Технические характеристики

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

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 2000.

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. Геометрический фактор 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. 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

4.10. Энергопотребление спектрометра (без монитора) 25 Вт.

4.11. Тип фотоприемника ФУО-614.

4.12. Время интегрирования сигнала 64 мс

4.13. Время перестройки акустооптической ячейки 10 мкс

4.14. Габариты:

блок управления 24,5´12´21,5 см³ 3 кг

фотоголовка 36ґ14ґ6 см³ 2 кг

объектив Ж2,8 см ґ 7 см 0,2 кг

Состав прибора

N	Наименование	К-во	Примечания
	Оптическая головка с объективом
	Блок управления		На основе системного блока компактного компьютера
	Кабели соединительные
	Диск с программным обеспечением		Инсталляционная программа
	Техническое описание и руководство по эксплуатации
	Описание программного обеспечения
	Источник света		Для работы в режиме спектрофотометра

Принцип работы

5.1. 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. 3. Функциональная схема Оптической головки.

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.

6.2. Акустооптический фильтр содержит два канала, один из которых выделяет излучение видимого диапазона, а другой – ультрафиолетового. Каждый из каналов имеет отдельный акустический излучатель (пьезопреобразователь), который согласован на соответствующий диапазон частот. Каналы разнесены по пространству, и каждый из них использует половину входного зрачка объектива.

6.3. Оптическая головка содержит акустооптический фильтр, размещенный внутри светонепроницаемой коробки, ВЧ устройства управления фильтром, и входной объектив. Оптический блок состоит из акустооптического фильтра и фотоумножителя с предварительным усилителем.

Световое излучение от объекта выделяется входным объективом. Заданная спектральная составляющая выбирается акустооптическим фильтром и детектируется фотоумножителем. Фототок усиливается и передается в БУ по экранированному кабелю. Управление анодным напряжением фотоумножителя, вырабатываемым встроенным преобразователем напряжения, осуществляется с платы управления и передается на ОГ по многожильному проводу. Акустооптический фильтр питается высокочастотным сигналом, вырабатываемым ВЧ синтезатором и усиливаемым ВЧ усилителем. Сигнал управления ВЧ элементами передается из БУ по кабелю.

Основой БУ является системный блок IBM-совместимого компьютера. Этот блок содержит два компьютера и некоторые дополнительные электронные элементы (рис.1) Первый компьютер (ПК-1) содержит материнскую плату, жесткий диск, видеокарту и специальные платы: плату управления, плату аналого-цифрового преобразования (АЦП) и коллекторную плату. ПК-1 является фактически частью спектрометра, которая осуществляет контроль за его работой и обрабатывает его выходные сигналы. Он работает в режиме DOS. Контроль устройств управления фильтром (ВЧ синтезатором и ВЧ усилителем) осуществляется в цифровой форме. Второй компьютер (ПК-2) содержит материнскую плату, жесткий диск, видеокарту, дисковод гибкого диска и гнезда для подключения внешних устройств: монитора, клавиатуры, манипулятора-мыши. ПК-2 работает в среде Windows. Он служит в качестве приборного интерфейса.

Цветной монитор, клавиатура и мышь необходимы для управления прибором и вывода результатов.

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 Вт/(см²´срад´нм)) следует разделить измеряемый спектр (отклик) на кривую спектральной чувствительности (см. Руководство пользователя), которая измерена заранее при помощи калиброванного источника и хранится в памяти прибора.

6.5. Полный сигнал АОС кроме полезной составляющей включает в себя добавочные компоненты сигнала. 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.3).

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. Другой способ повышения чувствительности АОС и увеличения отношения сигнал/шум заключается в повышении напряжения на ФЭУ.

6.6. Сигналы АОС синхронизируются так, как показано на рис.3. 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, осуществляющая выборку с периодом 50 мкс, 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.5). Поскольку эти импульсы совпадают с импульсами, подаваемыми на ВЧ усилитель, синхронизуемое устройство следует запускать с задержкой в 40 мкс, чтобы передний фронт возбуждаемой акустической волны успел распространиться по всей АО ячейке.

АОС также может работать с использованием внешней синхронизации (рис.4). Для этого периодическая серия синхронизирующих импульсов должна подаваться на разъем внешней синхронизации спектрометра (см. рис.5). 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.5. Хронограмма работы АОС в режиме внутренней синхронизации.

6.7. Измерительный цикл АОС протекает следующим образом:

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

· это задание интерпретируется пользовательской программой, расположенной на ПК-2, и переводится в последовательность элементарных измерений, которая транслируется в ПК-1;

· программа, работающая на ПК-2, организует процедуру измерения: генерирует цифровой код для управления соответствующими элементами спектрометра (ВЧ блоками, ФЭУ, платой АЦП) и для каждого элементарного измерения формирует задание, которое передается на плату управления;

· последняя вырабатывает управляющие сигналы для соответствующих элементов спектрометра;

· управляющие сигналы через плату коллектора 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 фильтр периодически пропускает излучение на заданной длине волны;

· фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) регистрирует это излучение и выдает серию импульсов фототока;

· эти импульсы, усиленные в предусилителе, поступают через плату коллектора на плату АЦП, представляющую собой программируемый аналого-цифровой преобразователь L-305, которая оцифровывает, демодулирует и интегрирует этот сигнал;

· результирующее значение сигнала обрабатывается в ПК-1 и передается на ПК-2 в качестве результата отдельного замера;

· полученное значение, обрабатывается в соответствии с требованиями, заданными пользователем (нормировка, вычитание фона и т.д.), запоминается и усредняется по серии измерений (которая идет до исчерпания заданной последовательности операций);

· спектр, содержащий усредненные значения, отражается на мониторе и может быть записан пользователем на магнитный носитель (жесткий диск-2 или гибкий диск).

Рис.6. Хронограмма работы АОС в режиме внешней синхронизации.

⇐ Предыдущая 12