Диодно-лазерная спектроскопия спин-изомерных молекул воды (1102636), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Излучение лазерного диода фокусируетсялинзой и попадает на светоделительную призму, где часть излученияответвляется на фотоприемник базовой линии. Лазерный диод вместе сопорным фотоприѐмником, светоделительной призмой и электроннымблоком помещѐн в единый корпус и является источником ИК-излучения.Испускаемое им излучение проходит через измерительную кювету, гдечастично поглощается, и регистрируется главным фотоприемником.Сигналы с обоих фотоприемников передаются в компьютер, где делятсяодин на другой, в результате чего получается зависимость поглощения в52кювете от частоты. Использование двух фотоприѐмников, а не одного,позволяет, во-первых, автоматически учитывать нелинейную зависимостьмощности излучения лазерного диода от тока накачки, и еѐ временнойдрейф, а во-вторых, исключить влияние на точность измеренияпоглощения излучения атмосферной влагой.
Для корректной и стабильнойработы двулучевой схемы необходимо, чтобы оптические пути ватмосфере от лазерного диода до каждого из фотоприѐмников былиодинаковыми, а также поддерживать в обоих плечах одинаковуювлажность и температуру воздуха, что достигается путѐм постояннойпродувки атмосферного воздуха с помощью небольшого центробежноговентилятора.2) Плата сбора данных NI USB-6251 – Рис.
2.6. Данная платаоцифровывает и передаѐт в компьютер сигналы с фотоприѐмников итермодатчика лазерного диода.Также она генерирует сигналы токанакачки лазера и управления модулем Пельтье лазерного диода. Длякоммуникации между спектрометром и компьютером используется платаввода/вывода информации NI USB-6251 (рис.4), которая включает 16аналоговых входов (16 бит, 1.25 МГц), 2 аналоговых выхода (16 бит, 2.8МГц) и 24 линии цифрового ввода/вывода (TTL, до 10 МГц).3) Блок управления.
Он является посредником между платой сбораданных и лазерным диодом, содержит согласующие усилители, источникипитания, и систему защиты лазерного диода. Обеспечивает согласованиесигналов, передаваемых из платы сбора данных NI USB-6251 в источникИК-излучения (ток накачки и ток модуля Пельтье лазерного диода), исигнал термодатчика лазерного диода в обратную сторону. На данном блокенаходятся кнопки включения/выключения лазерного диода, и системазащиты, автоматически выключающая лазерный диод при обрыве в егоцепи, а также при пропадании сетевого питания.534)Программноеобеспечение.Программноеобеспечение«H2O_Spectrometer» предназначено для управления работой спектрометра,а также для сбора и обработки получаемых спектральных данных..Программа H2O_Spectrometer предназначена для управления работойспектрометра, а также для сбора и обработки получаемых спектральныхданных.
Работа программы заключается в управлении перестраиваемымдиодным лазером и получении сигналов с детекторов излучения(фотоприемников) для диагностики орто/пара состава просвечиваемоговодяного пара.Программа построена на языке LabVIEW National Instruments. Длякоммуникации между спектрометром и программой используется платаввода/вывода информации NI USB-6251, которая включает 16 аналоговыхвходов (16 бит, 1.25 МГц), 2 аналоговых выхода (16 бит, 2.8 МГц) и 24линии цифрового ввода/вывода (TTL, до 10 МГц). Плата производитоцифровку и передачу в компьютер сигналов с фотоприемников итермодатчика ПДЛ.
Предусмотрена возможность оперативно вмешиватьсяв процесс и варьировать характер изменения тока накачки лазера иуправлять температурой лазерного кристалла.Код программы построен на языке LabView. Программа в реальноммасштабе времени (по ходу поступления) производит обработку цифровыхданных с фотоприемников и оформляет окончательный результат.Процедура работы с массивами данных сводится к делению спектра,снятогоосновнымфотоприемника,фотоприемникомлогарифмированию5а,наопорныйполученногоаппроксимации последнего модельным контуром – Рис. 2.7.§ 2. Запись и обработка спектров.спектротношенияси54Использованныйспособаппроксимацииспектральныхлинийоснован на общепринятом представлении [4] о том, что при малыхдавлениях, типично меньше нескольких Торр, доминирующим факторомуширения спектральных линий является доплеровский механизм, и тогдаэкспериментальные спектры поглощения наилучшим образом описываютсяконтуром Гаусса:G( )y0AwGexp(2(C)22),wG/2(2.1)где А – площадь под контуром, νC – положение центра линии, wG – гауссовашириналиниинаполувысоте.Сростомдавленияпреобладаетстолкновительный механизм уширения, и преимущество в качествеописания спектральных линий от контура Гаусса переходит к контуруЛоренца:L( )y0wL2A4(C)22wLгде wL – лоренцева ширина линии на полувысоте.,(2.2)55Рис.
2.6. Внешний вид платы сбора данных NI USB-6251.Рис. 2.7. Образец опорного спектра в сочетании с аналитическимспектром.Для работы в широком диапазоне давлений требуется непрерывныйпереходотгауссоваописанияклоренцевому,чтодостигаетсяиспользованием вместо отдельных функций (2.1) и (2.2) их свертки контура Фойгта:56V( )y0A2 ln 2 w L3/2te222wGln 22wLC4 ln 2wG(2.3)dt .twGИнтеграл в (5) не дает возможности получить аналитическое выражение дляпоглощения,иматематическиепоэтомудляприближения.числовыхрасчетовиспользуютсянашейпрограммеиспользованаВследующая аппроксимация выражения (2.3), предложенная в [5]:V( )V(0 .
016 (10)[( 12k 1 ) exp(k 1 ) k 1 exp(0 . 693 k 2 )2 . 250 . 0841 * k 2)k 1 /(11 /(12k2 )2 . 250 . 021 k 2(2.4))],гдеk1w L / wV , k 2(0(2.5)) / wV ,иV(0)A /[ 2 w V (1 . 0650 . 447 k 120 . 058 k 2 )],(2.6)гдеwV0 . 5346 w L20 . 2166 w L2wD .(2.7)Нелинейным методом наименьших квадратов [6] производитсяподбор параметров модельного контура под данные измерения.Результат полной обработки спектра выглядит, как две резонансныелинии поглощения, составленные из экспериментально измеренных точек,описанных расчетными кривыми – Рис. 2.8.§ 3.
Структура интерфейса программы.Окно программы включает четыре вкладки, переключение междукоторыми осуществляется пользователем. Все величины, отображаемые вовремя работы программы, доступны для изменения в реальном времени.57Первая закладка Settings (Рис. 2.9) содержит переключающиеся1.закладки ADC, DAC и Waveform (Рис. 2.10):- ADC – закладка аналого-цифрового преобразователя, где указываетсясоответствие входных каналов исполняемым функциям. Нулевой каналзарезервирован под термодатчик лазерного диода, первый под сигнал сопорного фотодетектора, второй под сигнал с аналитического приемника.На вкладке также задается длительность следования импульса.- DAC – закладка цифро-аналогового преобразователя содержит окошкоуправления выходными каналами платы.
На вкладке также задается частотаобновления импульсов.- Waveform – закладка задания параметров импульса тока накачкилазерного диода. В окошках L1, L2, L3 задается длительность участковимпульса; I1, I2, I3 – задают величину начального тока на соответствующемучастке в мА; dI1, dI2, dI3 – окошки задания наклона (скорости изменениятока).Закладка Settings также содержит панель включения/выключениятемпературной стабилизации с окошком ввода температуры и окно выводафлуктуации температуры от времени.Закладка Spectra (Рис. 2.11) несет на себе:2.1-графическоеокноотображенияопорного(желтаялиния)ианалитического спектра пропускания (красная линия);2 - графическое окно отображения приведенного спектра пропускания,полученного из предыдущих двух путем деления и последующегологарифмирования;3 - переключатель ручного/автоматического подтягивания базового ианалитического спектров;4 - блок инициации записи спектров в текстовый файл (цвет кнопкисоответствует цвету записываемого спектра) и установки временногоинтервала между последовательными записями.58Закладка Parameters (Рис.
2.12) отображает результаты проведенных3.математических преобразований над поступающими данными.Здесь для отображения доступны:- величины интегралов поглощения орто и пара линий воды с течениемвремени;- величины лоренцевских ширин линий с течением времени;- величины амплитуд линий с течением времени;- отношение интегралов поглощения измеряемых линий.Закладка Lines&Ratio (Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
