Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 4. Блок-схема однолучевого одноканального прибора: И — источник излучения; M — оптический модулятор (обтюратор); Ф — сканирующий фильтр (монохроматор); П — фотоэлектрический приёмник излучения; У — усилитель и преобразователь сигналов приёмника; P — аналоговый или цифровой регистратор; БУ — блоки управления и обработки данных на базе ЭВМ.
преобразующие поглощённую энергию в подходящий для регнстрацнн сигнал. В класснч. С. п. оптич. модулятор вводится в схему лишь для того, чтобы в электрнч. части применить усиление на перем, токе.
Устройства управления С. п. и обработки результатов измерении строятся на базе мииропроцессоров. Они отличаются большим разнообразием и обеспечивают оптимизацию режимов работы С. п. по параметрам Rj М, Дсо в рамках условия (1) [для классич. С. п. условие имеет вид R2M.YAqj = Я(Х), еслн шум приёмника не зависит от падающего на него потока]. Вместо величины К иногда используют т. н. энергетический фактор @(Х) = МУД(о/(6Х)2 = Х2ЛГ(Х), к-рый численно равен отношению сигнал/шум, наблюдаемому при единичном выделяемом спектральном интервале 6Х и единичкой полосе частот Дсо. Накладываемые фактором Q эиергетич. ограничения играют осн. роль в ИК-области, где яркости источников быстро уменьшаются н значения Q малы; напр., в ср. ИК-облас-ТИ (5? 10 МКМ) Хорошие С. П. ИМеЮТ Q = IO7MKM"2 Гц1/* (в шкале волновых чисел Q= 10асм~8Гц /*). В видимой н ближней ИК-областях энергетнч. ограничения играют меньшую роль и рабочие значения R могут приближаться к дифракц. пределу (напр., в С. п. с дифракц. решётками — к значению ДДИф = 2&v ?sin<p, где k — кратность дифракции, v = 1/Х — волновое число, L — ширина решетин, <р — угол дифракции).
Рассмотрим типичные приборы группы 1.
Спектрометры высокого разрешения для исследова-лий структуры атомных и молекулярных спектров представляют собой стационарные лаб. установки, построенные по схеме рнс. 4. В зависимости от области спектра применяются разнообразные монохроматоры (с фоиусными расстояниями до 10 м) в вакуумируемых корпусах, в виброзащищённых и термостабилнзиров. помещениях. В этнх приборах используется 2- н 4-кратиая дифракция на эшеллях шнриной до 400 мм, применяются спец. источники и охлаждаемые приёмники, что позволяет достигать в спектрах поглощения R ч» 2-IO5 в областн длин волн 2,5 мкм. Для выявления ещё более тонкой структуры в схему измерений вводят сканирующие интерферометры Фабри — Перо (Я 10* в видимой области).
Спектрофотометры (СФ) выполняют операции фото-метрнровання для определения отношений потоков — безразмерных иоэф. пропускания и отражения разнообразных образцов веществ н материалов. В наиб, прецизионных СФ эта задача решается по схеме рис. 4 сравнением двух последоват. отсчётов для одного и того же пучиа излучения: «образец в пучие», «образец вне пучка». Такой же метод применяется в массовых нерегистрнрующих СФ — сравнительно дешёвых С. п., сотнн разновидностей к-рых выпускаются десятками фирм. Серийные автоматич. регистрирующие СФ основаны на более сложных, но и более производительных двухлучевых схемах измерений, отличающихся от однолучевой тем, что между источником и фильтром (нлн между фильтром и приёмником) организуются два пучка излучения — измерительный (в к-рый помещается образец) н референтный. Эти пучкн модулируются по определ. алгоритмам, обеспечивающим работу т. н. систем электрического О T H о ш е* и н я, регистрирующих коэф. пропускания T или оптнч. плотности D = —lg T (0 ^ T ^ 1) как ф-цнн X или V= 1/Х. Использовавшиеся для этнх целей системы оптнч. нуля практически вышли иа употребления к кон. 1980-х гг.
Многочисл. модели автоматич. СФ можно разделить примерно на три класса: сложные универсальные СФ для науч. исследований (R ~ 2000—5000), приборы ср. класса (R ~ 500—1000) и простые, т. н. рутинные,
СФ (R 100—500) с рабочими спектральными диапа-
зонами, заполняющими всю область прозрачности атмосферы 0,19—50 мкм. Кроме того, спец. вакуумные модели выпускаются для УФ-областн (0,1—0,2 мкм) и ИК-области (50—300 мкм). Конструкции автоматич.
СФ обеспечивают широкий выбор значений R, M, Дол, скоростей и масштабов регистрации спектров разл. объектов, приборы оснащаются наборами газовых и жидкостных кювет, приставками для измерений зеркального и диффузного отражений, а также нарушенного полного внутреннего отражения, приставками для измерений малых образцов, для исследовании при разных темп-рах и т. п. В конструкции спец. типов СФ вводят микроскопы (микроспектрофотометры), устройства для исследований спектров люминесценции (спектрофлуорнметры), дисперсии показателя преломления (спектрорефрактометры), поляризации (спектро-поляриметры), измерений яркости внеш. излучателей в сравнении с встроенным эталонным (спеитрорадио-метры), испытаний чувствительности фотоматериалов (спектросенснтометры) и др.
Автоматич. СФ являются осн. приборами для исследований спектральных характеристик веществ и материалов и абсорбционного спектрального анализа.
Спектрометры комбинационного рассеяния могут быть о дно лучевыми н двухлучевыми. Источниками излучения в инх обычно служат лазеры, а для наблюдения комбинац. частот (CM. Комбинационное рассеяние света) н подавления фона, создаваемого первичным излучением, применяются двойные н тройные монохроматоры с голографич. днфракц. решётками. В лучших прнбо-рах отношение фона к полезному сигналу снижено до 613
