Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Приборы для спектрального анализа и их характеристики 11
1.1 Щелевые спектральные приборы для атомно-эмиссионного анализа 15
1.2 Основные характеристики щелевого спектрального прибора
1.2.1 Линейная дисперсия 19
1.2.2 Светосила спектрального прибора 20
1.2.3 Разрешающая способность 23
1.3 Образование контура спектральной линии 26
1.3.1 Аппаратная функция спектрального прибора 27
1.3.2 Симметрично-ступенчатая аппроксимация аппаратной функции 28
1.3.3 Измерение полуширины аппаратной функции 33
Выводы 39
ГЛАВА 2. Многоэлементные линейные фотоприемники и исследование возможности их применения для спектральных измерений 40
2.1 Отечественные линейные фотоприемники для спектральных измерений 44
2.1.1 Устройство и работа фоточувствительного прибора с зарядовой связью ФГШЗ-8л 46
2.1.2 Работа ряда фоточувствительных элементов, секции накопления заряда и антиблуминга 48
2.1.3 Работа считывающих и буферных регистров 49
2.1.4 Работа входного устройства регистра 50
2.1.5 Работа выходного устройства регистра 51
2.2 Исследование характеристик ПЗС-фотоприемников 52
2.2.1 Стенд для исследования характеристик 53
2.2.2 Относительные спектральные характеристики 56
2.2.3 Шум ПЗС-фотоприемника и зависимость его от температуры...63
Выводы
ГЛАВА 3. Обоснование выбора ширины элемента фотоприемника и поиск наилучшего способа аппроксимации контура спектральной линии 68
3.1 Способы идентификации спектральных линий при расшифровке спектрограмм.ЛЗ
3.2 Способы аппроксимации контуров спектральных линий регистрируемых линейным многоэлементным фотоприемником 76
3.3 Сравнение способов аппроксимации контуров спектральных линии 80
3.4 Экспериментальное исследование влияние ширины элемента фотоприемника на точность измерения длины волны и интенсивности спектральной линии 84
3.5 Методика проведения экспериментальных исследований по оценке погрешностей измерений интенсивностей и длин волн спектральных линий 91
3.5.1 Проверка гипотезы нормального распределения результатов измерения длины волны спектральной линии и оценка его среднего квадратического отклонения 93
Выводы 96
ГЛАВА 4. Многоканальный измерительный регистратор спектров 97
4.1 Многоканальная система регистрации оптического излучении с компенсацией темнового шума 97
4.2 Многоканальные анализаторы спектров 104
4.3 Программа «Анализатор отклонений» 108
Выводы
Заключение 111
Список литературы
- Светосила спектрального прибора
- Работа ряда фоточувствительных элементов, секции накопления заряда и антиблуминга
- Экспериментальное исследование влияние ширины элемента фотоприемника на точность измерения длины волны и интенсивности спектральной линии
- Многоканальные анализаторы спектров
Введение к работе
Актуальность работы. Анализ продукции ведущих мировых производителей спектрального оборудования: Perkin Elmer, Shimadzu, Ocean Optics, Horiba Jobin Yvon Inc., Spectro A.I. GmbH, ARL (Applied Research Laboratories), LECO, а также российских предприятий: ВМК-Оптоэлектроника, ЗАО«Спектральная лаборатория», ОКБ «Спектр», ООО «МОРС», показывает, что большая часть номенклатуры выпускаемых изделий оснащена многоэлементными фотоприемниками. Такие приемники совмещают положительные свойства фотографических пластинок, позволяя одновременно регистрировать широкий спектральный диапазон, с преимуществами фотоэлектрической регистрации - чувствительностью, точностью и оперативностью. Системы регистрации на основе многоэлементных фотоприемников позволяют создавать приборы с полной автоматизацией управления прибором, процесса сбора и обработки информации.
Однако их применение вносит погрешности в спектрофотометрические измерения, обусловленные дискретностью светочувствительных элементов, которые снижают точность спектрального анализа. В спектральных приборах с многоэлементной фотоэлектрической регистрацией спектра отдельная спектральная линия регистрируется несколькими светочувствительными элементами, число которых определяется отношением ширины аппаратного контура спектрального прибора к ширине светочувствительного элемента, а также зависит от чувствительности и уровня шума системы фотоэлектрической регистрации. Поэтому для измерения длины волны и интенсивности спектральной линии необходимо как можно точнее восстановить ее контур. Анализ научно-технической литературы показывает, что теоретические исследования не получили должного внимания.
В связи с этим актуальна разработка метода уменьшения погрешностей спектрофотометрических измерений, связанных с определением интенсивности и длин волн спектральных линий при формировании их контуров на выходе многоэлементного фотоприемника. Кроме того, номенклатура выпускаемых в настоящее время многоэлементных фотоприемников достаточно велика, что обуславливает задачу научно-обоснованного выбора фотоприемника, обеспечивающего заданную погрешность конкретного спектрального прибора.
Объектом исследования являются спектральные приборы, регистрирующие спектры многоэлементным фотоприемником, а предметом исследования-процессы преобразования контуров спектральных линий при регистрации многоэлементным фотоприемником и измерение их характеристик (полуширины контура, длины волны, интенсивности).
Цель исследования - повышение точности спектрального анализа, проводимого на спектральных приборах с многоэлементной фотоэлектрической регистрацией спектра, за счет уменьшения погрешности измерения длин волн и интенсивностеи спектральных линий.
Задача исследования - научно-обоснованная техническая разработка метода уменьшения погрешности измерения длин волн и интенсивностеи спектральных
линий спектральных приборов с многоэлементной фотоэлектрической регистрацией спектра.
Поставленная задача научного исследования решается в следующих направлениях:
-анализ характеристик спектрального прибора с пространственным разделением монохроматических составляющих и регистрацией линейным многоэлементным фотоприёмником;
исследование характеристик и параметров многоэлементных фотоприёмников с целью возможности их применения в спектрофотометрических измерениях;
определение взаимосвязи характеристик спектрального прибора с характеристиками многоэлементного фотоприёмника для теоретически полного восстановления контуров спектральных линий, регистрируемых в фокальной плоскости спектрального прибора;
поиск метода обработки результатов измерения спектра, регистрируемого отдельными светочувствительными элементами фотоприемника, обеспечивающего минимальную погрешность измерения длин волн и интенсивностеи спектральных линий.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Предложена симметрично - ступенчатая аппроксимация контуров спектральных линий для измерения их длин волн и интенсивностеи, которая обеспечивает наименьшую погрешность измерений в сравнении с ранее известными способами аппроксимации контуров спектральных линий.
Впервые получено аналитическое выражение, связывающее полуширину аппаратной функции спектрального прибора с динамическим диапазоном и минимально необходимой шириной светочувствительного элемента линейного многоэлементного фотоприёмника для полного восстановления контуров спектральных линий в соответствии с теоремой Котельникова.
3. Разработан метод обработки результата измерения спектра, регистрируемого отдельными светочувствительными элементами фотоприемника, позволяющий повысить точность измерения длин волн и интенсивностеи спектральных линий.
Практическая ценность работы. Разработанный метод уменьшения погрешности позволяет проектировать оптико-электронные спектральные приборы с многоэлементной фотоэлектрической регистрацией с минимальной погрешностью спектрофотометрических измерений.
Реализация результатов работы.
На основе внедрения результатов исследований, полученных в ходе выполнения работы, разработаны:
1. Многоканальный измерительный регистратор спектров МИРС с программным обеспечением для проведения качественного и количественного атомно-эмиссионного спектрального анализа. Изделие сертифицировано как средство измерений и допущено к применению в Российской Федерации. В настоящее время более 50 изделий используется в научно-исследовательских ин-
ститутах и промышленных предприятиях различных отраслей народного хозяйства.
Программное обеспечение для лабораторий Бюро судебно-медицинских экспертиз, позволяющее определять привнесение химических элементов в зонах повреждения при различных видах травм и патологических состояниях методом относительного сравнения интенсивностей спектральных линий.
Разработана методика проведения экспериментальных исследований по оценке погрешностей измерений интенсивностей и длин волн спектральных линий при различных способах аппроксимации их контуров.
Методы исследования. В диссертационной работе использованы аналитические методы теории преобразования Фурье, теорема Котельникова о дискретной выборке непрерывных сигналов, численные методы решения алгебраических уравнений, методы математического программирования и экспериментальные исследования. Для решения алгебраических уравнений, обработки результатов измерений использовались программные пакеты MatLab.7, Photoshop.
Основные положения и результаты выносимые на защиту:
1. Способ аппроксимации контуров спектральных линий, регистри
руемых многоэлементным фотоприемником, симметрично - ступенчатой
функцией, обеспечивающий наименьшие погрешности измерения длин
волн и интенсивностей спектральных линий.
2. Аналитическое выражение, связывающее полуширину аппа
ратной функции спектрального прибора с динамическим диапазоном и мини
мально необходимой шириной светочувствительного элемента многоэлемент
ного фотоприемника для полного восстановления контуров спектральных линий
в соответствии с теоремой Котельникова.
3. Метод обработки результата измерения спектра, регистрируемого отдельными светочувствительными элементами фотоприемника, позволяющий повысить точность измерения длин волн и интенсивностей спектральных линий.
Личный вклад автора. Автором предложен способ аппроксимации контуров спектральных линий, регистрируемых многоэлементным фотоприемником, симметрично-ступенчатой функцией и разработан метод для измерения полуширины, интенсивности и длин волн спектральных линий. Выведено аналитическое выражение, связывающее полуширину аппаратной функции спектрального прибора с динамическим диапазоном и минимально необходимой шириной светочувствительного элемента многоэлементного фотоприемника для полного восстановления контуров спектральных линий в соответствии с теоремой Котельникова. Разработана методика проведения экспериментальных исследований по оценке погрешностей измерений интенсивностей и длин волн спектральных линий при различных способах аппроксимации их контуров. При определяющем научном руководстве автора разработан многоканальный измерительный регистратор спектров МИРС и проведена его сертификация как средства измерения.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 20-м Всесоюзном съезде по спектроскопии (г. Киев, 1988г.), XI Международной
конференции "Аналитика атомной спектроскопии" (г. Москва, 1990г.), VI Тамбовской областной научно - технической конференции по спектроскопии ( г. Тамбов, 1983), VII Тамбовской областной научно - технической конференции по спектроскопии (г. Тамбов, 1985), 1-ом Отраслевом семинаре «Автоматизация оптических приборов» ( г. Ленинград, 1987г), XIV Уральской конференции по спектроскопии (г. Заречный, 1999г.), XV Уральской конференции по спектроскопии (г. Заречный, 2001г.), XVI Уральской конференции по спектроскопии (г. Екатеринбург, 2003г.), XVII Уральской конференции по спектроскопии (г. Екатеринбург, 2005г).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК, и 1 авторское свидетельство.
Достоверность полученных научных результатов обеспечена применением классической теории преобразования Фурье и метода наименьших квадратов для решения алгебраических уравнений и подтверждается совпадением теоретических и экспериментальных результатов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Общий объем составляет: 148 страниц машинописного текста, 16 таблиц, 36 рисунков.
Светосила спектрального прибора
Принципиальная схема щелевого спектрального прибора. Классический источник излучения для проведения атомно-эмиссионного анализа состоит из нижнего электрода НЭ с анализируемым веществом, верхнего подставного электрода ВПЭ и генератора возбуждения ГВ, который обеспечивает электрический разряд между электродами. Свет от электрического разряда источника излучения 1, с помощью осветительной системы 2, освещает входную щель S. Осветительная система 2 позволяет разместить электроды на некотором безопасном расстоянии от входной щели S и согласовать апертуры источника излучения с диспергирующим устройством для более полного использования светосилы диспергирующего устройства. Свет, пройдя входную щель S, объективом коллиматора О і преобразуется в параллельный пучок и после прохождения диспергирующего элемента ДЭ (призмы или дифракционной решётки) трансформируется в совокупность монохроматических составляющих, каждая из которых объективом камеры 02 фокусируется на фокальной плоскости FF . На фокальной плоскости FF получаются изображения входной щели в свете различных длин волн - спектральные линии, совокупность которых и образует спектр.
При визуальной регистрации спектр рассматривается через окуляр Оз глазом. Такой прибор называется спектроскопом. Как правило, спектроскоп оснащается устройством для визуального сравнения яркостей спектральных линий, характерных для определённых типов сплавов. Такой прибор называется стилоскопом. Он позволяет проводить разбраковку сплавов и проводить полуколичественный эмиссионный анализ металлов и сплавов.
При фотографической регистрации фотоплёнка в специальной кассете устанавливается вдоль фокальной поверхности FF и прибор становится спектрографом. Искомые концентрации определяются как отношение плотностей почернения аналитических спектральных линий определяемых элементов и спектральных линий сравнения по градуировочным графикам. В качестве спектральных линий сравнения берутся спектральные линии основы сплава. Методы количественного фотографического спектрального анализа хорошо отработаны и широко используются в производственной практике и в настоящее время. Спектрографы производились Казанским оптико-механическим заводом и в период с 1986г. по 1992г. было выпущено 1330 штук [24]. Серийное производство спектрографов сохранялось до 2000г. Единичные заказы на поставку спектрографов имеются, и по сей день.
При фотоэлектрической регистрации спектра выделение аналитических спектральных линий осуществляется с помощью ряда выходных щелей S , за которыми располагаются фотоэлектронные умножители (ФЭУ). Таких щелей в приборе, настроенных на заданные аналитические спектральные линии, может достигать 80. Каждый ФЭУ соединён со своим накопительным конденсатором С. Выходная щель, ФЭУ и накопительный конденсатор образуют измерительный канал. За время экспозиции токи ФЭУ заряжают конденсаторы до напряжений, пропорциональных интенсивности соответствующих спектральных линий. Эти напряжения поочерёдно измеряются вольтметром V. Относительная величина напряжений в канале аналитической спектральной линии и в канале спектральной линии сравнения VaH/ Vcp. связана с концентрацией градуировочным графиком. Для обработки выходных сигналов измерительных каналов и вычисления искомых концентраций, как правило, применяют микро-ЭВМ. На микро-ЭВМ также возлагают тестирование различных узлов прибора, их управление и математическую обработку информации. Такие приборы получили название квантометров, являясь сложными оптикоэлектронными установками, обеспечивают максимальную точность и экспрессность спектрального анализа. Квантометры до недавнего времени были основным инструментом производственного анализа металлов, сплавов и других материалов в металлургической и металлообрабатывающей промышленности. В период с 1986-1992 год производственным объединением ЛОМО выпущено 8256 квантометров [24]. Дочернее предприятие «Ломо-спектр» серийно производит аналогичные приборы и в настоящее время.
Кроме многоканальных установок широкое распространение получили более простые одно- или двухканальные приборы-монохроматоры. Часто они строятся в виде фотоэлектрических приставок к серийным спектрографам. В ряде случаев используют приборы с возможностью последовательного выведения всех аналитических линий на одіту выходную щель. Это выведение может быть осуществлено путём визуального нахождения аналитической линии в спектре и приведение её на выходную щель поворотом диспергирующего элемента или перемещением самой щели. Такой прибор, являясь аналогом стилоскопа, получил название монохроматора. Переход к фотоэлектрической регистрации в этом случае позволил резко повысить точность измерения. Имеются также приборы с полностью автоматизированной установкой аналитических линий [25-28] осуществляемым по программе, - спектрометры. Несмотря на то, что, классические квантометры и спектрометры усовершенствуются, но будущее их развитее большей частью касается скорее удешевления и простоты использования, чем существенного улучшения основных характеристик прибора, определяющих спектральное разрешение и фотометрическую точность.
За последние 30 лет ряд новшеств позволили сделать качественный скачок в разработке спектральных приборов [23,25,28,88]. Такие технологические достижения как: - диспергирующие системы с голограммными дифракционными решётками; - твердотельные многоэлементные фотоприёмники с высоким квантовым выходом; - электронно-вычислительная техника на основе микроконтроллеров и программируемых логических интегральных схем, встроенных непосредственно в прибор, позволили вернуться к истокам спектрометрии, которая нашла промышленное применение в начале прошлого века в спектрографах с фотопластинкой, на качественно новом уровне. А именно создание полностью автоматизированных спектроанализаторов с одновременной регистрацией спектра в широком спектральном интервале. Фактически такие спектроанализаторы объединив в себе спектрограф, спектропроектор и микрофотометр позволили получать результаты анализа с минимальным участием оператора. Его участие свелось к установке анализируемых образцов. Спектроанализаторы вобрали в себя все преимущества спектрографов, квантометров и позволили:
Работа ряда фоточувствительных элементов, секции накопления заряда и антиблуминга
Как уже сказано выше первым отечественны многоэлементным фотоприемником специализированным для спектрометрических измерений был разработан ФППЗ-8л. Ему предшествовало серийное освоение многоэлементного фотоприемника ФППЗ-7л с большей в два раза шириной светочувствительного элемента. Именно на базе этих фотоприемников в 90-х годах прошлого столетия были разработаны в Государственном институте прикладной оптики первые многоканальные регистраторы спектров. Из отечественных линейных многоэлементных фотоприемников изготовленный по КМОП технологии в то время был ФУК1Л2 не очень перспективный для спектрометрических измерений из-за достаточно большой ширины светочувствительного элемента(25мкм).
Анализ современного состояния производства линейных многоэлементных фотоприемников сведенный в таблицу 3 позволяет сделать выбор перспективных для спектрометрических измерений следующих фотоприемников: ФППЗ-7л, ФППЗ-8л, ФППЗ-12л (производства НПО «Электрон» г. Санкт-Петербург); ФУК1Л2 (производства ФГУП НЛП «Восток» г. Новосибирск); ILX511, ILX554B (фирмы SONY); TCD1304AP (фирмы TOSHIBA). При отборе фотоприемников для исследования, как перспективных в спектрометрических измерениях, основное внимание уделялось размеру светочувствительного элемента и интегральной чувствительности. Параметры исследуемых линейных многоэлементных фотоприемников приведены в таблице 4.
Фотоприемникам ФППЗ-7л и ФУК1Л2 отдано преимущество как серийно производимым с хорошо отработанной технологией большого процента выхода годных изделий с одной кремниевой пластины. Следует обратить внимание на значительный прогресс в технологии изготовления линейных многоэлементных фотоприемников на примере фирмы SONY. Выпущенный на рынок в 2005 году фотоприемник ILX554B при меньшей площади светочувствительного элемента, почти в 4 раза, чем его предшественник ILX511 обладал значительно большей интегральной чувствительностью при равных прочих параметрах.
Структурная схема стенда[60] представлена на рис. 7. Стенд смонтирован на базе спектрографа ДФС-452, в фокальной плоскости которого устанавливается исследуемый фотоприемник 5 и выходная щель 6, за которой могут быть установлены фотодиод ФД7К или фотоэлемент Ф-17. Для измерения тока фотодиода или фотоэлемента служит вольтметр В7-21.
В качестве источника излучения 1 используются лампы сплошного спектра СИРШ или ДДС-30 и лампы линейчатого спектра ЛТ-2 или ВСБ-2. Для ослабления светового потока и его перекрытия перед входной щелью установлены сменные нейтральные светофильтры 2 и управляемый электромагнитный затвор 3. Для управления ПЗС-фотоприемником и обработки информации с него используется микро-ЭВМ. Генератор управляющих отражений ГУН9 построен аналогично описанному в [61].
Сигнал с ПЗС-фотоприемника, преобразованный в цифровую форму, вводится в оперативное запоминающее устройство с внешним скоростным каналом ВОЗУ II [62]. Устройство графического отображения УГ015 [63] выводит результаты измерений на дисплей.
Для исследования влияния температуры на характеристики фотоприемников используется двухкаскадный термоэлектрический холодильник. Первый каскад образован 27-ю элементами, соединенными электрически последовательно, а в тепловом потоке параллельно, для этого потребовалось применение теплопереходов на основе ВеО на горячем и холодном концах термобатареи. Холодный конец снабжен медной «тепловыравнивающей» пластиной, распределяющей тепловую нагрузку равномерно на все термоэлементы каскада. Геометрические размеры ветвей термоэлемента 2x2x5 мм, что соответствует величине оптимального тока 2,8 А в режиме максимальной разности температур дТ. дТ, достигаемое на первом каскаде термоэлектрического охладителя 50-55 К при электрической мощности 4 Вт и тепловой нагрузке, определяемой излучением и теплопритоком по измерительной термопаре. Второй каскад образован восемью термоэлементами аналогичными термоэлементам первого каскада, с тем отличием, что к используемому материалу предъявлялись более четкие требования по термоэлектрической добротности Z. Если в первом каскаде использовался материал с Z = 2,2 +2,5 10" град" по веществу и Z= 2 для термобатареи, то во втором каскаде использовался материал Z= 2,6 +2,8 10"3 град"1, т.е. с наилучшими значениями.
Второй каскад выполнен одним рядом элементов с теплопереходами на горячем и холодном конце. Электрическая мощность батареи второго каскада 0,8-1 Вт, режим ее работы будет определяться величиной тепловой нагрузки, создаваемой фотоприемником на холодном конце. Второй каскад может электрически включаться в цепь как последовательно с первым каскадом, так и автономно. Теплопереход на холодном конце, образованный пластинкой из окиси бериллия, одновременно выполняет функции тепловыравнивающей пластины, к которой с помощью легкоплавкого припоя Ві - Sh — Pb — Cd - Su с температурой плавления 46С припаивается фотоприемник.
Использование такого припоя позволяет производить металлизацию хорошо очищенной поверхности ситаловой основы фотоприемника и создавать хороший тепловой контакт. Схематично термоэлектрический холодильник показан на рис.8 Предусмотрена возможность вакуумирования фотоприемника для предотвращения конденсата. Вакуумная камера расположена на поворотном столике, имеющем поступательную степень свободы для возможности совмещения светочувствительных элементов фотоприемника с фокусом оптической системы. Весь столик с вакуумной камерой размещен на массивном кронштейне, закрепляемом на оптическом приборе. Вакуумная камера снабжена штуцером для откачки воздуха и двумя штуцерами для входа и выхода воды, необходимой для охлаждения горячего слоя термобатареи.
Экспериментальное исследование влияние ширины элемента фотоприемника на точность измерения длины волны и интенсивности спектральной линии
Методика оценки погрешностей при экспериментальных исследованиях основана на нормативно-технической документации ГОСТ 8.207-76, регламентирующим методику выполнения измерений с многократными независимыми наблюдениями, и устанавливающим основные положения методов обработки результатов наблюдений и оценивания погрешностей результатов измерений.
Для достоверности экспериментальных исследований данной работы проведем оценку погрешности результата при измерении длин волн спектральных линий, выполненных в разделе 3.4 и представленных в таблице 15. Выбранные для экспериментальных исследований спектральные линии ртути с длинами волн 2655,13 А, 2653,68 А и 2652,04 А приведены в [90] с погрешностью ±0,01 А. Очевидно для достоверности выводов, полученных в данной работе, необходимо убедиться, что погрешности измерения длин волн при экспериментальных исследованиях соизмеримы с погрешностью (±0,01 А) длин волн указанной в работе [90] .
При статистической обработке группы результатов наблюдений следует выполнить следующие операции: - исключить известные систематические погрешности из результатов наблюдений; - вычислить среднее арифметическое исправленных результатов наблюдений, принимаемое за результат измерения; - вычислить оценку среднего квадратического отклонения результата наблюдения; - вычислить оценку среднего квадратического отклонения результата измерения; - проверить гипотезу о том, что результаты наблюдений принадлежат нормальному распределению; - вычислить доверительные границы случайной погрешности (случайной составляющей погрешности) результата измерения; вычислить границы неисключенной систематической погрешности (неисключенных остатков систематической погрешности) результата измерения; - вычислить доверительные границы погрешности результата измерения.
В соответствии с требованием ГОСТа 8.207-76 необходимо указать способ обнаружения грубых ошибок результата наблюдения и за результат измерения принять среднее арифметическое результата наблюдения, в которые предварительно введены поправки для исключения грубых ошибок. Так как наибольший разброс значений длины волны спектральной линии 2655,13 А, измеренный фотоприемниками ILX554B и TCD1304AP составил 0,0091 А т.е. все измеренные значения длины волны лежат в пределах указанной для нее погрешности (±0,01 А) , поэтому для этих фотоприемников процедуры исключения грубых ошибок не требуется. Следовательно все 50 значений длины волны можно взять для расчета среднего квадратического отклонения результата измерения. 3.5.1 Проверка гипотезы нормального распределения результатов измерения длины волны спектральной линии и оценка его среднего квадратического отклонения
Для проверки гипотезы нормального распределения результатов наблюдений необходимо число результатов наблюдений от 15 до 50. Исходя из этого выбрано 50 значений для измерения длин волн спектральных линий (см. таблицу 15).
Достаточным признаком нормального распределения результатов измерений в соответствии с требованиями ГОСТа 8.207-76 для заданных уровней значимости #7=0,02 и #2=0,05 является выполнение двух условий:
Для варианта 2 измеренное значение длины волны спектральной линии составило ЛГ =2655,1251 А ± 0,0006, для варианта 3 Я =2655,1258 А ± 0,0005, для варианта 4 Г =2655,1256 А ±0,0004. Результаты расчета случайной составляющей погрешностей показывают, что она так же как и абсолютная погрешность измерения длины волны уменьшается при выборе соотношений ширины светочувствительного элемента фотоприемника и полуширины аппаратной функции в соответствии с выражением(72).
Следовательно можно сделать вывод, что выражение (72), связывающее полуширину аппаратной функции спектрального прибора с динамическим диапазоном и минимально необходимой шириной светочувствительного элемента линейного многоэлементного фотоприёмника для полного восстановления контуров спектральных линий в соответствии с теоремой Котельникова подтверждается экспериментально.
Многоканальные анализаторы спектров
Непосредственно под заголовком программы расположено главное меню программы: Файл Прожиги Методика Анализ График О программе выход (выход из Создать новую методику Загрузить готовую методику Сохранить методику Сохранить методику как... В меню «Файл» расположены команды управления файлом методики — создать новую методику, загрузить готовую методику, сохранить методику (сохранить методику под старым именем), сохранить методику как... (сохранить методику под новым именем), программы). Добавить прожиг(и) в список Удалить выбранный прожиг из списка В меню «Прожиги» расположены команды Кривая выгорания в области маркера Смещение длины волны в области маркера управления файлами прожигов (исследуемых спектров) добавить прожиг(и) в список, удалить выбранный прожиг из списка, а также команды расчета зависимостей — кривая выгорания в области маркера, смещение длины волны в области маркера. Свойства методики Таблица концентраций Доступные линии Добавить линию Добавить споч ную линию Добавить линию без учета фона Добавить линию с автоматическим расчетом интервала фона Добавить линию с ручным заданием интервала фона В меню «Методика» расположены команды для работы с методикой -свойства методики, таблица концентраций, доступные линии, рассчитать линию, рассчитать сложную линию. Команда «рассчитать линию» в свою очередь имеет подменю -рассчитать линию без учета фона, рассчитать линию с автоматическим расчетом интервала фона, рассчитать линию с ручным заданием интервала фона. анализ прожига в соотв. с текущей методикой, провести анализ прожига по базе элементов.
Провести анализ прожига в соотв. с текущей методикой Провести анализ прожига по базе элементов
В меню «Анализ» расположены дополнительные средства анализа провести Пересчитать масштаб с учетом пиков Ctrl+A В меню «График» расположена одна единственная программа для работы со спектром — пересчитать масштаб с учетом пиков. вписывается название новой методики, выбирается метод расчета значений концентрации, в окне «Описание» вписываются комментарии к создаваемой методике (если есть необходимость). После того как сделали необходимые действия нажимаем кнопку «ОК». Методика сохранена на винчестере компьютера.
После того как создана новая методика, необходимо заполнить таблицу концентраций. Таблица концентраций - это таблица соответствия концентраций химических элементов в стандартных образцах. Для этого в меню "Методика" выбираем "Таблица концентраций", в результате чего появится окно «Методика таблица стандартных образцов» которую необходимо заполнить, а точнее ввести название элементов, стандартных образцов и соответствующие концентрации. Выбор вводимого элемента или стандартного образца осуществляется с помощью правой кнопки мыши. После щелчка правой клавишей мыши в поле таблицы появляется меню, в котором выбирается, что необходимо сделать: добавить, изменить или удалить, элемент или образец. После того как введены все элементы или образцы заполняется сама таблица. С клавиатуры вводятся соответствующие значения концентраций. После того как таблица заполнена, необходимо закрыть окно, при этом сохранение происходит автоматически.
Когда создана методика и заполнена таблица концентраций, можно приступать к заданию аналитических линий. Для этого в программу подгружаются файлы съемов (прожигов) стандартных образцов- меню "Прожиги" пункт "добавить пожиг(и) в список". Спектры можно добавлять как по одному, так и группой, количество одновременно обрабатываемых спектров определяется возможностями компьютера. Далее поочередно отмечая (подсвечивая) прожиги устанавливаем, для каждого, «свойства прожига», т.е. из выпадающего списка выбираем образец, цвет спектра и если необходимо смещение. Для того чтобы задать простую линию необходимо сделать следующие действия: 1. найти нужную линию на спектре и отметить ее. 2. выбор времени обжига и экспозиции. 1) Чтобы найти нужную линию на спектре, спектр необходимо привести к удобному виду. Для этого необходимо мышкой выделить участок, спектра - выделение производится с верхнего левого угла выбранной области до нижнего правого. При этом правая клавиша мышки должна находится в нажатом положении (нажимается в верхнем левом углу и отпускается в нижнем правом углу). Выбранная область увеличивается. Путем последовательного увеличения спектр приводится к удобному для вас виду. Перемещение спектра осуществляется с помощью бегунка в полосе прокрутки спектра. После того как спектр приведен к удобному для восприятия виду, перемещая спектр (если это необходимо) по шкале длин волн находится и выделяется нужная спектральная линия. Выделение производится левой клавишей мыши. 2) Выбор времени обжига и экспозиции осуществляется путем указания интервала усреднения в панели «Интервал усреднений». Указанный интервал представляет собой время экспозиции. В качестве начала и конца интервала усреднения указываются отчеты. Чтобы понять, сколько данный интервал составляет в единицах времени необходимо умножить количество отчетов на время одного отчета (время накопления - программа спектрограф). Чтобы более правильно выбрать время экспозиции в программе предусмотрена возможность построения «кривой выгорания» для выбранной линии в выбранном образце. Для этого отмечаем спектральную линию, заходим в меню «Прожиги» пункт «Кривая выгорания в области маркера».
