SU947652A1

SU947652A1 - Infrared spectrophotometer

Info

Publication number: SU947652A1
Application number: SU813241933A
Authority: SU
Inventors: Олег Васильевич Александров; Евгений Андреевич Виноградов; Леонид Борисович Кацнельсон
Original assignee: Предприятие П/Я А-1705; Институт Спектроскопии Ан Ссср
Priority date: 1981-01-30
Filing date: 1981-01-30
Publication date: 1982-07-30

Description

Изобретение относитс к спектральному приборостроению и может быть использовано дл создани высокочастотных спектрофотометров.The invention relates to spectral instrumentation and can be used to create high-frequency spectrophotometers.

Известны инфракрасные спектрофотометры , в которых дл модул ции излучени или коммутации оптических каналов используетс прерыватель, периодически вводимый в поток излучени 1 .Infrared spectrophotometers are known in which a radiation chopper, periodically introduced into radiation flux 1, is used to modulate radiation or switch optical channels.

Недостаток известных инфракрасных спектрофотометров заключаетс в том, что в них не исключены погрешности, обусловленные собственным излучением спектрофотометра. Это мешающее излучение попадает на детектор спектрофотометра в те полупериоды движени прерывател , когда он перекрывает поток излучени от источника на детектор. Источниками мешающего излучени мо- гут быть как сам прерыватель, когда он имеет достаточно большой спектральный коэффициент излучени , так и излучение различных нагретых деталей, когда прерыватель отражающий.A disadvantage of the known infrared spectrophotometers is that they do not exclude errors due to the spectrophotometer's own radiation. This interfering radiation enters the spectrophotometer detector in those half-periods of the motion of the interrupter when it blocks the radiation flux from the source to the detector. The sources of interfering radiation can be both the breaker itself, when it has a sufficiently large spectral coefficient of radiation, and the radiation of various heated parts, when the breaker is reflective.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому вл етс спектральное устройство, содержащее последовательно установленные источник излучени , зеркальный прерыватель.The closest technical solution to the present invention is a spectral device containing a sequentially installed radiation source, a mirror chopper.

ионохроматор, детектор и -оптическй1Г /поглотитель, оптически сопр женный с детектором посредством зеркгильного прерывател t.Ionochromator, detector and optical / G / absorber, optically conjugated to the detector by means of a ziggilny interrupter t.

к недостаткам можно отнести низкую точность измерений за счет погрешностей , обусловленный неравенством температуры детектора и оптического поглотител .The disadvantages include low accuracy of measurements due to errors due to the inequality of the temperature of the detector and the optical absorber.

10ten

Целью изобретени вл етс повышение точности измерени путем уменьшени погрешностей, обусловленных непосто нством нулевого сигнала.The aim of the invention is to improve the measurement accuracy by reducing the errors due to non-zero signal.

Поставленна цель достигаетс The goal is achieved

15 благодар тому, что в инфракрасный спектрофотометр, содержащий последо- вательно установленные источник излучени , зеркальный прерыватель, монохромато ), детектор и оптический 15 due to the fact that an infrared spectrophotometer containing a successively installed radiation source, a mirror chopper, a monochromat), a detector and an optical

20 поглотитель, оптически сопр женный с детектором посредством зерксшьного прерывател , введено устройство дл выравнивани температуры между оптическим поглотителем и детеЛтором.A 20 absorber optically coupled to the detector by means of a mirror chopper, a device for temperature equalization between the optical absorber and the detector was introduced.

2525

На чертеже показана принципиальНа схема Инфракрасного спектрофотометра .The drawing shows a schematic of the Infrared spectrophotometer.

Инфракрасный спе,ктрофотометр со-держит источник 1 излучени , например, керг1мический излучатель, зеркгшьный прерыватель 2, выполненный,например , в виде полудиска, установленного с возможностью вращени вокруг своей оси 3, монохроматор 4, детекто 5, оптический поглотитель б и устрой ство 7 поддержани температуры оптического поглотител 6, равной с требуемой точностью температуре детектора 5, который подключен к измерите lьнoй системе 8, св занной с не изоб раженными на-чертеже индикаторным Прибором, регистрирующим устройством ЭВМ и т.п. Оптический поглотитель б представл ет собой физический объект у которого спектральный коэффициент отражени , Кд. в рабочем спектральном интервале спектрофотометра близок нулю. Оптический поглотитель б целесообразно выполнить в виде камеры, форма внутренней полости 9 которой обеспечивает многократное отражение любого вошедшего в нее луча. При этом на стенки внутренней полости 9 нанесено покрытие,, поглощающее излучение . Возможно также выполнение оптического поглотител б в виде пластин из металла с высокой теплопроводностью , покрытого сажей. Устройство поддержани температуры оптического поглотител может пре ставл ть собой, например, ультратермостат с жидким теплоносителем, обмы вающим корпус детектора 5 и поглотитель 6. В простейшем варианте это устройство 7 поддержани температуры может быть выполнено в виде металлического термопроводника. При этом он одно временно может.служить конструктивным элементом, к которому креп тс как детектор, так и оптический погло титель. , Пл,оскость 10 зеркального прерывател 2 выполнена зеркальной, при этом углы оС , оС|, образованные нормалью N к плоскости 10 зеркального прерывател 2, соответственно с ос ми 0-10 оптического поглотител б и не изображенной на чертеже проекционной системы, направл ющей излучение источника 1 излучени на входную щель монохроматора 4, равны друг другу. Кюветное отделение или держатель исследуемого образца ИО расположены между зеркальными прерывателем 2 и монохроматором 4. Размеры L, Н выходного окна оптического поглотител б выбраны из .условий L l+2StgU, H:j.h+2StgU , где 1, h высота и ширина источника 1 излучени соответственному - входной апертурный угол проекционной системы, а S - абс лютное значение разности рассто ний ОТ оптического поглотител б и источника 1 излучени до рервого оптического элемента проекционной сие темы. Если рассто ние от него до оп тического поглотител б больше, чем от источника 1 излучени , то на оси 0 0 перед оптическим поглотителем б целесообразно установить диафрагму 11, рассто ние от которой до зеркального прерывател 2 следует выбрать рав- ным S. Инфракрасный спектрофотометр работает следующим образом. В течение одного полупериода своего вращени зеркальный прерыватель 2 выведен из потока излучени от истбчника 1 излучени . В этот полупериод излучение попадает на исследуемый образ ад ИО,. Часть монохроматического излучени , прошедша через образец и цонохроматор 4, создает с помощью проекционной системы изображение из- точника 1 излучени на приемной площадке детектора 5. В следующий полупериод своего вра- щени , соотвествующий нулевому сигналу, зеркальный прерыватель 2 перекрывает noiok излучени от источника i излучени и одновременно сопр гает своей зеркалы ой плоскостью 10 оптический поглотитель б и детектор 5. При этом благодар выбору указанных значений L и Н он направл ет вдоль оси Ол Oq только поток, представл ющий собой сумму собственного излучени поглотител и диффузного отраженного им излучени нагретых элементов спектрофотометра. Никакие другие потоки на детектор 5 в это врем не попадают, потому что прерыватель так же,как и другие элементы оптической схемы, имеет спектральный коэффициент излучени . Значение первой из указанных сое- тавл ющих нулевого сигнала определ -. етс теплообменом между детектором и поглотителем и зависит от разности температур между ними, значение второй составл ющей определ етс спектральным коэффициентом отражени поглотител ... Благодар введению оптического поглотител б с малым Кд и .устройства 7 поддержани его температуры, близкой температуре детектора 5, обе эти составл ющих малы, так что их . флуктуации не вли ют на посто нство: нулевого сигнала, и следовательно, не внос т погрешности измерений. .Требовани на точность поддержани равенства температур между оптическим поглотителем и детектором и на R-1 однозначно св заны с допустимой абсолютной фотометрической погрешностью дТ спектрофотометра. Можно показать f что фотометрическа погрешность dTj, вызванна нестабильностью нулевого сигнала dд, выражаетс формулой (-T;v)t (1)Infrared SP, a khotrophotometer contains a radiation source 1, for example, a Kerberic emitter, a zigzag interrupter 2, made, for example, in the form of a half disk, mounted rotatably around its axis 3, a monochromator 4, a detector 5, an optical absorber B, and a device 7 maintaining the temperature of the optical absorber 6, equal to the required accuracy of the temperature of the detector 5, which is connected to the measuring system 8, associated with the un Indicated Indicator, computer recording device, etc. Optical absorber b is a physical object whose spectral reflectance, cd. in the working spectral range of the spectrophotometer is close to zero. Optical absorber b is expedient to perform in the form of a camera, the shape of the internal cavity 9 of which provides multiple reflection of any beam entering it. At the same time on the walls of the internal cavity 9 is coated, absorbing radiation. It is also possible to perform the optical absorber b in the form of plates of metal with high thermal conductivity, covered with soot. The device for maintaining the temperature of the optical absorber can be, for example, an ultrathermostat with a heat-transfer fluid washing the detector housing 5 and the absorber 6. In the simplest form, this device 7 for maintaining the temperature can be made in the form of a metal thermal conductor. At the same time, it can simultaneously serve as a structural element to which both the detector and the optical absorber are attached. , Pl, brightness 10 of the mirror interrupter 2 is made mirror, with the angles оС, оС | formed by the normal N to the plane 10 of the mirror interrupter 2, respectively, with the axes 0-10 of the optical absorber b and the radiation projection system not shown in the drawing The radiation source 1 to the entrance slit of the monochromator 4 is equal to each other. The cuvette compartment or sample holder of the IO sample is located between the mirror chopper 2 and the monochromator 4. The dimensions L, H of the output window of the optical absorber b are chosen from the conditions L l + 2StgU, H: j.h + 2StgU, where 1, h is the height and width of the source 1 radiation, respectively, is the input aperture angle of the projection system, and S is the absolute value of the difference between the FROM of the optical absorber b and the source of radiation 1 to the first optical element of the projection theme. If the distance from it to the optical absorber b is greater than from the source of radiation 1, then on the axis 0 0 in front of the optical absorber b it is advisable to set a diaphragm 11, the distance from which to the mirror interrupter 2 should be equal to S. The infrared spectrophotometer works in the following way. During one half period of its rotation, the mirror chopper 2 is removed from the radiation flux from the radiation source 1. In this half-period, the radiation falls on the image under investigation, hell of an IO ,. The part of monochromatic radiation passing through the sample and the co-chromator 4 creates, using a projection system, an image of radiation source 1 at the receiving site of detector 5. In the next half-period of its rotation, corresponding to the zero signal, the mirror chopper 2 blocks the noiok of radiation from source i of radiation and at the same time the optical absorber b and detector 5 are conjugating their mirror with plane 10, and, due to the choice of the indicated values of L and H, it directs along the Ol axis Oq only the stream representing the amount of self-radiation of the absorber and the diffuse reflected radiation of the heated elements of the spectrophotometer. No other streams into detector 5 at this time fall, because the interrupter, like the other elements of the optical circuit, has a spectral emission coefficient. The value of the first of the indicated zero signal signals is defined as -. heat exchange between the detector and the absorber depends on the temperature difference between them, the value of the second component is determined by the spectral reflectance of the absorber ... By introducing an optical absorber b with a small cd and device 7 maintaining its temperature close to the temperature of the detector 5, both these components are small, so their. fluctuations do not affect the constancy of the: zero signal, and therefore, no measurement errors are introduced. The requirements on the accuracy of maintaining the equality of temperatures between the optical absorber and the detector and on R-1 are uniquely related to the permissible absolute photometric error dT of the spectrophotometer. It can be shown f that the photometric error dTj caused by the instability of the zero signal dd is expressed by the formula (-T; v) t (1)

Claims

Claim

An infrared spectrophotometer containing in series a radiation source, a mirror chopper, a monochromator, a detector and an optical absorber optically coupled to the detector by means of a 10 mirror chopper, characterized in that; In order to increase the accuracy of measurements by reducing errors due to the inconstancy of the zero signal of 15 l, a device was introduced into it for equalizing the temperature between the optical absorber and the detector.

' Sources of information,

Taken into account during the examination of 20 " ^K Spectrometer infrared IKS-31.

Technical description and operating instructions LOMO, 1977, p. 6-7.

2. Copyright certificate of the USSR No. 211119, cl. G 01 J 3/42, 1963..

ВНИИПИ Order 5618/62 Circulation 887 Subscription

Branch of PPP Patent, Uzhhorod, st. Project, 4