Спектрометр - що це таке і для чого використовують?

0 27

У сучасному світі дослідження речовин, субстанцій та різного роду випромінювань вкрай важливо для подальших технологічних розробок. Високоточний аналіз об'єкта дозволяє зібрати про нього дані, які неможливо отримати традиційними метрологічними засобами. Для таких цілей у різних сферах використовується спектрометр. Це пристрій, за допомогою якого можна визначати характеристики кольорових покриттів, світлових випромінювань та елементного складу твердотільних матеріалів.

Завдання спектрометрії

Спектрометр - що це таке і для чого використовують?
Загальне призначення спектрометра - засіб аналізу, який дає уявлення про різні речовини і окремих параметрах конденсованих середовищ. А в якості цільового об'єкта може виступати випромінювання, рідина, тверді речовини і навіть молекули.


Кожен спектрометр може працювати з конкретними елементами або середовищами, причому в обмежених частотних діапазонах. Існують універсальні моделі з підвищеними експлуатаційними характеристиками, але для роботи з такою апаратурою потрібні спеціальні механічні маніпуляції. Для чого використовують спектрометри універсального і спеціалізованого призначення? Перші підходять для генерації параметрів серійних імпульсів з допомогою частотної гребінки, а другі застосовуються для вузьких завдань, пов'язаних з однотипними вимірами в певних умовах. Наприклад, якщо періодично потрібно фіксувати світловий діапазон на робочій площадці. Сьогодні також отримали поширення квантові моделі спектрометрів, які знаходять застосування в потоковому скануванні матеріалів, виробляючи контроль широкого діапазону різних речовин і середовищ на високій швидкості.


Оптична щілину приладу

Спектрометр - що це таке і для чого використовують?
Основні робочі компоненти спектрометра являють собою вхідну щілину і дифракційну решітку. Щілина служить для пропуску та візуалізації випромінювань, що надходять у аналізатор приладу через спеціальну порожнину. Вона визначає світловий потік, який відправляється на оптичну область детектора. Вхідний контур може мати різну ширину, в залежності від загального призначення спектрометра, – це діапазон від 5 до 800 мкм, в середньому. Висота щілини в стандартному виконанні становить 1 мм.

Дифракційна решітка спектрометра

Не менш відповідальним елементом є і дифракційна решітка спектрометра. Це компонент, що генерує діапазони по довжині світлової хвилі, а також впливає на роздільну здатність детектора. На практиці дана решітка буде визначати кут блиску і частоту світлових штрихів. Існують голографічні і нарізні решітки. Різниця між ними обумовлена конфігурацією розподілу лазерних пучків на світлочутливому шарі і загальними спектральними характеристиками.

Види спектрометрів

Спектрометр - що це таке і для чого використовують?
Серед широкого розмаїття даних приладів можна виділити наступні їх різновиди:
  • Блескомер. Це спектрометр, який орієнтується на вимірювання блиску. Застосовується у випадках, коли цей параметр виступає якісною характеристикою.
  • Спектрофотометр. За допомогою цього пристрою аналізується спектральний склад допомогою визначення довжини електромагнітного випромінювання в оптичному діапазоні. Вихідні дані представляються у вигляді фотометрії і можуть застосовуватися для контролю друку.
  • Колориметр. В даному випадку мова йде про різновиди колірного спектрометра. Це прилад для вимірювання інтенсивності і температури відтінків з поправкою на контрольну шкалу кольорів.
  • Експонометр. Визначає експозицію фотографії та кінематографії.
  • Спектрорадиометр. В основу цього апарату закладена оптична система, що накопичує спектри і виробляє їх підрахунок. Спочатку скануванням фіксуються відомості про спектрі, а потім ці дані перетворюються в електричний сигнал.
  • Яркометр. Пристрій, що визначає яскравість світлових джерел.
  • Люксметр. Цей апарат являє відомості про освітленості.
  • Прилади можуть виконувати окремо кожну з цих функцій, а можуть і суміщати кілька операцій. Багатофункціональні промислові спектрометри здатні працювати зі світлом, фарбами та іншими робочими середовищами в контексті вивчення різних параметрів.

    Портативні і стаціонарні апарати

    Спектрометр - що це таке і для чого використовують?
    Ця класифікація в більшій мірі визначає поділ за техніко-конструкційним і комунікаційним характеристикам. Портативні (мобільні, кишенькові) пристрою зовні нагадують невеликі тестери або мультиметри. Це компактні апарати, якими можна контролювати кольору на поверхнях зі складною геометрією, де неможливе застосування стаціонарного обладнання. Причому, незважаючи на маленькі розміри, прилади такого типу ефективно справляються з аналізом різних покриттів, незалежно від текстури і ступеня зернистості. Стаціонарний спектрометр – це більш функціональний апарат, забезпечений потужними оптичними елементами і засобами обробки даних. Як правило, він має свій власний мікропроцесор з системою візуального подання зареєстрованих спектрів. Користувач може працювати з власним LCD-дисплеєм і клавіатурою обладнання.

    Принцип дії світлових спектрометрів

    Спектрометр - що це таке і для чого використовують?
    Діє спектрометр наступним чином:
  • На першому етапі прилад реєструє і накопичує спектри світла, після чого інформація проходить оцифровку сигналу з подальшим аналізом спеціальною програмою.
  • Переробка первинного світлового потоку відбувається в оптичному волокні по мірі проходження крізь вузьку апертуру.
  • Далі розсіяне світло направляється у вже згадану дифракційну решітку, яка розсіює потік під різними кутами.
  • На заключній стадії зафіксовані детектором фотони перетворюються в електричний сигнал, який обробляється в комп'ютері.
  • А як працює спектрометр світла з програмним забезпеченням? Через USB-порт апарат передає електрони комп'ютера, в якому проводиться інтерполяція сигналу. У найпростіших моделях виконуються графіки з розподілом спектрів по довжині хвилі. Більш складна техніка додатково проводить калібрування і здійснює численні спектральні операції на основі отриманих даних і т. д.

    Принцип дії спектрометра фарб

    Зазвичай використовуються прилади для точного визначення відтінків на текстурних і структурованих поверхнях. Як працює спектрометр фарб? Отримання даних виконує оптична система, після чого проводиться аналіз інформації та її переробка у насадках апертури. Більшість таких апаратів оснащується імпульсними ксеноновими лампами, які і фіксують спектри довжиною хвилі від 360 до 740 нм у середньому. На виході складається графік з колориметричними значеннями.

    Висновок

    Спектрометр - що це таке і для чого використовують?
    Спектрометри при всій складності свого пристрою мають широку область застосування. Їх використовують у наукових дослідженнях, при контролі продукції на виробництвах, в будівництві при оцінці якості конструкції, а також в сільському господарстві і побутовій сфері. Справа в тому, що спектрометр – це прилад, який контролює характеристики, які можуть мати значення для кожної людини в залежності від обставин. Аналіз світла, наприклад, дозволить організувати комфортне освітлення як на підприємствах, так і в домашніх умовах. Робота з фарбою, в свою чергу, дозволить і пересічному автомобілісту підібрати оптимальну лакофарбову суміш для ремонту кузова, і виробникові облицювання успішно виготовити матеріал з заданої дизайнером фактурою.


    Схожі поради

    Публікації
    Корисні поради - поради.pp.ua

    Якщо ви використовуєте матеріали з сайту,посилання на сайт Обов'язкове!!!.