Количественный спектральный исследование стальных образцов на стилоскопе СЛ-13
Министерство
образования и науки Российской Федерации
(МИНОБРНАУКИ
РОСИИ)
ТОМСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (ТГУ)
Физический
факультет
Кафедра
оптики и спектроскопии
КУРСОВАЯ
РАБОТА
Количественный
спектральный анализ стальных образцов на стилоскопе СЛ-13
Ильина Ксения Сергеевна
Научный руководитель:
Кандидат ф. - м. наук, доцент
____________А.А. Елисеев
Автор работы:
____________К.С. Ильина
Томск
2011
Оглавление
Введение
. Принципы, особенность и область
применения визуального метода
2. Визуальный прибор - стилоскоп.
2.1 Оптическая схема и принцип
работы стилоскопа СЛ-11.
2.2 Оптическая схема и принцип
работы стилоскопа СЛ-13
. Источники света и режимы работы.
.1 Режим дугового возбуждения
.2 Режим искрового возбуждения
. Приборы с зарядовой связью и их
применение.
. Изучение возможности применения
ПЗС-линейки для регистрации спектров
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Вещество, приведенное в состояние свечения,
может дать интересную и ценную информацию о своем составе или строении
посредством характеристического излучения. В частности, металл, нагретый до
высокой температуры и находящийся в парообразном состоянии, дает свойственное
только ему свечение. Например, светящиеся пары атомов натрия излучают темный
свет, меди - зеленый, литий - красный. Зная это, по окраске свечения можно
судить о веществе. Однако характеристичность излучения воспринимается глазом не
всегда так очевидно как в указанных простых случаях; по окраске свечения
сравнительно редко можно составить представления о химическом составе
светящихся пар.
Чтобы однозначно понять язык излучающих атомов,
необходимо воспользоваться спектроскопом-прибором, разлагающим свет по длинам
волн. Тогда излучение можно наблюдать в виде спектра, то есть в виде
совокупности светящихся линий разных цветов. Спектр является более определенной
характеристикой веществ, суммарное излучение, и позволяет по наличию
определенных спектральных линий судить о составе излучающих паров, то есть
производить спектральный анализ.
Понятие «спектральный анализ» довольно обширно.
Обычно считают, что оно охватывает методы исследования спектров в инфракрасной,
видимой, ультрафиолетовой и вакуумной ультрафиолетовой областях. При этом
техника исследований различна: можно изучать длины волн и интенсивности
излучения, испускаемого атомами и молекулами, или интересоваться поглощением
при прохождении излучения через вещество. Поэтому различают эмиссионный и
абсорбционный спектральный анализ.
По способам регистрации методы в свое время
также подразделяются на:
визуальные, фотографические и фотоэлектрические.
Но наибольшее распространение получили фотографические методы анализа. На
фотографической пластинке одновременно регистрируется большая область спектра,
спектрограмма является документом, ее можно детально изучать. Пластинки могут
долго храниться и при необходимости можно проверить правильность анализа и
получить дополнительные сведения о составе вещества. Фотоэлектрический метод в
настоящее время используется очень редко. Третья группа методов эмиссионного
анализа включает визуальные методы. Их можно использовать для обнаружения
щелочных и щелочноземельных металлов при малом содержании в пробе, так как
наиболее интенсивные линии лежат в видимой области спектра. Легкость и быстрота
проведения наблюдений в видимой области спектра, выполняемых без помощи
фотографирования, значительно облегчили эффективное внедрение в промышленность
визуальных методов спектрального анализа. В настоящее время трудно найти
область, в которой бы он не нашел применения. Визуальные методы достаточно
хорошо удовлетворяют возрастающим требованиям современного производства.
Кроме узких аналитических приложений, визуальные
методы наблюдения спектров быстро и непосредственно дают очень ценную
информацию о ряде важных явлений, например: о влиянии электрических параметров
источника света на характер спектра, о кинетике свечения отдельных линий, об
изменениях выхода вещества из электродов, о влиянии внешних условий на
изменение спектра и т.д.
Предварительное рассмотрение видимого спектра, наиболее
экономно позволяет определить характер намечаемых спектроскопических
исследований.
Таким образом, визуальный метод спектрального
анализа делается незаменимым во многих случаях - многоэлементность,
экспрессность, низкие пределы обнаружения и т.д.
1.Принципы, особенность и область применения
визуального метода
В визуальных методах спектрального анализа
предварительная подготовка проб и возбуждение их спектров по существу не
отличаются от аналогичных операций других методов спектрального анализа. В тоже
время разложения света в спектр производится исключительно с помощью
спектроскопа. И наконец, вследствие субъективности способа оценки визуальные
методики существенно отличаются от спектрографических и особенно от
спектрометрических методик. Это означает также, что из трех методов
спектрального анализа визуальный обладает наименьшей точностью.
Предел обнаружения визуального метода
относительно велик. Наиболее чувствительные линии элементов, за исключением
щелочных и щелочноземельных, находятся в ультрафиолетовой области спектра. В
видимой области расположены только относительно слабые линии наиболее важных
тяжелых металлов. Поэтому их предел обнаружения визуальным методом обычно хуже
в 10-100 раз. За исключением очень редких случаев, визуальный метод не пригоден
для определения неметаллических элементов, поскольку их линии в видимой области
особенно слабы. Кроме того, возбуждение неметаллических элементов требует
специального сложного оборудования и интенсивность источника света недостаточна
для оценки спектральных линий невооруженным глазом.
В противоположность отмеченным выше недостаткам
большое преимущество визуального метода заключается в его простоте, скорости и
малой стоимости. Работать со спектроскопом очень легко. Хотя для оценки спектра
необходима некоторая тренировка, выполнению простейших анализов можно обучиться
быстро. Спектры можно оценивать невооруженным глазом без тех трудностей,
которые присущи косвенным методам. Этот метод экспрессен: на определение одного
компонента требуется обычно не более минуты. Стоимость относительно простого
вспомогательного оборудования для визуального метода низка, пренебрежимо малы
также затраты на инструмент для обработки проб, материалы для противоэлектродов
и электроэнергию. Методики настолько просты, что после некоторой тренировки
анализы могут выполнять квалифицированные лаборанты. Вследствие высокой
экспрессности метода трудозатраты на один анализ низки. Экономическая
эффективность метода увеличивается так же в связи с тем, что анализ можно
проводить без разрушения анализируемого образца и на том месте, где он
находится. Это означает, что с помощью портативных приборов можно анализировать
без пробоотбора на месте их нахождения промежуточную продукцию (например,
металлические штанги), готовую продукцию (например, детали станка) или уже
вмонтированные изделия. Экономятся также инструмент и время, упрощается
организационная работа и отпадает необходимость в деструктивных методах
пробоотбора.
Наиболее важной областью применения визуального
метода спектрального анализа является контроль металлических сплавов и
легированных сталей в процессе их производства с целью сортировки. Используется
метод также для классификации металлов и легированных сталей при отборе ценных
материалов из металлического лома. В других областях, например при анализе
диэлектрических материалов, визуальный метод пока не играет значительной роли.
Однако предполагают, что после усовершенствования он может найти применение в
этой и аналогичных областях.
2. Визуальный прибор - стилоскоп
Для визуального метода спектрального анализа
пригодны самые разнообразные спектроскопы нужной дисперсии, однако чаще всего
применяются специально приспособленные для работы в заводских условиях
стилоскопы. Стилоскоп-это спектроскоп, специально предназначенный для
наблюдения спектров металлов и сплавов. С 1934 года заводы нашей
оптико-механической промышленности начали выпускать стилоскопы. Это обеспечило
быстрое внедрение упрощенных методов спектрального анализа в практику
производственных предприятий.
В настоящее время стилоскоп является самым
распространенным спектральным прибором и плодотворно применяется для сортировки
сплавов.
Принцип стилоскопического анализа заключается в
визуальном сравнении яркостей линии анализируемой примеси с одной или
несколькими линиями основы. Для облегчения такого сравнения линии аналитической
пары должны не сильно различаться по цвету и располагаться близко друг к другу.
Аналитическим признаком является приблизительное равенство яркостей
сравнивающих линий. Установить точное равенство яркостей очень трудно, поэтому
определяется некоторый интервал, дающий приблизительное равенство яркостей
линии.
Приборы для визуального спектрального анализа,
как правило, включают как оптическую часть, так и источник возбуждения
спектров. Поэтому усовершенствование приборов происходило по улучшению
оптических характеристик - дисперсии и разрешающей способности и по увеличению
диапазона электрических характеристик дугового и искрового возбуждения
спектров.
2.1 Оптическая схема и принцип работы стилоскопа
СЛ-11
Стилоскоп СЛ-11 имеет автоколлимационную
оптическую систему с фотометрическим клином; прибор огражден кожухом, генератор
дуги составляет одно целое со стилоскопом.
Оптическая схема прибора вытянута в
горизонтальном направлении. Излучение от источника света 1 направляется на щель
5 трехлинзовой осветительной системой 2,3,4; фокусные расстояния этих линз,
соответственно, равны: 70,50 и 60 мм. Такая система дает равномерное освещение
щели. Щель 5 постоянной ширины (0,02 мм) прорезана на металлическом слое,
нанесенном на стеклянную пластинку, последняя склеена с осветительной линзой 4.
Трапециевидная призма 6 направляет световой пучок на объектив 11 с фокусным
расстоянием 275 мм. Диспергирующая призма 12 закреплена неподвижно, другая же
13,большей катет которой покрыт зеркальным слоем, может поворачиваться,
вследствие чего спектр перемещается в поле зрения окуляра. Отраженные от
посеребренного катета призмы 13 лучи вновь проходят обе призмы и объектив 11 и
призмой 9 направляются на зеркало 8, отражаясь от которого, попадают в окуляр
7.
Прибор снабжен двумя сменными окулярами с
увеличениями 13,5х и 20х , при этом снижение увеличения сопровождается
увеличением поля зрения, чтоб особенно ценно при наблюдении спектров, бедных
линиями. Высота окуляра над уровнем стола составляет 300 мм.
В фокальной плоскости окуляра расположен
фотометрический клин 10. Он представляет собой узкую полоску платинового слоя
меняющейся плотности, нанесенную на стеклянную пластинку и защищенную второй
стеклянной пластинкой.
В комплекте со стилоскопом имеется дуговой
генератор, который устанавливается под спектральным аппаратом.
Стилоскоп очень удобен для проведения
полуколичественного анализа сплавов. Наличие фотометрического клина значительно
расширяет возможности прибора, освещение щели-равномерное, однако интенсивность
спектра не велика. Рассматривание фиолетовой области спектра требует некоторого
напряжения. Оптическая схема стилоскопа СЛ-11 представлена на рис. 1.
Рис. 1
.2 Оптическая схема и принцип работы стилоскопа
СЛ-13
Стационарный стилоскоп СЛ-13 фотометрическим
клином предназначен для эмиссионного визуального качественного и
полуколичественного спектрального анализа сталей, цветных металлов и сплавов в
видимой области спектра.
Стилоскоп применяется для экспрессных анализов,
к точности которых не предъявляется высоких требований. Имеется возможность
анализа тонкой проволоки, ленты, образцов малой массы из легкоплавких сплавов
(на основе олова, свинца и т.д.). Определение малых содержаний трудновозбудимых
элементов: углерода от 0,1%, кремния 0,1%, серы от 0,02% и других элементов в
сталях и сплавах.
Прибор может быть использован на складах при
контроле материала, на шихтовых дворах, пунктах сортировки металлического лома,
экспресс-лабораториях литейных цехов, в научно-исследовательских и учебных
лабораториях.
При эксплуатации прибора необходимо соблюдать
«Правила по устройству и содержанию лабораторий и пунктов спектрального анализа
и обязательные для всех министерств и учреждений».
Описание принципиальной оптической схемы и
работы изделия.
Оптическая схема изделия приведена на рис. 2.
Свет от дугового или искрового разряда 1 с
помощью трехлинзовой системы 2,3,5 и зеркал 6,7 проектируется на дифракционную
решетку 8, равномерно заполняя её. Линза 3 осветительной системы - сменная. При
ее замене на линзу 4 источник проектируется вблизи щели, создавая интенсивное
ее освещение, обеспечивающее оптимальные условия анализа трудновозбудимых
элементов в режиме искрового разряда.
Дифракционная решетка выполняет роль
фокусирующего и диспергирующего элемента. В изделии применена решетка с
переменным шагом нарезки и криволинейными штрихами, что дает возможность
скомпенсировать абберации.
Сканирование спектра осуществляется вращением
дифракционной решетки вокруг оси 0 на угол Ψ
в пределах Ψ390=13°33' до Ψ470
=24°52' при одновременном перемещении вдоль биссектрисы угла отклонения.
Дифрагированное решеткой излучение зеркалами
9,10 направляется в плоскость фотометрического клина 11, расположенного в фокальной
плоскости окуляра 12.
Рис. 2.
Для подсветки фотометрического клина 11(Рис. 1)
предусмотрена лампочка H1,
которая включается тумблером S2,
расположенным на правой боковой стенке стилоскопа. Схема включения подсветки
изображена на рис.3.
Технические характеристики
Диапазон спектра, нм 383…700 Увеличение окуляров
13,5х и 20х Ширина щели, мм, не более 0,015
Характеристики дифракционной решетки,
выполняющей роль фокусирующего и диспергирующего элемента:
1) R, мм 250
) №, 1/мм 1200
3) Величина обратной линейной дисперсии,
нм/мм 3,2
Питание прибора:
1) Напряжение, В, 220±10%
2) Частота, Гц, 50±0,1 потребляемая
мощность, кВА, не более 2,2
Генератор стилоскопа обеспечивает работу в
следующих режимах:
В режиме дуги переменного тока:
) Пределы изменения тока, А, от 1,5 до
10;
) Изменения фазы поджига (дискретное),
град, 60; 90; 120.
В режиме низковольтной искры:
) Изменения емкости конденсаторных
батарей низковольтного контура, мкФ, 20; 40; 60;
) Изменение добавочной индуктивности (без
учета остаточной индуктивности монтажных проводов низковольтного контура),
мкГн, 0;3; 10; 20; 40; 60;
) Число поджигающих импульсов за
полупериод тока сети: 1, 2, 3.
В режиме комбинированного разряда (низковольтная
искра с дуговой затяжкой)- ток от 3 до 7А:
1) Число поджигающих импульсов
- 1;
) Фаза поджига - 90°;
) Изменение индуктивности -
0; 3; 10; 20; 40; 60 мкГн;
) Изменение емкости - 20; 40;
60 мкФ;
5) Имеется возможность получения
униполярного комбинированного разряда.
Габаритные размеры, мм, не более
Стилоскопа 690*360*395
Приставки 720*335*220
Масса комплекта, кг, не более 70
3. Источники света и режимы работы
Роль источников света при эмиссионном
спектральном анализе очень велика. Источники света воздействуют на исследуемый
образец, вызывают поступление паров вещества в светящееся облако и возбуждают
спектры атомов и молекул, попавших в зону высокой температуры.
Успех спектрального анализа непосредственно
зависит от качества источника света. При визуальных наблюдениях, как правило,
пользуются электрическими источниками света типа дуги или искры, хотя более
«спокойные» источники улучшили бы условия наблюдений. Например, пламя является
настолько стабильным излучателем, что глаз наблюдателя занят только оценкой
интенсивностей, тогда как резкие и зачастую не регулярные вспышки спектральных
линий от дуги и искры вызывают необходимость дополнительной тренировки для
восприятия суммарного впечатления от мерцающих спектров. Однако пламя имеет сравнительно
низкую температуру и поэтому обладает ограниченными возможностями возбуждения
спектров. Большинство анализов стилоскопом выполняют с дугой, но определение
некоторых элементов (например, кремния) удается только с искрой.
В визуальном методе спектрального анализа при
возбуждении необходимо соблюдать четыре условия:
Источник должен быть максимально простым,
портативным и безопасным. Такой прибор пригоден для анализа на месте нахождения
анализируемого объекта. После некоторой тренировки на нем может работать
неквалифицированный работник.
Способ возбуждения должен обеспечивать
наибольшую чувствительность анализа. Это обусловлено тем, что в анализе
используются линии относительно низкой интенсивности в видимой области спектра.
Получаемый спектр должен быть простым, поскольку
его можно наблюдать только в течение относительно короткого времени. Это
требование обусловлено тем, что работа на спектроскопе поручается
неквалифицированному персоналу лаборатории.
Спектр должен иметь соответствующую
интенсивность. Это очень важно для облегчения работы (уменьшается напряжение
глаз) и повышения надежности результатов анализа.
Рис. 4
На рисунке 4 изображена конструкция стилоскопа
СЛ-13. Она состоит из следующих основных частей: головки 1, генератора 3 и
приставки 6.
.1 Режим дугового возбуждения
По шаблону выставляют расстояние от электрода до
образца. На столик помещают анализируемый образец, поверхность которого должна
быть очищена от следов краски, окалины и всякого рода пороков. Поверхность
образца должна быть расположена на уровне поверхности стола так, чтобы она
перекрывала отверстие в столе. По мере обгорания электрод необходимо зачищать
напильником или срезать на токарном станке.
После того, как установлен по шаблону сменный электрод,
анализируемый образец помещен на столик, зажигают дугу или искру в зависимости
от аналитической задачи. Для получения режима дуги необходимо переключатель 13
(рис. 4) поставить в положение, соответствующее выбранному значению фазы (60°,
90°, 120°) ; переключатель 12 поставить в положение соответствующее одному
поджигающему импульсу; переключатель 14- в положение 0, переключатель 16 - в
положение II,
переключатель 17 в положение ВЫКЛ, переключатель 15 - в положение,
соответствующее выбранному значению индуктивности ( 0, 3, 10, 20, 40, 60 мкГн
). Ток можно изменять от 1 до 10А с помощью рукоятки 7 приставки в зависимости
от спектроаналитической задачи. При этом необходимо следить за показанием
амперметра 8. Осциллограмма режима дуги изображена на рис. 5.
Рис. 5
.2 Режим искрового возбуждения
Для получения режима искры необходимо:
переключатель 13 (рис. 4) поставить в положение 90°, переключатель 12 - в
положение 1,2,3 в зависимости от спектроаналитической задачи, переключатель 14
- в положение 20, 40, 60 мкФ (в зависимости от аналитической задачи),
переключатель 16 - в положение II,
переключатель 15 - в положение 0, 3, 10, 20, 40, 60 мкГн (в зависимости от
аналитической задачи).
При работе следует иметь в виду, что с
увеличением емкости и уменьшением индуктивности жесткость разряда
увеличивается. Кроме того, с увеличением емкости необходимо увеличивать
зарядные токи, в противном случае конденсаторы не будут успевать заряжаться, и
разряд будет происходить при меньшем напряжении. Однако в любом случае
показания амперметра не должны превышать 10А. Осциллограмма режима искры
изображена на рис.6.
Рис.6.
4. Приборы с зарядовой связью и их применение
визуальный стилоскоп спектр зарядовый
Название ПЗС - прибор с зарядовой связью -
отражает способ считывания электрического потенциала методом сдвига заряда от
элемента к элементу.
Для начала отметим, что ПЗС относятся к изделиям
функциональной электроники, то есть их нельзя представить как совокупность
транзисторов или же конденсаторов. Сам же принцип зарядовой связи весьма прост
и основан на двух равно фундаментальных положениях: 1) одноимённые заряды
отталкиваются, и 2) рыба ищет где глубже. Для начала представим себе
МОП-конденсатор (сокращение от слов металл - окисел - полупроводник). Это то,
что остаётся от МОП-транзистора, если убрать из него сток и исток, то есть
просто электрод, отделённый от кремния слоем диэлектрика. Для определённости
будем считать, что полупроводник - p-типа, т. е. концентрация дырок в
равновесных условиях много (на несколько порядков) больше, чем электронов.
Что будет, если на такой электрод (его называют
затвором) подать положительный потенциал? Первый ответ, который приходит на ум,
- "ничего не будет, поскольку диэлектрик не проводит электричества" -
не совсем верен, ибо электрическое поле через диэлектрик проникать может. И
когда электрическое поле, создаваемое затвором, проникая в кремний сквозь
диэлектрик, отталкивает подвижные дырки, возникает обеднённая область -
некоторый объём кремния, свободный от основных носителей. При параметрах
полупроводниковых подложек, типичных для ПЗС, глубина этой области составляет
около 5 мкм. Напротив, электроны, если они каким-либо образом (например, в
результате фотогенерации) окажутся вблизи, притянутся к затвору и будут
накапливаться на границе раздела окисел-кремний непосредственно под затвором,
т. е. как бы сваливаются в яму, которая совершенно официально называется
потенциальной ямой (рис. 7). При этом электроны по мере накопления в яме
частично нейтрализуют электрическое поле, создаваемое в полупроводнике
затвором, и в конце концов могут полностью его скомпенсировать, так что всё
электрическое поле будет падать только на диэлектрике, и всё вернётся в
исходное состояние (так что действительно "ничего не изменилось" -
почти!) - за тем исключением, что на границе раздела образуется тонкий слой
электронов.
Рис. 7
Пусть теперь рядом с затвором расположен ещё
один, и на него тоже подан положительный потенциал, причём больший, чем на
первый (рис. 8). Так вот, если только затворы расположены достаточно близко, их
потенциальны ямы объединяются, и электроны, находящиеся в одной потенциальной
яме, перемещаются в соседнюю, если её потенциал выше (т. е. если она глубже), в
полном соответствии с упомянутым выше фундаментальным принципом. Теперь уже
должно быть ясно, что если мы имеем цепочку затворов, то можно, подавая на них
соответствующие управляющие напряжения, передавать локализованный зарядовый
пакет вдоль такой структуры
Рис. 8
Прибор с зарядовой связью был изобретён в 1969
году Уиллардом Бойлом и Джорджем Смитом в Лабораториях Белла (AT&T Bell
Labs). Лаборатории работали над видеотелефонией (picture phone и развитием
«полупроводниковой пузырьковой памяти» (semiconductor bubble memory). Объединив
эти два направления, Бойл и Смит занялись тем, что они назвали их «устройствами
с зарядовыми пузырьками». Смысл проекта состоял в перемещении заряда по поверхности
полупроводника. Так как приборы с зарядовой связью начали свою жизнь как
устройства памяти, можно было только поместить заряд во входной регистр
устройства. Но стало ясно, что прибор способен получить заряд благодаря
фотоэлектрическому эффекту, то есть могут создаваться изображения при помощи
электронов.
В 1970 году исследователи Bell Labs научились
фиксировать изображения с помощью ПЗС-линеек (в них воспринимающие свет
элементы расположены в одну или несколько линий). Таким образом, впервые был
создан фотоэлектрический прибор с зарядовой связью.
Впоследствии под руководством Кадзуо Ивама
(Kazuo Iwama) компания Sony стала активно заниматься ПЗС, вложив в это крупные
средства, и сумела наладить массовое производство ПЗС для своих видеокамер.
Ивама умер в августе 1982. Микросхема ПЗС была установлена на его надгробной
плите для увековечения его вклада.
С 1975 года начинается активное внедрение
телевизионных ПЗС-матриц. А в 1989 году они применялись уже почти в 97 % всех
телекамер.
5. Изучение возможности применения ПЗС-линейки
для регистрации спектров
Для регистрации спектров обычно применяют
установки с фотопластинкой. А именно в этом случае регистрации спектров
особенностью является то, что обычная стандартная фотопластинка заменена на
ПЗС-линейку. Как правило, накопительными элементами в ПЗС-линейках служат
фотодиоды; по обе стороны от линейки накопительных элементов располагаются
регистры считывания (соответственно для чётных и нечётных элементов -
билинейная организация).
Основными преимуществами ПЗС перед
фотопластинкой являются следующие:
1) Высокая чувствительность. Квантовый
выход фотоэффекта в кремнии достигает 80-90%, т.е. почти весь падающий свет
приводит к образованию фотоэлектронов.
2) Высокая линейность. Отклик ПЗС линеен в
широком диапазоне интенсивностей. Почернение фотослоя не линейно, оно зависит
от освещенности логарифмически.
) Большой динамический диапазон. С
помощью ПЗС можно измерять спектральные линии, интенсивность которых
различается в десятки тысяч раз. Динамический диапазон фотослоя не превышает
100 раз.
) Высокая экономичность. Фотопластинка -
это расходный материал, один спектр - одна пластинка. ПЗС может быть
использован для съемки не ограниченного числа спектров.
) Высокая оперативность. При съемке
спектров на фотопластинку невозможно гарантировать нужный результат. Нужно
потратить время на проявление, промывку и закрепление, чтобы убедиться, что
что-то получилось. При работе с ПЗС результат виден еще до начала
экспонирования.
Однако, отсюда не следует, что фотопластинки
исчезнут совсем. Дело в том, что у ПЗС есть крупный недостаток - они шумят.
Из-за тепловых колебаний решетки электрон покинуть ее и без воздействия света.
Такие электроны называют темновыми, так как они образуются без освещения, а сам
процесс называется термоэмиссией. Таким образом, при измерении накопленного
каждым пикселом заряда мы получаем сумму полезного светового и темнового
сигналов. Этот шум не является статистическим и не может быть уменьшен за счет
статобработки. Термоэмиссия происходит непрерывно, поэтому ПЗС постоянно
накапливает темновые электроны. Это приводит к невозможности длительных
экспозиций. На практике при комнатной температуре пикселы ПЗС заполняются
темновыми зарядами всего за 5-10 секунд. Фотопластинка же теоретически может
накапливать свет от слабого источника часами, правда в реальности для дугового
разряда экспозиции не могут превышать нескольких минут из-за выгорания
электродов.
Еще одной особенностью шума ПЗС является то, что
скорость термоэмиссии отличается от пиксела к пикселу - у каждого пиксела своя
скорость натекания заряда. Значит, если несколько раз измерять темновое
распределение шума конкретного ПЗС, то будет получаться всегда одно и то же
распределение. Одним из способов борьбы с шумом является измерить сначала
только шум при закрытой щели, а затем открыть щель прибора и измерить шум плюс
сигнал. После этого путем вычитания эффективно подавить шум.
Невозможность использования длительных
экспозиций удобно обойти следующим образом: последовательно снимаются отдельные
спектры с экспозицией, при которой еще не происходит насыщения, и суммируются с
помощью компьютера.
Для регистрации спектра при помощи ПЗС - линейки
необходимо в оптическую схему стилоскопа внести существенные изменения. При
этом должна остаться возможность наблюдать спектр визуально через окуляр прибора.
Как известно у любого оптического прибора, предназначенного для визуального
наблюдения, из окуляра выходит параллельный пучок лучей. Если окуляр сместить
вдоль оптической оси, то изображение в данном случае спектра можно наблюдать на
экране. В качестве экрана необходимо установить ПЗС - линейку. В приборе
необходимо применить устройство (например зеркало или отражательную призму),
которая позволит поочередно наблюдать спектр через окуляр, а затем получить его
изображение на экране монитора.
Заключение
В работе показана возможность регистрации
спектра наблюдаемого в стилоскопе с помощью ПЗС-линейки. Это позволит измерять
интенсивность спектральных линий в широких пределах, что сделает возможным
проведение количественного спектрального анализа.
Кроме того значит уменьшить время проведения
анализа; что особенно важно при малых количествах пробы.
Список использованной литературы:
1. Свентицкий
Н.С. Визуальные методы спектрального анализа / Н.С. Свентицкий.- М.: 1961.-314
с.
. Лебедева
В.В. Техника оптической спектроскопии / В.В. Лебедева.- М.: изд-во МГУ, 1977. -
376 с.
. Орешенкова
Е. Г. Спектральный анализ / Е. Г. Орешенкова. - М.: Высш. шк., 1982. - 372 с.
. Терек
Т. Эмиссионный спектральный анализ / Т. Терек, Й. Мика, Э. Гегуш. - М.: Мир,
1982. - 455 с
. Паспорт
СЛ-13: паспорт