Принцип работы

Спецификация

Технические характеристики

4.1. Спектральный диапазон 2,1 – 4,4 мкм

4.2. Спектральное разрешение 9 см^-1 (10 нм на 3,39 мкм)

(7,5 нм на 2,2 мкм)

4.3. Точность привязки по длине волны ± 2,5 нм.

4.4. Количество спектральных точек во всем диапазоне 1000.

4.5. Радиочастотный дискрет 20 кГц

Дискрет (шаг) по спектру от 1,0 нм (2,0 мкм)

до 2,2 нм (3,6 мкм)

4.6. Апертурный инвариант Æ12 мм ´ 2°.

(произведение пространственной и угловой апертур)

4.7. Коэффициент передачи излучения

через акустооптическую ячейку 70%

4.8. Время прогрева не более 15 мин.

4.9. Частота синхронизации от внешнего источника 6 ¸ 100 Гц.

4.10. Условия эксплуатации:

1) Температура окружающей среды 20 ± 5 °C,

2) Относительная влажность 30 - 80 %,

3) Атмосферное давление 100 ± 4 КПа (750 ± 30 мм рт.ст),

4) Питание 220 ± 20 В, 50 ± 1 Гц

4.11. Энергопотребление спектрометра не более 25 Вт.

4.12. Тип фотоприемника ФУО-614.

4.13. Время интегрирования сигнала 64мс

4.14. Время перестройки акустооптической ячейки 10 мкс

4.15. Габариты:

блок управления 24,5´12´21,5 см³ 4 кг

оптическая головка 36ґ14ґ6 см³ 2 кг

объектив Ж2,8 см ґ 7 см 0,2 кг

№	Наименование	К-во	Примечания
	Оптическая головка с объективом
	Блок управления		На основе системного блока малогабаритного компьютера
	Кабели
	Дискета с программным обеспечением		Инсталляционная программа
	Техническое описание и руководство по эксплуатации
	Руководство пользователя
	Источник света		Для работы в режиме спектрофотометра

6.1. Внешний вид спектрометра представлен на рис.1. Схема спектрометра показана на рис.2. АОС состоит из блока управления (БУ) и оптической головки (ОГ). Последняя (рис.3) содержит ключевой элемент акустооптического спектрометра - монохроматор, который осуществляет спектральную селекцию излучения. Блок управления содержит электронные элементы, осуществляющие функции управления работой АОС и обработки сигналов (рис.4).

Рис. 1. Внешний вид ИК АОС.

Слева – блок питания, справа – оптическая головка.

Рис. 2. Блок-схема ИК АОС.

I – оптическая головка (ОГ); II – блок управления (БУ); III – насадка на объектив

1 – объектив 2 – разъем для соединения с БУ 3 – последовательный порт RS 232 4 – разъемы для соединения с ОГ 5 - излучатель 6 – кюветное отделение

Рис. 3. Функциональная схема Оптической головки.

A – оптический блок 1 – объектив 2,3 – АО фильтры 4,5 – согласующие платы 6 – фотоприемник 7 – термоэлектрический холодильник 8 – вентилятор

В – электрический блок 9 – вентилятор 10 – ВЧ усилитель 11 – ВЧ синтезатор 12 – предусилитель 13 – коллекторная плата 14 – разъем для соединения с БУ КТ – контроль температуры

Рис. 4. Функциональная схема Блока управления.

1 – шина ISA 2 – плата АЦП 3 – плата управления 4 – плата питания 5 – системная плата 6 – процессор 7 – ПЗУ 8 – ОЗУ 9 – блок питания

10-12 – разъемы для соединения с ОГ 13 – разъем для соединения плат питания и управления 14 – разъем для подключения источника света 15 – разъем для соединения с пользовательским компьютером (порт RS-232) 16 – разъем для соединения монитора 17,18 – разъемы PS/2 для подключения клавиатуры и мыши 19 – клавиша включения питания 20 – разъем сетевого питания 220 В КМ – контроль мощности

Монохроматор содержит пару акустооптических фильтров, расположенных последовательно. Двойная фильтрация обеспечивает больший спектральный контраст передаточной характеристики.

6.2. Основным элементом акустооптического фильтра является кристаллическая ячейка, изготовленная из парателлурита (TeO₂), в которой при распространении ультразвуковой волны вследствие упругоооптического эффекта образуется объемная дифракционная решетка. Те спектральные компоненты плоскополяризованного падающего излучения, которые находятся в состоянии синхронизма с периодом решетки, дифрагируют на ней, изменяя направление поляризации и именно это излучение, сосредоточенное в узком спектральном интервале, выделяется выходным поляризатором.

6.3. Более подробно работа и конструкция акустооптического фильтра иллюстрируются рисунком 5. Входной поляризатор выделяет излучение, имеющее линейную поляризацию в соответствие с ориентацией этого поляризатора. В кристалле при помощи пьезопреобразователя, на который подается моночастотный сигнал ВЧ диапазона, возбуждается акустическая волна этой частоты. Эта волна благодаря упругооптическому эффекту порождает волну деформаций оптической индикатрисы кристалла, которая играет роль распределенной дифракционной решетки. Оптическое излучение испытывает рассеяние на этой решетке, причем излучение определенной длины волны, находящейся в синхронизме с акустической волной (см. ниже), рассеивается резонансным образом, меняя при этом направление своей поляризации на ортогональное. Эта компонента излучения выделяется выходным поляризатором, скрещенным с входным, а остальное излучение отводится в сторону и поглощается.

Рис.5. Неколлинеарный АОФ

(стрелками обозначено распространение звуковых пучков).

Рис.6. Оптическая схема акустооптического монохроматора.

Соотношение между длиной волны l переданного света и ультразвуковой частотой f дается формулой

l = b / f

где b - коэффициент, зависящий от характеристик кристалла.Таким образом, изменяя частоту ВЧ сигнала, подаваемого на пьезопреобразователь можно изменять положение окна пропускания фильтра.

6.4. Полезный сигнал АОС пропорционален спектральной плотности энергетической яркости (СПЭЯ) источника входного излучения на рабочей длине волны. Коэффициент пропорциональности, называемый спектральной чувствительностью, зависит от характеристик акустооптической ячейки и ВЧ усилителя АОС. Таким образом, для вычисления СПЭЯ источника (т.е. в единицах мВт/(см²´срад´нм)) следует разделить измеряемый спектр (отклик) на кривую спектральной чувствительности (см. Руководство пользователя), которая измерена заранее при помощи теплового источника и хранится в памяти прибора.

6.5. Полный сигнал АОС кроме полезной составляющей включает в себя добавочные компоненты сигнала (см. Методическое обеспечение АОС). Первая из них, называемая засветкой, связана с проникновением на фотоприемник излучения в выключенном состоянии АОФ, что обусловлено конечным контрастом поляризаторов. Эта компонента исключается автоматически путем взаимного вычитания сигналов, накапливаемых в периоды включения и выключения АОФ (см. рис.6).

Другая компонента сигнала («темновой» сигнал) проявляется в том, что даже при отсутствии излучения на входе АОС сигнал фотоприемника отличен от нуля. Это минимальное отличие может быть обусловлено, наводками, детектированием шумов и другими факторами. Для исключения этой компоненты она должна быть измерена при закрытом объективе АОС и соответствующий режим (вычитания темнового тока) должен использоваться при измерениях (см. Руководство пользователя).

Шумовая компонента сигнала носит случайный характер и подавляется многократным измерением и усреднением сигнала (см. Руководство пользователя).

6.6. Сигналы АОС синхронизируются так, как показано на рис.7. Высокочастотный сигнал, поданный на акустооптическую ячейку, представляет собой серию прямоугольных импульсов с продолжительностью 2 мс и паузой 2 мс. Каждая серия состоит из 8 импульсов, за которой следует пауза такой же длительности (32 мс). Плата АЦП интегрирует сигнал в течение импульса и вычитает сигнал, интегрированный в паузе между импульсами (для устранения влияния постоянной засветки). Результирующий сигнал, накопленный в течении одной серии и считается результатом измерения отклика в данной спектральной точке. Он отображается на мониторе в форме таблицы и (или) графика «сигнал - длина волны».

6.7. Для синхронизации внешних устройств со спектрометром следует использовать синхроимпульсы, подающиеся на выходной разъем синхронизации (см. рис.7). Поскольку эти импульсы совпадают с импульсами, подаваемыми на ВЧ усилитель, синхронизуемое устройство следует запускать с задержкой в 10-15 мкс, чтобы передний фронт возбуждаемой акустической волны успел распространиться по всей АО ячейке.

АОС также может работать с использованием внешней синхронизации (рис.6). Для этого периодическая серия синхронизирующих импульсов должна подаваться на разъем внешней синхронизации спектрометра (см. рис.8). В этом режиме АОС автоматически определяет период следования импульсов и генерирует серию внутренних синхронизирующих импульсов, которая сдвинута по отношению к внешним импульсам на величину пробега звука через кристалл (для обеспечения заполнения акустооптической ячейки ультразвуком).

Рис.7. Хронограмма работы АОС в режиме внутренней синхронизации.

6.8. Блок управления (рис.3)собран на базе малогабаритного одноплатного компьютера. В его состав включены три дополнительные платы: контроллер спектрометра (плата управления), плата аналого-цифрового преобразования (АЦП) и плата питания. Первая из них выполняет функцию управления работой спектрометра, вторая – обработки сигналов, поступающих с оптической головки, третья – выработки напряжения и обеспечения мощности для работы ВЧ усилителя.

БУ работает под управлением специальной программы, записанной в ПЗУ и автоматически запускаемой при его включении. Получение задания на измерение и вывод полученных данных производится через последовательный порт, подключаемый к пользовательскому компьютеру.

БУ допускает контроль работы, управление и перепрограммирование с помощью клавиатуры, манипулятора-мыши и дисплея, подключаемых к соответствующим гнездам (см. рис.8).

Рис.7. Хронограмма работы АОС в режиме внешней синхронизации.

6.9. БУ обеспечивает питание источника излучения, крепящегося на объектив в режиме спектрофотометрирования.

6.10. В качестве пользовательского компьютера может быть использован любой IBM-совместимый компьютер, имеющий последовательный порт RS-232 и операционную систему Windows-95 (-98). Для этого на компьютере с помощью установочной дискеты предварительно должна быть установлена специализированная программа.

6.11. Измерительный цикл АОС протекает следующим образом:

· пользователь задает на пользовательском компьютере параметры измерения (диапазон, количество точек, число накоплений и т.п.);

· это задание интерпретируется пользовательской программой и переводится в последовательность элементарных замеров, которая транслируется в блок управления;

· программа, запущенная на приборном компьютере, входящем в БУ, для каждого замера формирует задание, которое передается на плату управления;

· последняя вырабатывает управляющие сигналы для соответствующих элементов спектрометра (ОГ, платы АЦП);

· управляющие сигналы поступают на ВЧ синтезатор, который вырабатывает частоту, соответствующую заданной длине волны фильтрации, и на ВЧ усилитель, который генерирует серию импульсов;

· в соответствии с этими импульсами акустооптический монохроматор периодически пропускает излучение на заданной длине волны;

· фотоприемник регистрирует это излучение и выдает серию импульсов фототока;

· эти импульсы, усиленные в предусилителе, поступают на плату АЦП, которая оцифровывает, демодулирует и интегрирует этот сигнал;

· результирующее значение сигнала обрабатывается в БУ и передается на пользовательский компьютер в качестве результата отдельного замера;

· полученное значение, отражается на дисплее, запоминается и усредняется по серии измерений (которая идет до исчерпания заданной последовательности операций);

· спектр, содержащий усредненные значения, отражается на дисплее и может быть записан пользователем на магнитный носитель.

Дата добавления: 2015-05-29