МНОГОХОДОВАЯ ОПТИЧЕСКАЯ КЮВЕТА

Полезная модель относится к аналитическому приборостроению, и может использоваться в приборах, для измерения ослабления оптического излучения для практических целей, например, в многокомпонентных абсорбционных газоанализаторах.
Для повышения точности измерения величины ослабления необходимо добиваться увеличения величины ослабления излучения. Известно, что для увеличения величины ослабления излучения при прочих равных условиях необходимо увеличить путь прохождения излучения. С этой целью для слабо ослабляющих (поглощающих) веществ разработаны кюветы, в которых для увеличения пути прохождения излучения, при ограниченных размерах конструкции, нужного эффекта добиваются за счет множественного переотражения излучения в системе зеркал - многоходовые кюветы. При этом, в конечном счете, основным показателем качества кюветы является качество изображения входной щели на выходе кюветы при максимальном пути прохождения излучения, формирующего изображение. Однако, с ростом числа переотражений в системе зеркал, растут оптические искажения и потери, растет сложность конструкторских решений, направленных на увеличение устойчивости настройки кюветы к механическим воздействиям, на упрощение настройки системы.
Известны различные конструкции многоходовых оптических кювет. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой конструкции является многоходовая кювета с регулируемым числом прохождений (RU, заявка 93006568, G01N 21/03, приоритет 03.02.93)
Известная многоходовая оптическая кювета содержит зеркало-коллектив и расположенные симметрично относительно оси его отражающей поверхности два объективных зеркала, жестко скрепленных в единый блок на общей плате, снабженной поворотным механизмом, отражающие поверхности зеркал обращены навстречу отражающей поверхности зеркала-коллектива, входную и выходную щели, с целью уменьшения астигматизма системы и упрощения конструкции расположенные по одну сторону от оси зеркала-коллектива,
Эта многоходовая кювета применима в газоанализаторах и датчиках состава атмосферы или газовых смесей. Конструкция кюветы обеспечивает повышенную виброустойчивость и нечувствительность к деформациям за счет жесткого скрепления в единый блок зеркальных объективов. Кювета имеет уменьшенные полевые аберрации, так как вход,
выход и все промежуточные изображения при любой настройке собраны у одного края зеркала-коллектива вплотную друг к другу, благодаря специальному расчету межцентрового расстояния объективов.
В данной конструкции световой пучок, прошедший через входную щель, формирует с помощью зеркал ряд последовательных изображений входной щели на зеркале-коллективе, например, точечных. При этом, они занимают минимальный участок на отражающей поверхности зеркала-коллектива и не растягиваются по всей ширине. В отличие от изображения на зеркале-объективе, изображение на зеркалах-объективах засвечивает всю площадь зеркал. При этом, угол между зеркалами остается неизменным, а их центры кривизны при сохранении дистанции между собой скользят по поверхности зеркала-коллектива, способствуя изменению числа прохождений луча.
Размещение зеркальных объективов жестко относительно друг друга на одной плате значительно повысило механическую устойчивость конструкции к механическим воздействиям, упростило настройку оптической системы. К недостаткам данной конструкции относится общий для таких кювет недостаток: с целью увеличения механической устойчивости конструктивно кюветы выполняются для работы с фиксированной длиной пути прохождения излучения. Таким образом, при изготовлении кюветы на максимальную длину прохождения излучения, в случае работы этой кюветы с сильно поглощающим веществом, излучение может быть ослаблено столь сильно, что величина прошедшего излучения будет недостаточной для обеспечения необходимого сигнала фотоприемника и будет невозможно провести требуемые измерения. С этой целью, как вариант, в кюветах предусматривается поворотный механизм зеркал, позволяющий уменьшать длину пути прохождения всего зондирующего излучения. Уменьшение длины хода при помощи такого механизма позволяет при помощи одной кюветы измерять ослабление излучения для сильно поглощающих излучение продуктов. Перестройка осуществляется вручную, занимает много времени, не является элементом оперативной работы. При одновременном анализе смеси сильно и слабо поглощающих продуктов невозможно найти компромиссную настройку длины хода излучения для получения оптимальной длины хода излучения для продуктов с разной величиной ослабления излучения в кювете и реализовать преимущества многоходовой кюветы. Предлагаемая полезная модель позволяет устранить вышеуказанный недостаток. Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью: возможность осуществить одновременный анализ многокомпонентной смеси сильно и слабо поглощающих продуктов в одной кювете, за счет информации об ослаблении излучения при
прохождении им разной длины пути в кювете без ее перестройки. Указанная задача осуществляется за счет организации дополнительного пути прохождения излучения в кювете. Этот дополнительный путь меньше, чем максимальный путь, на который настраивается кювета, что и позволяет осуществить одновременный анализ многокомпонентной смеси сильно и слабо поглощающих продуктов в одной кювете.
Сущность модели заключается в том, что предлагаемая многоходовая оптическая кювета содержит зеркало-коллектив и расположенные симметрично относительно оси его отражающей поверхности двух объективных зеркал, жестко скрепленных в единый блок, отражающие поверхности которых обращены навстречу отражающей поверхности зеркала-коллектива, входную и выходную щели, расположенные по одну сторону от оси зеркала-коллектива, отличающаяся тем, что в нее введены не менее одного светоделительного отражающего зеркала, установленного по ходу распространения излучения за ее входной щелью, и не менее одной дополнительной выходной щели, расположенной по ходу отражения излучения от светоделительного зеркала.
Достижение технического результата обеспечивается тем, что на этапе оптического расчета и конструирования кюветы, исходя из требуемой величины дополнительного пути прохождения излучения, определяется нужное угловое расположение светоделительного зеркала, размеры и место установки этого зеркала относительно полностью засвеченного зеркала-объектива, с учетом снижения заметного затенения последнего и ослабления проходящего далее излучения. При этом обеспечивается отбор и направление в дополнительную выходную щель излучение только одного определенного хода излучения в кювете. Так как светоделительное зеркало предназначено для проведения анализа сильнопоглощающих компонент, то оно перехватывает излучение, прошедшее относительно малый путь после входной щели, что обеспечивает возможность получения отобранного и направленного в дополнительную щель излучения величиной, достаточной для проведения анализа. Размеры и место установки светоделительного зеркала рассчитываются, исходя из конкретной задачи. Все это позволяет проанализировать ослабление излучения не только после прохождения им максимально установленного для данной кюветы пути, но и после прохождения меньшей его части, измерять ослабление слабо и сильно поглощающих компонент смеси одновременно, не используя перестройку кюветы.
Конструкция заявляемой полезной модели поясняется фиг.1 и фиг.2, где на фиг.1 показано направление хода излучения, на фиг.2 - пространственное распределение излучения.
Многоходовая оптическая кювета содержит зеркало-коллектив 1 с входной 2 и выходной щелями 3, расположенными по одну сторону от оси зеркала-коллектива 1, два объективных зеркала 4 и 5, жестко скрепленные в единый блок на общей плате, отражающие поверхности которых установлены навстречу отражающей поверхности зеркала-коллектива 1, и в кювету введены не менее одного светоделительного отражающего зеркала 6, расположенного по ходу распространения излучения 7 за входной щелью 2, и не менее одной дополнительной выходной щели 8, расположенной по ходу отражения излучения от светоделительного зеркала 6.
Устройство работает следующим образом. Зондирующее излучение проходит через входную щель 2 кюветы и попадает на зеркало-объектив 4, полностью засвечивает его, отражается и попадает на зеркало-коллектив 1, образуя на нем точечное изображение входной щели. Далее излучение отражается и попадает на другое объективное зеркало 5, отражается от него, попадает на зеркало-коллектив 1 со сдвигом по отношению к предыдущему отражению, и под измененным углом, отражается и снова попадает на объективное зеркало 4 и так далее. На определенном ходе проходящее излучение 7 попадет на делительное зеркало 6 под углом, сопряженным с дополнительной выходной щелью 8 и часть излучения выводится через нее. Прошедшее всю кювету излучение выходит через выходную щель 3.
Предлагаемое устройство может быть изготовлено из элементов и материалов, выпускаемых отечественной промышленностью. В качестве конкретного примера реализации предлагается многоходовая оптическая кювета, содержащая параболическое вогнутое зеркало-коллектив, вогнутые сферические объективные зеркала, жестко закрепленные на общей плате из нержавеющей стали, плоское делительное зеркало. Отражающие поверхности зеркал изготовлены по технологии напыления алюминия на стеклянную подложку.
Вся совокупность признаков за счет расширения возможностей кюветы без снижения надежности позволяет создать устройство, пригодное для работы в промышленных условиях. Полезная модель найдет применение для измерения концентрации газов в разнообразных системах газового анализа. Улучшенные характеристики кюветы при простоте конструкции позволяют использовать устройство в различных областях науки и техники, следовательно, предлагаемая полезная модель отвечает критерию промышленной применимости.