetectors 6, the outputs of which are connected to n inputs of the processing unit of spectrometric information 7, one of the outputs of which is connected to a register rum 8, and the second with indication unit 9, the control panel 10 is connected to n + 1 input of the spectrometric information processing unit 7, the spectrometric information processing unit 7 is connected to the recorder 8 via a bi-directional bus 11, with the indication unit 9 through bus 12, and with remote control 10 through bus 13, and the group of optical fibers 2 is made in the form of a bundle of n optical fibers with one common input, divided at the end into n fibers, and the spectrometric information processing unit 7 contains a multiplexer 7.1, n inputs of which are connected to the outputs of the photodetectors 6 of each channel, n + 1 the input through the bus 14 is connected to one of the outputs of the microcontroller 7.4, and the output is connected to the input of the amplifier 7.2, the output of which is connected to one of the inputs of the amplification unit 7.3, the second input of which is connected via bus 15 to one of the outputs of the microcontroller 7.4, and the output is connected to the input of the microcontroller 7.4, one of the inputs of which is connected via the bus 13 to the control panel 10, and one of the outputs is connected to the input of the display unit 9 via bus 12, the level converter 7.5 is connected to the microcontroller 7.4 via a dvun direct bus 16, and with the registrar - through a bi-directional bus 11.

Формирующая оптика 1 может быть выполнена, например, из сферической линзы и второй сферической линзы, в фокусе которой расположен торец группы оптических волокон.The forming optics 1 can be made, for example, of a spherical lens and a second spherical lens, the focus of which is the end face of the group of optical fibers.

В качестве первого согласующего элемента 3 может быть использована коллимирующая линза.As the first matching element 3, a collimating lens can be used.

В качестве интерференционного фильтра 4 может быть использован узкополосный интерференционный фильтр на заданную длину волны.As the interference filter 4, a narrow-band interference filter for a given wavelength can be used.

В качестве второго согласующего элемента 5 может быть использована фокусирующая линза.As the second matching element 5, a focusing lens can be used.

Фотоприемник 6 может быть выполнен, например, на фотодиоде ФД-265.The photodetector 6 can be performed, for example, on a photodiode FD-265.

В качестве мультиплексора 7.1 может быть использована интегральная микросхема аналогового мультиплексора с цифровым управлением - CD4067.As the 7.1 multiplexer, an integrated digital-analog analog multiplexer microcircuit, CD4067, can be used.

Усилитель 7.2 может быть выполнен, например, на основе операционного усилителя TL071.Amplifier 7.2 can be performed, for example, based on the operational amplifier TL071.

Два регулируемых микроконтроллером усилителя блока усиления 7.3 могут быть выполнены на основе таких же операционных усилителей, но с использованием сдвоенного «цифрового потенциометра» AD5282, управляемого микроконтроллером и включенного в цепь обратной связи операционных усилителей.Two amplifiers controlled by the microcontroller amplifiers 7.3 can be made on the basis of the same operational amplifiers, but using a double “digital potentiometer” AD5282 controlled by a microcontroller and included in the feedback circuit of the operational amplifiers.

В качестве микроконтроллера 7.4 может быть использован, например, микроконтроллер семейства AVR Atmega8 фирмы Atmel.As microcontroller 7.4, for example, Atmel's AVR Atmega8 family microcontroller can be used.

Преобразователь уровней 7.5 для корректной связи с компьютером может быть выполнен, например, на базе интегральной микросхемы МАХ232.The level converter 7.5 for correct communication with a computer can be performed, for example, on the basis of the integrated circuit MAX232.

В качестве регистратора 8 может быть использован, например, персональный компьютер или ноутбук.As the registrar 8 can be used, for example, a personal computer or laptop.

Блок индикации 9 может быть изготовлен, например, с применением стандартного знакосинтезирующего жидкокристаллического индикатора ВС1602.The display unit 9 can be manufactured, for example, using a standard sign-synthesizing liquid crystal indicator BC1602.

Пульт управления 10 включает в себя переключатель, управляющий питанием, и кнопки без фиксации, подключенные напрямую к микроконтроллеру для управления блок обработки спектрометрической информации 7.The control panel 10 includes a switch that controls the power, and buttons without fixing, connected directly to the microcontroller to control the processing unit of spectrometric information 7.

Устройство работает следующим образом: формирующая оптика 1 передает принимаемое из окружающего пространства оптическое излучение на общий входной торец группы оптических волокон 2, по которой оптическое излучение передается на заданное расстояние и в котором, согласно фиг. 3, через n выходов поступает на входы первых согласующих элементов 3, для каждого из n каналов, в которых проходит фильтрацию с помощью интерференционных фильтров 4, после которых оптический сигнал через вторые согласующие элементы 5 поступает на входы фотоприемников 6, преобразованная в электрический сигнал информация об оптическом излучение поступает на n входов блока обработки спектрометрической информации 7.The device operates as follows: the forming optics 1 transmits the optical radiation received from the surrounding space to the common input end of the group of optical fibers 2, along which the optical radiation is transmitted at a predetermined distance and in which, according to FIG. 3, through n outputs it enters the inputs of the first matching elements 3, for each of n channels in which filtering is performed using interference filters 4, after which the optical signal through the second matching elements 5 is fed to the inputs of the photodetectors 6, information about optical radiation enters the n inputs of the processing unit of the spectrometric information 7.

Сигналы от фотоприемников 6, величина каждого из которых зависит от интенсивности излучения на данной частоте, поступают на входы мультиплексора 7.1. Микроконтроллер 7.4 последовательно коммутирует посредством шины 14 управления мультиплексором каждый из сигналов на один выход мультиплексора, подключенный к усилителю 7.2. Усилитель 7.2 является усилителем с управляемым коэффициентом усиления и служит для грубой установки чувствительности прибора оператором. Далее мультиплексированный сигнал поступает на первый усилитель блока усиления 7.3, управляемый микроконтроллером 7.4. Микроконтроллер 7.4 изменяет коэффициент усиления этого усилителя при каждом переключении мультиплексора 7.1 на следующий канал так, что компенсируется неравномерность преобразования каждого оптического датчика. С выхода первого усилителя сигнал поступает на второй регулируемый микроконтроллером усилитель блока усиления 7.3. Коэффициент усиления второго усилителя, выставляемый микроконтроллером, зависит только от максимального уровня всех каналов. Если максимальный уровень сигнала превышает допустимую величину, микроконтроллер автоматически уменьшает коэффициент усиления этого усилителя, приводя величину сигнала канала с наибольшим уровнем сигнала из всех к максимально допустимому значению. Если же уровень максимального сигнала какого-то из всех каналов будет много меньше максимально допустимого значения, микроконтроллер автоматически будет увеличивать коэффициент усиления этого усилителя, пока не приведет значение этого уровня к максимально допустимому. Это решение упрощает наблюдение за сигналом, оптимизируя его для более детального считывания информации с оптических датчиков. С выхода блока усиления 7.3 сигнал поступает на вход АЦП микроконтроллера для оцифровки. Микроконтроллер производит обработку этого сигнала и выводит на блок индикации 9 (дисплей) информацию об уровне сигнала на каждом из каналов в виде столбчатой диаграммы. Управление блоком обработки спектрометрической информации 7 осуществляться с помощью пульта управления 10. Также есть возможность передавать информацию об уровнях измеряемых сигналов и управлять устройством через СОМ порт RS-232 регистратора 8 посредством преобразователя уровней 7.5 TTL - RS-232 LC.The signals from the photodetectors 6, the magnitude of each of which depends on the radiation intensity at a given frequency, is fed to the inputs of the 7.1 multiplexer. The microcontroller 7.4 sequentially commutates via the multiplexer control bus 14 each of the signals to one output of the multiplexer connected to the amplifier 7.2. Amplifier 7.2 is an amplifier with a controlled gain and is used to roughly set the sensitivity of the device by the operator. Next, the multiplexed signal is fed to the first amplifier of the amplification unit 7.3, controlled by the microcontroller 7.4. Microcontroller 7.4 changes the gain of this amplifier each time the 7.1 multiplexer switches to the next channel so that the uneven conversion of each optical sensor is compensated. From the output of the first amplifier, the signal is fed to the second amplifier of the amplification block 7.3 regulated by the microcontroller. The gain of the second amplifier, set by the microcontroller, depends only on the maximum level of all channels. If the maximum signal level exceeds the permissible value, the microcontroller automatically reduces the gain of this amplifier, bringing the signal value of the channel with the highest signal level out of all to the maximum allowable value. If the maximum signal level of any of the channels is much lower than the maximum allowable value, the microcontroller will automatically increase the gain of this amplifier until it brings the value of this level to the maximum allowable. This solution simplifies signal monitoring, optimizing it for more detailed reading of information from optical sensors. From the output of the amplification block 7.3, the signal is fed to the input of the ADC of the microcontroller for digitization. The microcontroller processes this signal and displays information on the signal level on each channel in the form of a bar graph on the display unit 9 (display). The spectrometric information processing unit 7 can be controlled using the control panel 10. It is also possible to transmit information about the levels of the measured signals and control the device via the COM port RS-232 of recorder 8 via a level converter 7.5 TTL - RS-232 LC.

Как следует из вышеизложенного, достижение технического результата параллельным анализатором спектра сигналов оптического диапазона обеспечивается применением группы оптических волокон 2 для передачи спектрометрической информации от объекта и применением интерференционных фильтров 4 для параллельной оптической фильтрации.As follows from the foregoing, the achievement of the technical result by a parallel analyzer of the spectrum of signals of the optical range is ensured by the use of a group of optical fibers 2 for transmitting spectrometric information from the object and by using interference filters 4 for parallel optical filtering.

Сопоставление параметров, характеризующих заявляемую полезную модель, и прототип позволяет сделать вывод, что прототип не может обеспечить нужного быстродействия и точности проведение спектральных измерений в широком диапазоне длин волн с нужной разрешающей способностью для решения многих технических задач. Следовательно, объект полезной модели существенно увеличивает круг возможного применения спектральных измерений в науке и технике.A comparison of the parameters characterizing the claimed utility model and the prototype allow us to conclude that the prototype cannot provide the necessary speed and accuracy of spectral measurements in a wide range of wavelengths with the required resolution for solving many technical problems. Therefore, the object of the utility model significantly increases the range of possible applications of spectral measurements in science and technology.

Кроме указанного достигаемого технического результата и преимуществ заявленного устройства следует отметить также дополнительное их достоинство: массогабаритные показатели.In addition to the indicated technical result achieved and the advantages of the claimed device, their additional advantage should also be noted: overall dimensions.

Таким образом, приведенные сведения доказывают, что при осуществлении заявленной полезной модели выполняются следующие условия:Thus, the above information proves that when implementing the claimed utility model, the following conditions are met:

- средство, воплощающее устройство-полезную модель при его осуществлении, предназначено для использования в области спектрометрии, а именно проведения с высокой разрешающей способностью параллельного спектрального анализа в широком диапазоне источников оптических излучений, непосредственные контакты спектральной аппаратуры с которыми не возможны либо не желательны в силу наличия вблизи таких источников агрессивной химической среды, повышенной температуры, влажности;- a tool embodying a useful model device in its implementation is intended for use in the field of spectrometry, namely, conducting high-resolution parallel spectral analysis in a wide range of optical radiation sources, direct contacts of spectral equipment with which are not possible or not desirable due to the presence of near such sources of aggressive chemical environment, elevated temperature, humidity;

- для заявленной полезной модели в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных или других известных до даты подачи заявки средств;- for the claimed utility model in the form as described in the independent claim, the possibility of its implementation using the described or other means known prior to the filing date of the application is confirmed;

- средство, воплощающее заявленную полезную модель при его осуществлении, способно обеспечить получение указанного технического результата.- a tool that embodies the claimed utility model in its implementation, is able to provide the specified technical result.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».Therefore, the claimed utility model meets the patentability condition “industrial applicability”.

Claims

1. A parallel spectrum analyzer of the optical signal spectrum, comprising a signal spectrum analysis channel, consisting of forming optics, a matching element, a photodetector and a registrar, characterized in that the device further comprises a group of optical fibers, a spectrometric information processing unit, an indication unit, a control panel and n signal spectrum analysis channels, in each of which an interference filter is installed sequentially installed along the light beam, the second matching electric an element whose output is connected to the input of the photodetector, and the input of the interference filter is optically connected to the output of the first matching element, with n outputs of the group of optical fibers connected to the inputs of the first matching elements for each channel, and the input is optically connected to the forming optics, n inputs of the spectrometric processing unit information are connected to the outputs of the photodetectors of each channel, and n + 1 input of the spectrometric information processing unit is connected to the control panel, its first output is connected to the recorder rum, and the second with an indication unit.

2. The device according to claim 1, characterized in that the group of optical fibers is made in the form of a bundle of n optical fibers with one common input, divided at the end into n fibers.

3. The device according to claim 1, characterized in that the spectrometric information processing unit comprises a multiplexer, n inputs of which are connected to the outputs of the photodetectors of each channel, n + 1 input through the bus is connected to one of the outputs of the microcontroller, and the output is connected to the input of the amplifier, the output which is connected to one of the inputs of the amplification unit, the second input of which is connected through the bus to one of the outputs of the microcontroller, and the output to the input of the microcontroller, one of the inputs of the microcontroller through the bus is connected to the control panel, and one of the outputs The code is connected to the input of the display unit via the bus, the level converter is connected to the microcontroller via a bi-directional bus, and to the recorder via a bi-directional bus.