Устройство для регистрации контуров спектральных линий люминесценции

Устройство для регистрации контуров спектральных линий люминесценции

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(iii868499

ОП ИСАНИ Е

ИЗО6РЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (6! ) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлена 23. 01. 80 (21) 2873475/18-25 (5 3 ) М. Кл. G 0l N 21/5j с присоединением заявки М—

)Ьоударотмниый комитет

СССР (23) Приоритет— но делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.09.81. Бюллетень _#_s 36

Дата опубликования описания 01 ° 10 ° 81 (53) УДК 535 8 (088.8) П. П. Луцик, Л. Г. Богатков, Ю. А. Скрипник, Л.Б.Шпайзман и Л. А. Глазков (72) Авторы изобретения

Киевский политехнический институт легкой промышленности, t (7I ) Заявитель

f с (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ КОНТУРОВ

СПЕКТРАЛЬНЫХ ЛИНИЙ ЛОИИНЕСЦЕНЦИИ

Изобретение относится к неразрушаю. щему контролю физико-химических свой кв материалов электромагнитными колебаниями оптического диапазона и может быть использовано для регистрации контуров спектральных линий люминесценции каучуков, резин, гуммировочных покрытии, растворов и расплавов полимеров, а также других пластических материалов с повышенной точностью

Известны устройства для регистрации контуров спектральных линий люминесценции, в которых используются двухлучевые схемы, содержащие -измеритель15 ный и сравнительный каналы (I ).

Недостатком этих устройств является влияние неизбежной неидентичности характеристик двух фотоприемников и,нестабильности их характерис20 тик на точность воспроизведения контура спектральных линий люминесценции.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому является двухлучевое устройство с периодическим прерыванием световых потоков в измерительном и сравнительном каналах, содержащее ультрафиолетовый лазер, возбуждающий люминесцентный пучок, световод для фор мирования и передачи этого пучка, светоделительную пластину, установленную на пути пучка, управляемые оптические затворы, установленные на пути измеряемого и сравниваемого люминесцентных пучков, блок сканирования, монохроматор регистрации, размещенные в измерительном канале, зеркало, полупрозрачное зеркало — в сравнительном канале, приемник оптического излучения, выходом соединенный через последовательно включенные логарифматор, избирательный усилитель частоты прерывания с входом синхронного детектора, управляющий вход которого соединен с противофазными выходами низко868499

30

40 частотного генератора частоты прерывания и управляющими входами оптических затворов, выход синхронного детектора подключен к самопишущему вольтметру, двигатель регистратора которого кинематически связан с механическим приводом блока сканирования (2 j

Недостаток данного устройства состоит в трудности регистрации малых отклонений контура спектральных линий, характеризующих структурные и химические изменения состава контролируемого материала. Это обусловлено тем, что выходной сигнал известных устройств регистрации контуров спектральных линий люминесценции пропорционален абсолютным значениям интенсивностей спектральных излучений.

Поэтому на фоне больших величин интенсивностей излучений трудно обнаружить их малые отклонения. Анализ контура спектральных линий люминесценции особенно усложняется, если контроли— руемые отклонения соизмеримы с погрешностями измерений.

Цель изобретения — повышение точности и чувствительности регистрации малых отклонений контура спектральных линий люминесценции. с

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регистрации контуров спектральных линий люминесценции, содержащее ультрафиолетовый лазер, возбуждающий люминесцентный пучок, световоц для формирования и пе— редачи этого пучка, светоделительную пластинку, установленную на пути пучка, управляемые оптические затворы, установленную на пути измеряемого и сравниваемого люминесцентных пучков, блок сканирования, монохроматор регистрации, размещенные в измерительном ,канале, зеркало, полупрозрачное зеркало — в сравнительном канале, приемник оптического излучения, выход которого соединен через последовательно включенные логарифматор, избира-. тельный усилитель частоты прерывания с входом синхронного детектора, управляющий вход которого соединен с противофазными выходами низкочастотного генератора частоты прерывания и управляющими входами оптических затворов,. выхрд синхронного детектора подключен к самопишущему вольтметру, двигатель регистратора которого кинематически связан с механическим приводом блока сканирования, введены

50 55 блок управления, реверсивная муфта, опический аттенюатор, реохорд, источник стабилизированного напряжения, / соединенный с реохордом, подвижный контакт которого через реверсивную муфту кинематически связан с блоком сканирования и электрически соединен с управляющим входом оптического аттенюатора, блок управления, соединенный с двигателем регистратора самопишущего вольтметра и реверсивной муфтой, монохроматор фиксированной длины волны, расположенный между зеркалом и полупрозрачным зеркалом сравнительного канала.

На фиг. 1 изображены параметры относительных отклонений интенсивностей ф реального и аппроксимирующего контуров спектров люминесценции; на фиг. 2 — функциональная схема устройства.

Функциональная схема устройства содержит ультрафиолетовый лазер 1 постоянной длины волны, контролируемый материал 2, оптический световод

3, светоделительную пластинку 4, первый управляемый оптический затвор 5, блок 6 сканирования, моно— хроматор 7 регистрации, полупрозрачное зеркало 8, приемник 9 оптического излучения, выходом соединенный

-через последовательно включенные логарифматор 10, избирательный усилитель 11 частоты прерывания †. с сигнальным входом синхронного детектора

12, управляющий вход которого соединен с входами низкочастотного генератора 13 частоты прерывания. Выход синхронного детектора подключен к самопишущему вольтметру 14. Второй управляемый оптический затвор 15, оптический аттенюатор 16, зеркало 17, монохроматор 18 фиксированной волны расположены на пути сравнительного люминесцентного пучка. Реохорд 19 соединен с источником 20 стабилизированного напряжения, подвижный контакт реохорда через реверсивную муфту 21 кинематически связан с механическим приводом блока 6 сканирования и электрически соединен с управляющим входом оптического аттенюатора

16 ° Противофазные выходы генератора

13 подключены к управляющим входам оптических затворов 5 и 15, двигатель регистратора самопишущего вольтметра

14 кинематически связан с механическим приводом блока и блоком 22 уп86

20 равления с которым соединен управляющий вход реверсивной муфты 21.

Устройство работает следующим образом.

Непрерывный когерентный монохроматический пучок постоянной интенсивности lд от ультрафиолетового лазера 1 постоянной длины волны направляется на контролируемый материал 2.

Б результате поглощения лазерного излучения контролируемым материалом возникает видимое свечение люминесценции с интенсивностью !

Л (" ) К)„1О где ! — интенсивности люминесо ценции и возбуждающего лазерного излучения соответственно;

К вЂ” спектральный коэффициент преобразования лазерного излучения в люминесцентное.

Люминесцентное излучение воспринимается световодом 3, с помощью которого люминесцентный пучок передается на светоделительную пластинку 4, где происходит расщепление этого пучка на измеряемый и сравниваемый люминесцентные пучки, имеющие соответственно интенсивности 1 и 1, причем 14 и 2 в одинаковой мере зависят от мощностй исходного возбуждающего излучения.

Следовательно, Л (А) К4(4 !2) Л, о где К вЂ” коэффициент передачи светоЛ вода 3.

Полученные при расщеплении люминесцентного пучка измеряемый и сравниваемый пучки направляются по отдельным оптическим трактам к приемнику 9 оптического излучения.

Измеряемый пучок проходит управляемый затвор 5, блок 6 сканирования, монохроматор 7 регистрации, полупрозрачное зеркало 8 и воспринимается приемником 9 оптического излучения.

Блок 6 сканирования выводит на выходную щель монохроматора 7 регистрации различные участки исследуемого спектра люминесценции.

Сравниваемый люминесцентный пучок проходит второй управляемый оптический затвор 15, оптический аттенюатор

16, отражается зеркалом 17, пропускается монохроматором 18 постоянной длины волны, отражается полупрозрачным зеркалом 8 и воспринимается приемником 9 оптического излучения.

8499 6

Работа управляемых оптических эат. воров 5 и 15 регулируется противофазными импульсами низкочастотного генератора 13 частоты прерывания. В результате поочередного открывания оптических затворов 5 и 15, управляемых ,импульсами генератора 13, происходит поочередное прерывание измеряемого и сравниваемого люминесцентных пучков, что приводит к формированию оптических радиоимпульсов со скважностью, равной двум:! = — (1 +Sign Sin t ), 3 2

= — 4 Т (1 — Sign S1nR t ), ф 2 2 где T — коэффициент пропускания оптического аттенюатора 16 на средней длине волны

- круговая частота прерывания.

Сформированные оптические радиоимпульсы с интенсивностями 1 и 1, проходят по соответствующим элементам измерительного и сравнительного оптических трактов.

Сканирование измеряемого люминесцентного пучка начинается по команде блока 22 управления включением двигателя протяжки диаграммной ленты са30 мопишущего вольтметра 14. Одновременно с движением диаграммной ленты начинается перемещение щели блока сканирования и подвижного контакта реохорда 19. При этом с помощью реверЗ5 сивйой муфты 21 обесПечивается движение контакта реохорда в сторону увеличения его выходного напряжения. С учетом этого интенсивность измеряемого пучка на выходе монохроматора

40 регистрации описывается соотношением

Г " 1„4 )(1+7„(k)3()+Qg В 9М

45 где l (1,) — интенсивность линейно из4 меняющегося -аппроксимирующего контура спектральных линий на участке левого ската.

50 Интенсивность излучения сравниваемого пучка на выходе монохроматора

18 фиксированной (средней ) длины вол-. ны описывается соотношением

О

55 - 1 Т (1 - Sign S!пФt )

6 2 где - интенсивность люминесцент2 ного излучения на средней длине волны 1 ср О

868499

Величина коэффициента пропускания оптического аттенюатора 16 подчиняется соотношению т = КРОО где К вЂ” коэффициент пропорциональP ности, зависящий от положения подвижного контакта реохорда (длины волны );

К „ — коэффициент преобразования напряжения в относительное измерение оптической плотности;

Π— напряжение питания реохорО да 19.

С учетом величины коэффициента пропускания т оптического аттенюатора 16 интенсивность излучения сравниваемого пучка равна

15

I - „К О (1 в Sign Sin Я.t )

К4 12

6 2 РО

Далее оптические радиоимпульсы (со скважностью, равной двум) измерительного и сравнительного каналов поочередно с помощью полупрозрачного зеркала 8 направляются на приемник

9 оптического излучения, с помощью которого они преобразуются в электри— ческие видеоимпульсы О„и О2.

25

U = — (((„(i) )() i у и в(и()л), с К (1-((Х ) ЭО

Π— ) „К Оо(1-S ign S inЯ.t), dК 1х где (1= коэффициент преобразования оптических сигналов (радиоимпульсов) в электрические приемником 9 оптического излучения на средней длине волны . р.

Напряжения 0,1 .и 0 2 с выхода приемника оптического излучения поступают на вход логарифмического преобразователя 10, где подвергаются функцио„ нальному преобразованию в напряжения

U g и О соответственно:

45

" 5"Еи"(О"„) (j b+X(K)«„ )) „„) )) ()ц ((()2) (и(K ()ОО"9фи61ием)),- 50 где S — крутизна логарифмического преобразователя 10.

l 55

Избирательным усилителем 11 частоты прерывания выделяется перемен— ная составляющая напряжения О, про.— порциональная огибающей видеоимпуль— сов (разности логарифмов амплитуд радиоимпульсов):

u = к (e> О,— ь.ц,,) = к еи-" =

К ((((Л)5

2 51 ) И Ь111 Я.1, Ка <Р "о 12 где К вЂ” коэффициент усиления изби. рательного усилителя 11.

Усиленное напряжение U синхрон— но детектируется синхронным детектором 12 на выходе которого получают постоянное напряжение U0 .

О-КК Е где К вЂ” коэффициент выпрямления син3 хронного детектора 12.

Так как скорость нарастания интенсивностей 1 „(k) от длины волны и коэффициента пропускания Т опти— ческого аттенюатора 16 одинаковы, причем 14 (Л) стремится к I на участке левого ската аппроксимирующего контура (фиг. 1), то 1 = К КрО 1

С учетом этого соотношения выходное напряжение U6 синхронного детектора

12 равно

О6= К К ЕиО + (И.1.

Из условия равенства абсолютных величин энергий реального и аппроксимирующего контуров спектральных ли— ний люминесценции регистрируемые относительные отклонения значительно меньше единицы g(g) (< 1, то выходное напряжение U6 равно .

Об ) ?.КЬ 5 (1"4 (Л)

Таким ооразом, самопишущий вольтметр 14 регистрирует напряжение, пропорциональное относительному отклонению параметров контура, в частности (4 (),т.e. регистрируется степень отклонения реального контура спектральных линий от аппроксимирующего на участке левого ската трапеции °

При выходе на плоский участок аппроксимирующего контура по команде

1 блока 22 управления с помощью муфты

21 останавливается подвижный контакт реохорда 19 и процесс сканирования люминесцентного излучения продолжается при постоянном значении коэффициента пропускания оптического аттенюатора 16. В этом режиме работы устройства интенсивность излучения измерительного канала

9+%i(1)3(1+ 5111(1 Sl 11 Rt), «К„1, 868499 чувствительность регистрации контуров спектральных линий люминесценции за счет того, что регистрируются относительные отклонения реального контура от аппроксимирующего, которое в большей степени характеризует физико- 40 химические свойства контролируемого материала; относительные отклонения контура не зависят от исходной мощности излучения и коэффициента спек.тральных преобразований К1, а поэтому 45 не требуется стабилизация исходного излучения; исключено влияние нестабильности коэффициента пропускания световода К,1, что обеспечивает дистанционный контроль технологических процессов; исключено влияние вре- менной и температурной нестабильностей приемника и оптического излучения; повышена чувствительность регистрации малых отклонений контуров спектральных линий люминесценции за счет возможности усиления только информативной части электрического сигнала. где || >(P i — параметр, характеризующий. неравномерность участка реального контура спектральных линий.

Интенсивность излучения на выходе сравнительного канала

1,= - — T (1 — Sign SinQ.t )

12

Ь 2 при ycnosHH Т = const, 1 = const (плоский участок).

С учетом описанных выше преобразований получаемое выходное напряжение синхронного детектора 12 равно:

116 = K < S+ (k).

При выходе на начало участка правого ската контура спектральных линий люминесценции блок 22 управления включает муфту 21 в реверсивный режим. Вследствие этого подвижный контакт реохорда 19 перемещается в направлении уменьшения выходного напряжения реохорда, что соответствует уменьшению коэффициента пропускания

Т аттенюатора 16. На выходе синхронного детектора появляется напряжение, пропорциональное относительному отклонению контура от прямой линии, аппроксимирующей правый скат, которое регистрируется самопишущим вольтметром 14:

ОЬ = К 2К„ЬЗ-.,(У.

Предлагаемое устройство по сравнению с известным повышает точность и

10 !

Формула изобретения

Устройство для регистрации контуров спектральных линий люминесценции, содержащее ультрафиолетовьш лазер, возбуждающий люминесцентный пучок, световод для формирования и передачи этого пучка, светоделительную пластинку, установленную на пути пуч ка, управляемые оптические затворы, установленные на пути измеряемого и сравниваемого люминесцентных пучков, блок сканирования, монохроматор регистрации, размещенные в измерительном канале, зеркало, полупрозрачное зеркало — в сравнительном канале, приемник оптического излучения, выход которого соединен через последовательно включенные логарифматор, избирательный усилитель частоты прерывания с входом синхронного детектора, управляющий вход которого соединен с противофазными выходами низкочастотного генератора частоты прерывания и управляющими входами оптических затворов, выход синхронного детектора подключен к самопишущему вольтметру, двигатель регистратора которого кинематически связан с механическим приводом блока сканирования, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и чувствительности регистрации малых отклонений контура спектральных ли" ний люминесценции, в него введены блок управления, реверсивная муфта, оптический аттенюатор, реохорд, источник стабилизированного напряжения, соединенный с реохордом, подвижный контакт которого через реверсивную муфту кинематически связан с блоком сканирования и электрически соединен с управляющим входом оптического аттенюатора, блок управления, соединенный с двигателем регистратора самопишущего вольтметра и реверсивной муфтой, и монохроматор фиксированной длины волны, расположенный между зеркалом и полупрозрачным зеркалом сравнительного канала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Анисимов В. И. и др. Лабораторный спектрофлутиметр для свободных пленочных образцов. -"ПТЭ", 1974, 11 5, с. 154.

Фиг.

2. Китаев Ю. В. Минимизация погрешности периодической автокоррекции опорного уровня в спектрофото868499 12 метре при действии аддитивной помехи. — "Приборостроение", 1976, 11 9, с. 110.

ИИПИ Заказ 8309/58 паж 910 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4)