ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Приборная часть из "Применение ЭВМ в химических и биохимических исследованиях" Интерферометр. Наиболее ранним вариантом быстро сканирующего интерферометра является небольшой (10ХЮХ20 см) прибор, созданный фирмой Blo k Engineering, In . имея соответствующий набор светоделителей и фотоприемников, он позволял регистрировать спектры от ближнего ультрафиолетового до далекого инфракрасного диапазона светового излучения. Поскольку привод подвижного зеркала интерферометра был выполнен с не очень высокой точностью, с помощью такого прибора измерялись лишь спектры с низким разрещением. Обычно ширина минимально разрешаемого элемента составляла 80 см в ближнем инфракрасном и 20 см в среднем инфракрасном диапазонах (т. е. величина разрешающей способности достигала 100). Этот интерферометр описан в работах [13, 14]. Ограниченное разрешение не помешало проведению с его помощью ряда чрезвычайно сложных исследований при этом основной причиной, определившей их успех, явился очень большой геометрический фактор прибора. [c.104] Однако спектры, полученные с помощью первых интерферометров среднего ИК-диапазона, не обладали достаточным (10 см и выше) разрешением, чтобы привлечь широкое внимание химиков и физиков. Основную массу спектров, измеренных химиками-спектроскопистами, составляли спектры поглощения и отражения образцов, пропускающих на фотоприемник по меньшей мере 5% энергии, излучаемой раскаленным источником, в то время как большинство важных результатов, полученных с помощью первых интерферометров, составляли исследования значительно более слабых световых потоков. [c.104] Схема этого прибора приведена на рис. IV-4. Фактически он состоит из двух отдельных интерферометров с общим приводом подвижных зеркал. Основной или измерительный интерферометр с подвижным зеркалом на воздушной подушке имеет большую апер-туру (диаметр 5 см). Как и в более ранних устройствах, одно из зеркал устанавливается на подвижной системе типа мембраны громкоговорителя и приводится в колебательное движение подачей пилообразного напряжения. Подвижное зеркало второго (референтного) интерферометра перемещается с помощью общего привода тем не менее этот малый интерферометр освещается двумя отдельными источниками видимого излучения. [c.105] Для специальных случаев разработан ряд модификаций этой основной системы. В одной из них применяется акселерометр, в результате чего интерферометр может работать в наклонном положении, а также в условиях вибраций сигнал от акселерометра контролируется, а коррекция, направленная на компенсацию указанных эффектов, осуществляется с помощью системы обратной связи, управляющей напряжением привода. В другой известной модификации, чувствительность которой превосходит чувствительность любого из известных спектрометров, интерферометр охлаждают до температуры жидкого неона. [c.106] Во всех рассмотренных интерферометрах подача каретки является непрерывной, однако недавно появилось описание интерферометра с шаговым приводом [18], который мог бы рассматриваться как быстро сканирующий (хотя он и не удовлетворяет данному ранее определению быстро сканирующего интерферометра, поскольку для его работы требуется механический обтюратор). С помощью этого устройства точки интерферограммы могут регистрироваться каждые 3 мкс. [c.106] В заключение упомянем два необычных варианта интерферометра. Одним из них является интерферометр-дискриминатор спектральных линий [20]. Он представляет собой специально сконструированный быстро сканирующий интерферометр Майкельсона с расширенным полем зрения (увеличенным геометрическим фактором), предназначенный для выделения спектральных линий из фонового излучения, когда последнее особенно интенсивно. Вторым является интерферометрический микрофон [21]. В нем используется удерживаемый около положения нулевой разности хода аксиально-симметричный двухлучевой интерферометр, светоделитель которого деформируется под влиянием звуковых колебаний. Эта деформация приводит к изменению измеряемого сигнала фотоприемника. С помощью подобной системы предел, обусловленный броуновским или тепловым шумом, был достигнут на частотах 50 кГц. [c.107] Вспомогательная оптика. Каждое описанное устройство в принципе может регистрировать спектры на любых частотах ИК-диапазона. Фактическая спектральная область, в которой может работать исследователь, зависит от параметров и типа используемого светоделителя, от фотоприемника, а также оптических и электронных фильтров. [c.107] В интерферометрах Майкельсона инфракрасного диапазона применяются светоделители двух основных типов натянутая пленка без подложки и пленка, нанесенная на плоскую подложку (используется с компенсирующей пластинкой, выполненной из материала подложки). Светоделитель должен удовлетворять двум условиям значения его коэффициентов отражения и пропускания должны быть близкими к 50%, а его толщина должна обеспечивать хорошую эффективность в средней области рабочих частот. [c.107] Спектральная эффективность светоделителя имеет вид канав-чатого спектра, для измерений же обычно используется лишь область первого максимума. Таким образом, толщина любой пленки обратно пропорциональна центральной частоте исследуемого спектрального Диапазона. Следовательно, выдержать свой собственный вес могут лишь светоделители для далекой инфракрасной области спектра, поскольку они обладают достаточной толщиной. [c.107] Два недавно появившихся типа фотоприемников (пироэлектрический болометр ТГС и охлаждаемый фотоприемник из теллурида кадмия, легированного ртутью) позволяют более успешно исследовать спектральную область ИК-диапазона 25 мкм. [c.108] При исследованиях интенсивных источников излучения скорость подвижного зеркала не должна быть слишком малой, иначе отношение Сигнал/Шум в измеренной интерферограмме превысит динамический диапазон АЦП. Следовательно, такие стандартные приемники ИК-диапазона, как термопара, термистор-болометр или ячейка Голлея, не могут успешно применяться, поскольку их по-стояннце времени слишком велики только появление пироэлектрического болометра на основе триглицинсульфата (ТГС) позволило провести успешные исследования интенсивных источников излучения. [c.108] В случае, когда требуется повышенная чувствительность, обычно применяются охлаждаемые фотоприемники. Однако для области частот, не достигающих величины 1500 см , до появления охлаждаемого жидким азотом фотоприемника из теллурида кадмия, легированного ртутью, не было других фотоприемников, кроме охлаждаемых жидким гелием болометров. Этот новый приемник позволяет достигнуть чрезвычайно высокой чувствительности в области спектра от 700 до 2500 см . [c.108] Системы обработки информации. Достижения в разработке описанных выше интерферометров сопровождались успехами в создании систем обработки информации, которые применяются для записи и усреднения интерферограмм, выполнения Фурье-преобразования и получения спектра. [c.109] Первоначально интерферограммы записывались в аналоговой форме на магнитной ленте, а затем выводились на перфокарты или перфоленту когерентное суммирование и Фурье-преобразова-ние выполнялись на дистанционной вычислительной машине. Использование вычислительной техники для осуществления таких операций обеспечило достаточную точность и универсальность рассматриваемого метода. Однако большой промежуток времени между регистрацией интерферограммы и построением спектра (с учетом времени, затраченного на выполнение обычного Фурье-преобразования на большой вычислительной машине) сводил на нет многие существенные преимущества оптического метода. [c.109] Альтернативным (методу обработки информации на цифровых вычислительных машинах) является метод с использованием медленно сканирующего аналогового волнового анализатора, вырабатывающего сигнал, который можно удобно записывать на двухкоординатный самописец. Поскольку между ИК и звуковыми частотами существует линейная связь, диаграмма зависимости интенсивности от звуковых частот и выходной сигнал волнового анализатора представляют собой однолучевой спектр. [c.110] Появление малых ЭВМ с большой емкостью оперативного запоминающего устройства и внешней памятью на магнитных дисках, а также усовершенствование алгоритма быстрого Фурье-преобразования (БФП) позволяет с помощью системы обработки информации, представляющей накопитель основной и референтной интерферограмм, выполнять операцию Фурье-преобразования со скоростью, при которой спектры можно получать уже через. 10 с после завершения усреднения сигнала. [c.110] Подобная система обработки информации обладает очень большой гибкостью при обработке данных, так, например, без дополнительной регистрации интерферограммы записанные спектры могут быть построены в любом требуемом масштабе. [c.110] Чувствительность интерферометра. В случае интерферометра минимальная обнаружимая мощность, или шумовой эквивалент спектрального излучения Ф, в Вт/(ст-см), определяется соотношением ,. [c.111] Вернуться к основной статье