SU1000778A1

SU1000778A1 - Spectral instrument for rapid measuring of monochromatic radiation wave length

Info

Publication number: SU1000778A1
Application number: SU813347071A
Authority: SU
Inventors: Сергей Алексеевич Михнов; Игорь Петрович Шахлай
Original assignee: Ордена Трудового Красного Знамени Институт Физики Ан Бсср
Priority date: 1981-10-09
Filing date: 1981-10-09
Publication date: 1983-02-28

Description

Изобретение относитс к спектроскопии , в частности к спектрометрам монохроматического излучени , и может быть использовано дл оперативного измерени длины волны монохроматического излучени .The invention relates to spectroscopy, in particular to monochromatic radiation spectrometers, and can be used to quickly measure the wavelength of monochromatic radiation.

Известны спектральные приборы различного типа, содержащие осветительную , спектральную и приемно-регистрирующие части. В спектральной части этих приборов установлена диспергирующа система либо селективный модул тор l.Known spectral devices of various types containing lighting, spectral and receiving and recording parts. A dispersing system or a selective modulator l are installed in the spectral part of these devices.

Все эти приборы не позвол ют оперативно измер ть длину волны излучени при спектральной перестройке источника и имеют большие габариты и вес.All these devices do not allow for the prompt measurement of the radiation wavelength during the spectral tuning of the source and have large dimensions and weight.

Наиболее близким к предлагаемому вл етс спектральный прибор дл оперативного измерени длины волны монохроматического излучени , содержащий многоканальный оптический детектор и схему регистрации, причем каждый канал оптического детектора состоит из последовательно расположенных по ходу луча диспергирующей среды, выполненной в виде спектрального фильтра и фотоприемника 2.The closest to the present invention is a spectral instrument for the rapid measurement of the wavelength of monochromatic radiation, containing a multi-channel optical detector and a recording circuit, each channel of the optical detector consisting of successively arranged along the beam of the dispersing medium, made in the form of a spectral filter and a photodetector 2.

Недостатком этого прибора вл етс то, что он не позвол ет измер ть длину волны с высокой точностью в широком спектральном интервале при наличии фоновой засветки и дает большие ошибки при измерени х с ма .пыми соотношени ми сигнал/шум.The disadvantage of this device is that it does not allow to measure the wavelength with high accuracy in a wide spectral interval in the presence of background illumination and gives large errors in measurements with the highest signal-to-noise ratios.

Цель изобретени - расширение спектрального диапазона измерений и The purpose of the invention is to expand the spectral range of measurements and

10 повышение точности измерени в широком спектральном интервале при наличии высокого уровн фоновой засветки и малых соотношени х сигнал/ шум.10 an increase in the measurement accuracy in a wide spectral range in the presence of a high level of background illumination and low signal-to-noise ratios.

1515

Поставленна цель достигаетс тем, что в спектральном приборе дл оперативного измерени длины волны монохроматического излучени , содержащем многоканальный оптический The goal is achieved by the fact that in a spectral device for the rapid measurement of the wavelength of monochromatic radiation containing multi-channel optical

20 детектор и схему регистрации, причем каждый канал оптического детектора состоит из последовательно расположенных по ходу луча диспергирующей среды, выполненной в виде спектраль25 ного фильтра и фотоприемника, фильтры выполнены так, что спектральна полоса пропускани каждого из них имеет вид плавной кривой или ломаной линии с одной экстремальной точ30 кой, в максимуме пропускани , симметричной относительно линии, проведенной через данную точку экстремума и середину полосы пропускани , и пересекаетс с полосами пропускани фильтров смежных каналов по полувыicoTB , при этом в прибор введен логический блок, а в каждом канале дополнительно установлены п компараторов , причем входы компараторов соединены с выходами фотбприемников, вход логического блока соединен с выходами компараторов, а выход логического блока соединен с входом схемы регистрации.20 detector and detection circuit, each channel of the optical detector consisting of successively dispersed medium along the beam, made in the form of a spectral filter and a photodetector, filters are made so that the spectral bandwidth of each of them has the form of a smooth curve or broken line with one extreme point, at a maximum transmittance that is symmetrical with respect to the line drawn through this extremum point and in the middle of the passband, and intersects the filter passbands. in adjacent channels by poluvykoTB, with the logical block entered into the device, and in each channel additional comparators are installed, the comparators' inputs are connected to the outputs of photo receivers, the input of the logical block is connected to the outputs of the comparators, and the output of the logical block is connected to the input of the registration circuit.

На фиг. 1 представл на блок-схема устройства, на фиг. 2 - график зависимости пропускани спектральных фильтров матрицы от длины волны .FIG. 1 is a block diagram of the device; FIG. 2 is a graph of the transmittance of the spectral filters of the matrix versus wavelength.

Устройство содержит освещаемый . рассе нным монохроматическим излучением N-канальный оптический детектор , в каждом канале которого установлен фотоприемный блок 1 со спектральным фильтром 1 , полоса пропускани которого имеет вид плавной кривой или ломаной линии с одной экстремальной точкой, в максимуме пропускани , симметрична относительно линии, проведенной через-данную точку экстремума и середину полосы пропускани и пересекаетс с полосами пропускани смежных каналов, компараторы 2, логический блок 3 и схему 4 регистрации. Выходы каждого фоиоприемника блока 1 соединены с входами п компараторов 2, выходы которых подсоединены к входу логического блока 3, а выход его соединен с входом схемы 4 регистрации. The device contains illuminated. scattered monochromatic radiation N-channel optical detector, in each channel of which a photodetector unit 1 is installed with a spectral filter 1, the bandwidth of which has the form of a smooth curve or a broken line with one extreme point, at maximum transmission, is symmetric with respect to the line drawn through the extremum point and the middle of the passband and intersects with the bandwidths of adjacent channels, comparators 2, logic block 3 and registration circuit 4. The outputs of each receiver unit 1 is connected to the inputs n of the Comparators 2, the outputs of which are connected to the input of the logic unit 3, and its output is connected to the input of the registration circuit 4.

Логический блок 3 представл ет собой устройство, преобразующее сигналы компараторов в потенциальные сигналы логических уровней, обрабатывающее данные сигналы по заданном алгоритму и синхронизирующее работу прибора.Logic block 3 is a device that converts the comparators' signals into potential logic level signals, processes these signals according to a given algorithm and synchronizes the operation of the device.

С помощью фиг. 2 йо сн етс выбор относительных значений уровней срабатывани компараторов, установленных в каждом канале. Дл этого нужно разбить спектральные зоны между точками, соответствующими максимумам пропускани смежных фильтров на 2п участков (п - количество компараторов в канале). Из середины этих участков нужно провести линии, параллельные оси ординат.Using FIG. 2 yo selects the relative values of the trigger levels of the comparators installed in each channel. To do this, it is necessary to split the spectral zones between the points corresponding to the transmission maximums of adjacent filters into 2p sections (n is the number of comparators in the channel). From the middle of these sections it is necessary to draw lines parallel to the ordinate axis.

Отсчеты по оси ординат, соответствующие точкам пересечени зтих линий с графиками пропускани фильтров , дадут относительные величины уровней срабатывани компараторов.The samples on the ordinate axis, corresponding to the intersection points of these lines with the filter transmission graphs, will give relative values of the comparators' response levels.

Абсолютное значение наименьшего уровн срабатыва ш компаратора определ етс по заданным значени м веро тностей правильного обнаружеНИИ и ложной тревоги и пороговой чувствительности фотоприемного блока 1. Количество каналов N и компараторов в каждом канале определ етс , исход из технических требований , предъ вл емых к прибору в конкретной задаче измерени длины волны. Точность измерени длины волны монохроматического 1 злучени равнадЛо ,5 2И The absolute value of the smallest trigger level of a comparator is determined by the given values of the likelihood of correct detection and false alarm and the threshold sensitivity of the photoreceiver unit 1. The number of channels N and comparators in each channel is determined based on the technical requirements imposed on the device The task of measuring the wavelength. Monochromatic wavelength measurement accuracy of 1 radiation equal to 5 5I

где ДД.0,5 - ширина полосы пропускани спектрального фильтра по полувысоте/where DD.0.5 is the bandwidth of the spectral filter at half-height /

5 п количество компараторов в канале (количество уровней).5 p the number of comparators in the channel (the number of levels).

Реальные фильтры могут иметь кривые пропускани , отличные от изобра0 женных на графике (фиг. 2) . ..В этом случае, интегриру сигналы в фотоприемном блоке, относительные значени порогов срабатывани компараторов можно определ ть по отношениюReal filters may have transmission curves that are different from those shown in the graph (Fig. 2). In this case, by integrating the signals in the photodetector unit, the relative values of the thresholds of the comparators can be determined by the ratio

5 площадейг участков, ограниченных осью абсцисс, кривой пропускани и пр мыми, параллельными оси ординат , которые дел т спектральную зону между максимумами пропускани 5 areas of the sections bounded by the abscissa axis, the transmission curve and straight lines parallel to the ordinate axis, which divide the spectral zone between the transmission maxima

0 Смежных фильтров на уча.стки, ширина которых соответствует заданной точности измерени длины волны монохроматического излучени .There are 0 adjacent filters on the sections, the width of which corresponds to a given accuracy of measuring the wavelength of monochromatic radiation.

Дл крайних каналов устройства количество компараторов должно быть увеличено на п штук и дл них должны быть установлены более высокие уровни срабатывани в соотвез ствии с пропусканием спектральных (р льтров крайних каналов в зонах, гдеFor the extreme channels of the device, the number of comparators should be increased by n pieces and for them higher response levels should be established in accordance with the transmission of the spectral (the length of the extreme channels in the zones where

0 исследуемое излучение проходит только через один фильтр.0 The radiation under study passes through only one filter.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

C Монохроматическое рассе нное излучение направл етс на N фотоприемных блоков 1 и проходит в один или два канала, благодар спектральной селекции, котора выполн етс C Monochromatic scattered radiation is directed to N photodetector blocks 1 and passes into one or two channels, due to spectral selection, which is performed

„ установленными в фотоприемных блоках фильтрами 1 . Сигналы с выходов фотоприемников -поступают на входы установленных в каждом канале п компараторов 2, каждый из которых настроен на определенный уровень, Сиг- налы с выходов всех каналов заведены на вход логического блока 3, ко-, торый преобразует импульсные сигналы в потенциальныеJ обрабатывает их по заданному алгоритму в зависимос0 ти от соотношени числа каналов и количества компараторов в канале и синхронизирует работу устройства.„Installed in photodetector units filters 1. The signals from the outputs of photodetectors come to the inputs of Comparators 2 installed in each channel, each of which is tuned to a certain level. Signals from the outputs of all channels are connected to the input of logic unit 3, which converts the pulse signals to potential signals. This algorithm depends on the ratio of the number of channels and the number of comparators in the channel and synchronizes the operation of the device.

Claims

The registration circuit 4 interprets the signals of the logic unit 3 and searches for the measurement results. The device allows operatively measuring the wavelength of monochromatic radiation. The number of channels is selected based on the required measurement accuracy in a given spectral interval and the operating conditions of the instrument. For example, if the device is intended for operation in the presence of a high background level in the spectral interval under study, it is advisable to increase the number of channels, since in each channel the background radiation will pass only within the passband of the filter. If there is no strong background light, then to simplify the device, it is advisable to reduce the number of channels, the required accuracy is achieved by increasing the number of comparators in each channel, since the level of modern microelectronics allows us to produce microchips with several comparators in one package. The proposed devices are particularly useful in measuring the wavelength of pulsed monochromatic radiation, when the moment of the appearance of signals is unknown. For example, when decoding the spectral composition of radiation from a laser-illuminated aiming device. , In addition, this device simplifies the automation of the processing of measurement results, since the signals of the comparators can correspond to the levels of logic O and the invention. Spectral instrument for the operational measurement of the wavelength of monochromatic radiation, containing a multi-channel optical detector and a recording circuit, each channel The detector consists of successively dispersed medium along the beam, made in the form of a spectral filter and a photodetector, characterized in that that, in order to expand the spectral range of measurements and increase the measurement accuracy in the presence of a high level of background illumination and small signal-to-noise ratios, the filters are designed so that the spectral bandwidth of each of them has the form of a smooth curve or broken line with one extreme point at the maximum transmission, symmetrical with respect to the line drawn through this extremum point and the middle of the passband, and intersects with the passbands of the filters of adjacent channels at half-height, while in boron introduced logical block, and each channel further set n comparators, the inputs of the comparators are connected s.vyhodami photodetectors logic block input connected to the outputs of the comparators and the logic unit output is connected to the input of the recording circuit. Sources of information taken into account in the examination 1. Tarasov KI Spectral instruments, L. °, Mashinostroenie, 1977, p. 297.

2.Shishlovsky A.A. Applied Physical Optics, M., 1961, pp. 616-618.

I-§

AT

fs

-0N

/ i

/ L /

- &

fig i