В статье не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
Фурье-спектрометр — оптический прибор, используемый для количественного и качественного анализа содержания веществ в газовой пробе.
Фурье-спектрометр представляет собой интерферометр Майкельсона, в котором одно из зеркал является подвижным, что позволяет варьировать разницу хода лучей. Смещение зеркала производится механическим приводом, управляемым ЭВМ.
1 — Источник белого света или исследуемый источник;
2 — Линза коллиматора;
3 — Кювета с исследуемым веществом;
4 — Опорный (эталонный) лазер;
5 — Вспомогательные зеркала опорного пучка от лазера;
6 — Фотоприёмник опорного пучка;
7 — Неподвижное зеркало;
8 — Подвижное зеркало;
9 — Механический привод подвижного зеркала;
10 — Объектив фотоприёмника;
11 — Фотоприёмник;
12 — Управляющий и обрабатывающий интерферограмму компьютер;
13 — Светоделительная пластина.
Принцип действия
правитьСтиль этого раздела неэнциклопедичен или нарушает нормы литературного русского языка. |
Основной элемент фурье-спектрометра — интерферометр Майкельсона.
Допустим, у нас имеется когерентный источник излучения с определённой длиной волны. Когда разность хода двух лучей, пришедших в приёмник, равна (то есть лучи пришли в противофазе) интенсивность света, регистрируемая приёмником, близка к нулю. При перемещении правого зеркала интерферометра Майкельсона разность хода лучей изменяется, также изменяется и интенсивность света, регистрируемая приёмником. Очевидно, что интенсивность света максимальная, когда разность хода лучей будет кратна длине волны .
При перемещении зеркала на выходе приёмника будет наблюдаться электрический сигнал синусоидальной формы в зависимости от координаты зеркала. Притом период синусоиды зависит от длины волны источника, а амплитуда от интенсивности источника.
Теперь представим, что на входе немонохроматический источник. Излучение с каждой длиной волны в спектре источника света будет давать свою синусоиду на выходе приёмника, эти синусоиды суммируются, таким образом, на выходе приёмника мы получаем сложный сигнал. При выполнении над полученным сигналом обратного преобразования Фурье, взяв за переменную координату подвижного зеркала, получаем спектр входного электрического сигнала, который также является спектром излучения источника (то есть интенсивность излучения источника на различных длинах волн).
Применение для анализа газового состава пробы
правитьКаждый газ имеет свой спектр поглощения проходящего через него излучения. Причём величина поглощения зависит от концентрации данного газа.
Обычно на входе фурье-спектрометра устанавливают кювету, через которую прокачивают анализируемую газовую смесь. С одной стороны кюветы стоит источник света, с другой ставится интерферометр Майкельсона. Таким образом спектр на входе интерферометра будет иметь «провалы» на определённых длинах волн. После обратного преобразования Фурье получаем спектр поглощения, по которому достаточно просто определить присутствующие в анализируемом воздухе газы и их концентрацию.
Применение
править- Экология и охрана окружающей среды: определение концентрации вредных веществ в воздухе.
- В системах управления двигателями внутреннего сгорания (например, лямбда-зонд).
- На взрывоопасных и пожароопасных производствах для определения содержания горючих газов в процентах от НКПР.