Принцип работы. Технические характеристики

Спецификация

Технические характеристики

Особенности прибора

3.1. Малые габариты и вес всех блоков, компактность.

3.2. Устойчивость к толчкам, ударам, вибрации.

3.3. Отсутствие внутренней юстировки.

3.4. Модульность – все блоки соединяются без дополнительной настройки.

3.5. Малое энергопотребление.

3.6. Высокая светосила, способность регистрировать слабые сигналы.

3.7. Двойная монохроматизация излучения.

3.8. Наличие оптоволоконного зонда для анализа локализованных, удаленных или труднодоступных объектов.

3.9. Программируемость. Разнообразные режимы измерения.

4.1. Спектральный диапазон 535 - 750 нм;

4.2. Диапазон регистрации частотного сдвига 100 – 5500 см^-1

4.3. Спектральное разрешение 9 см^-1 (0,4 нм на 660 нм).

4.4. Дискрет (шаг) по спектру 1,5 см^-1

4.5. Точность привязки по длине волны ± 0.2 нм.

4.6. Длина волны лазерного излучения 532 нм

4.7. Максимальная мощность лазерного излучения 0,2 Вт

4.8. Апертура (геометрический фактор)

акустооптических фильтров Æ9 мм ´ 4°.

4.9. Время прогрева не более 3 мин.

4.10. Время измерения одного спектрального отсчета 20 мс.

4.11. Порог обнаружения за 1 сек 2,5ґ10^-12 Вт/(срґсм²ґнм)

4.11.1. Условия эксплуатации:

1) Температура окружающей среды 20,0 ± 10,0°C,

2) Относительная влажность 30 - 80 %,

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

4) Питание 105-240 В, 50-60 Гц

4.11.2. Допустимая температура пробного конца зонда от -186 до +60 °C.

4.12. Тип фотоприемника ФЭУ “Hamamatzu R-6060”.

4.13. Габариты:

оптический блок (включая объектив) 35,1ґ12,3ґ17 см³ 4,5 кг

блок управления 24,8ґ11,5ґ23 см³ 4,5 кг

излучатель лазера 24,8ґ9ґ9,5 см³ 2 кг

блок питания лазера 25ґ19ґ9 см³ 1,8 кг

волоконно-оптический зонд 1,5 м 0,3 кг

4.14. Время выборки 5 мс.

№	Наименование	К-во	Маркировка	Вспомогательные элементы	Примечания
	Оптический блок		RAOS, Optical Unit	Объектив
	Блок управления		RAOS, Control Unit, Industrial Computer	Сетевой кабель и соединительный кабель	На основе системного блока малогабаритного компьютера фирмы “Industrial Computer”
	Излучатель лазера		RAOS, LCS-DTL-316	Вентилятор	Производство фирмы “Laser Compact” (“Лазер-Компакт», Москва)
	Блок питания лазера		RAOS, LCS-DTL-316, Laser Power Supply	Сетевой кабель	Производство фирмы “Laser Compact” (“Лазер-Компакт», Москва)
	Оптоволоконный зонд		RAOS, FOP		В комплекте с объективом-переходником
	Техническое описание				Данный документ
	Программное обеспечение				На дискете или на управляющем компьютере
	Управляющий компьютер	-			Не входит в комплект поставки

6.1. Внешний вид спектрометра представлен на рис.1.

АОС состоит из излучающей части - лазера, включающего излучатель лазера (ИЛ) и блок питания лазера (БПЛ), и приемной части, включающей оптический блок (ОБ) и блок управления (БУ). Кроме этих основных блоков в состав входит волоконно-оптический зонд, необходимый для освещения объекта и приема рассеянного излучения. Оптическая связь зонда с оптическим блоком осуществляется через объектив, вкручивающийся в ОБ. Спектрометр управляется от любого персонального компьютера, на котором установлена управляющая программа и который соединяется с БУ через стандартный последовательный порт. Соответственно, компьютер не входит в штатный состав спектрометра, однако, для работы компьютер всегда необходим.

6.2. Принципиальная оптическая схема спектрометра показана на рис.2. Лазер LCS-DTL-316 представляет собой твердотельный лазер на кристалле YAG:Nd с диодной накачкой и удвоением частоты. Лазер работает в непрерывном режиме. Мощность лазера может устанавливаться в диапазоне от 1 до 200 мВт. Выходной луч фокусируется для ввода в волоконно-оптический зонд. (Подробнее см. Техническое описание лазера.)

6.3. Излучение лазера направляется на объект с использованием центральных жил комбинированного (Y-образного) волоконно-оптического зонда, а рассеянный свет собирается периферийными волокнами этого же зонда. Эта схема («отражение назад») наиболее эффективна в тех случаях, когда исследуется непрозрачный объект. (Подробнее см. Техническое описание волоконно-оптического зонда.)

6.3. Оптический блок содержит ключевой элемент акустооптического спектрометра – акустооптический монохроматор, который осуществляет спектральную селекцию излучения. Монохроматор содержит два последовательно расположенных АО фильтра коллинеарного типа. Двойная фильтрация излучения обеспечивает повышенный контраст спектрометра и более узкую полосу пропускания. АО фильтр (рис.3) содержит акустооптическую ячейку из кристалла молибдата кальция (CaMoO₄), в котором фазовая дифракционная решетка образуется благодаря упругооптическому эффекту путем распространения ультразвуковой волны, возбуждаемой пьезопреобразователем. Та спектральная компонента поляризованного входного излучения, длина волны которые находятся в определенном соотношении с периодом решетки (см. ниже), дифрагирует на решетке, изменяя направление своей линейной поляризации на ортогональное. Таким образом, решетка в комбинации со скрещенными входным и выходным поляризаторами, выделяет из широкополосного светового потока излучение, лежащее в узком спектральном интервале, положение которого определяется периодом дифракционной решетки. Изменение частоты ультразвука приводит к сдвигу полосы пропускания фильтра. Соотношение между длиной волны l прошедшего света и ультразвуковой частотой f дается формулой

l = (n_e - n_o) v / f

где n_o и n_e - коэффициенты преломления соответственно обыкновенной и необыкновенной волны, v - скорость ультразвуковой волны.

Рис. 1а. Общая схема спектрометра.

Рис. 1б. Внешний вид спектрометра

1 – волоконно-оптический зонд

2 – блок питания лазера

3 – излучатель лазера

4 – оптический блок

5 – блок управления

6 – управляющий (внешний) компьютер

Рис.2. Принципиальная оптическая схема

рамановского АО спектрометра с двойным монохроматором.

А – исследуемый образец; В – волоконно-оптический зонд; С – объектив-переходник; D – оптический блок; E – двойной акустооптический монохроматор; F – объектив лазера; G – лазер.

1 – линзы; 2 – диафрагмы; 3 – обрезающий фильтр; 4 – поляризаторы; 5 – акустооптические ячейки; 6 – Фотоприемник (ФЭУ) 7 – удвоитель частоты; 8 – твердотельный лазер; 9 – диодная накачка.

Рис.3. Оптическая схема коллинеарного АО фильтра.

Пунктиром выделена акустооптическая ячейка.

Рис.4. Блок управления спектрометра.

1 – разъем подключения к сети; 2 – тумблер выключения; 3 – индикатор; 4,5 – разъемы для подключения оптического блока; 6 – разъем PS/2 (для мыши); 7 – СОМ-порт; 8 – разъем подключения монитора; 9 – разъем PS/2 (для клавиатуры).

Рис.5. Схема соединения блоков спектрометра

1 – Блок управления;

2 – Разъем для связи с управляющим компьютером

3, 4 - разъемы для подключения оптического блока

5, 10 - разъемы для подключения к блоку управления

6 – дискриминатор импульсов;

7 – блок ФЭУ;

8 – вентилятор;

9 – радиатор;

11 – корпус АО фильтра,

12 - объектив.

13 – подставка;

Рис.6. Оптический блок спектрометра.

1 – подставка;

2 – вентилятор;

3, 5 – разъемы для подключения к блоку управления.

4 – блок ФЭУ;

6 – дискриминатор импульсов;

7 –корпус;

6.4. Блок управления содержит электронные элементы, осуществляющие функции управления работой АОС и обработки сигналов (рис.4). Блок управления собран на базе малогабаритного одноплатного компьютера. В его состав входят также дополнительные платы: контроллер спектрометра (плата управления) и плата питания. Первая из них выполняет функцию управления работой спектрометра, вторая – выработки напряжения и обеспечения мощности для работы ВЧ усилителя.

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

БУ допускает контроль работы, управление и перепрограммирование с помощью клавиатуры, манипулятора-мыши и дисплея, подключаемых к соответствующим гнездам (см. рис.4).

6.5. Полезный сигнал спектрометра пропорционален спектральной плотности энергетической яркости (СПЭЯ) излучения, рассеянного от исследуемого объекта, в полосе пропускания спектрометра. Спектр рассеянного излучения представляет собой совокупность отдельных линий, соответствующих линиям комбинационного рассеяния, или узких линий на сплошном фоне, вызванном флуоресценцией и засветкой от посторонних источников света. Информативной величиной является сдвиг частоты лазерного излучения

Dn = n_лаз - n_расс

где n=1/l - волновое число.

6.6. Программа спектрометра позволяет отображать полученный спектр как по шкале длин волн, так и по шкале волновых чисел. Дальнейший анализ следует проводить с помощью стандартных табличных данных по линиям комбинационного рассеяния, приводимых в справочниках.

6.7. В качестве управляющего компьютера может быть использован любой IBM-совместимый компьютер, имеющий последовательный порт RS-232 и операционную систему Windows-95, -98, -2000, -ME. Для этого на компьютере с помощью установочной дискеты предварительно должна быть установлена специализированная программа.

6.8. Измерительный цикл спектрометра протекает следующим образом:

· пользователь направляет зонд спектрометра на объект и помещает его конец в 2-3 мм от поверхности объекта;

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

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

· программа, работающая в БУ, для каждого замера формирует задание, которое передается на плату управления;

· последняя вырабатывает управляющие сигналы для соответствующих элементов спектрометра (ОБ, дискриминатора импульсов);

· 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 открывается и пропускает излучение на заданной длине волны;

· фотоприемник регистрирует это излучение и генерирует импульсы, число которых пропорционально числу падающих фотонов;

· эти импульсы регистрируются дискриминатором импульсов и подсчитываются счетчиком импульсов;

· результирующее значение сигнала (число импульсов) через БУ передается на управляющий компьютер и принимается в качестве результата отдельного замера;

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

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

Дата добавления: 2015-05-29