- •Предисловие
- •Часть I. Метрология
- •Введение в метрологию
- •1.1.Исторические аспекты метрологии
- •Основные понятия и категории метрологии
- •Принципы построения систем единиц физических величин
- •Воспроизведение и передача размера единиц физических величин. Эталоны и образцовые средства измерения
- •Измерительные приборы и установки
- •Меры в метрологии и измерительной технике. Поверка средств измерений
- •Физические константы и стандартные справочные данные
- •Стандартизация в обеспечении единства измерений. Метрологический словарь
- •2. Основы построение систем единиц физических величин
- •2.1. Системы единиц физических величин
- •2.2. Формулы размерности
- •2.3. Основные единицы системы си
- •2.4. Единица длины системы си – метр
- •2.6. Единица температуры системы си – Кельвин
- •2.7. Единица силы электрического тока системы си – Ампера
- •2.8. Реализация основной единицы системы си - единицы силы света – канделы
- •2.9. Единица массы системы си - килограмм
- •2.10. Единица количества вещества системы си - моль
- •3. Оценка погрешностей результатов измерения
- •3.1.Введение
- •3.2. Систематические погрешности
- •Часть II. Измерительная технику
- •4. Введение в измерительную технику
- •5. Измерения механических величин
- •5.1. Линейные измерения
- •5.2. Измерения шероховатости
- •5.3. Измерения твердости
- •5.4. Измерения давления
- •5.5. Измерения массы и силы
- •5.6. Измерения вязкости
- •5.7. Измерение плотности
- •6. Измерения температуры
- •6.1. Методы измерения температуры
- •6.2. Контактные термометры
- •6.3. Неконтактные термометры
- •7. Электрические и магнитные измерения
- •7.1. Измерения электрических величин
- •7.2. Принципы, лежащие в основе магнитных измерений
- •7.3. Магнитные преобразователи
- •7.4. Приборы для измерения параметров магнитных полей
- •7.5. Квантовые магнитометрические и гальваномагнитные приборы
- •7.6. Индукционные магнитометрические приборы
- •8. Оптические измерения
- •8.1. Общие положения
- •8.2. Фотометрические приборы
- •8.3. Спектральные измерительные приборы
- •8.4. Фильтровые спектральные приборы
- •8.5. Интерференционные спектральные приборы
- •9. Физико-химические измерения
- •9.1. Особенности измерения состава веществ и материалов
- •9.2. Измерения влажности веществ и материалов
- •9.3. Анализ состава газовых смесей
- •9.4. Измерения состава жидкостей и твердых тел
- •9.5. Метрологическое обеспечение физико-химических измерений
- •Часть III. Стандартизация и сертификация
- •10. Организационные и методические основы метрологии и стандартизации
- •10.1. Введение
- •10.2. Правовые основы метрологии и стандартизации
- •10.3. Международные организации по стандартизации и метрологии
- •10.4. Структура и функции органов Госстандарта рф
- •10.5. Государственные службы по метрологии и стандартизации рф
- •10.6. Функции метрологических служб предприятий и учреждений, являющихся юридическими лицами
- •11. Основные положения государственной службы стандартизации рф
- •11.1. Научная база стандартизации рф
- •11.2. Органы и службы систем стандартизации рф
- •11.3. Характеристика стандартов разных категорий
- •11.4. Каталоги и классификаторы продукции как объект стандартизации. Стандартизация услуг
- •12. Сертификация измерительной техники
- •12.1. Основные цели и задачи сертификации
- •12.2. Термины и определения, специфические для cертификации
- •12.3. Системы и схемы сертификации
- •12.4. Обязательная и добровольная сертификация
- •12.5. Правила и порядок проведения сертификации
- •12.7. Сертификация услуг
- •Заключение
- •Приложения
8.4. Фильтровые спектральные приборы
В тех случаях, когда спектрофотометры предназначаются для регистрации излучения на одной, фиксированной на все время эксплуатации, длине волны или в тех случаях, когда не предъявляется высоких требований к спектральному разрешениюприборов, в качестве элементов, обеспечивающих выделение определенного спектрального диапазона, используются светофильтры.
Светофильтрами, или просто фильтрами, называются оптические элементы, изменяющие спектральный состав излучения, не изменяя формы фронта световой волны, падающей на фильтр. Основная характеристика светофильтра - его пропускание Tλ=Фλ/ФФ0, где ФФ0- падающий на фильтр световой поток и Фλ- прошедший через фильтр поток. Наряду с пропусканием фильтр часто характеризуют его оптической плотностью, определяемой как
(8.22)
Фильтры называют нейтральными, или серыми, если их оптическая плотность не зависит от длины волны, т. е. постоянна по всему спектру. Фильтры с широкой полосой пропускания называются широкополосными. Фильтры с узкой полосой называют монохроматическими.
Фильтры, используемые в спектрофотометрах, можно разделить на абсорбционные, отражающие, дисперсионные, интерференционные и интерференционно-поляризационные.
Абсорбционные фильтры представляют собой твердотельные, жидкостные и газовые среды, поглощающие электромагнитное излучение в определенных областях. Для таких фильтров пропускание зависит от коэффициента поглощения материала фильтра Kλи от коэффициента отражения света поверхностями фильтра Rλ.
(8.23)
где l - толщина поглощающего слоя фильтра. Твердотельные абсорбционные фильтры изготавливают из стекла, из различных кристаллов. Жидкостные игазовые фильтры делают в виде кювет, наполняемых растворами или газами, селективно пропускающими свет в той области спектра, в которой должен работать спектральный прибор.
В отражающих фильтрах используется свойство большинства металлов селективно отражать падающее электромагнитное излучение. Селективные отражающие фильтры могут быть получены нанесением на подложку чередующихся тонких слоев с высоким и низким показателем преломления. Оптическая толщина каждого слоя выбирается равной λ/4. Отраженные от границ раздела слоев пучки света оказываются синфазными, что приводит к значительному повышению коэффициента отражения таких зеркал для определенной длины волны.
Дисперсионные фильтры основаны на дисперсии света - зависимости показателя преломления от длины волны. Одна из конструкций такого типа является кюветой, наполненной порошком из прозрачного материала. В кювету заливается жидкость, подобранная так, чтобы для определенной длины волны показатели преломления жидкости и порошка совпадали. Тогда кювета оптически однородна для лучей этой длины волны, но рассеивает излучение других длин волн. Такие фильтры могут изменять длину волны максимума пропускания. Это достигается изменением показателя преломления жидкости либо добавлением другой компоненты, либо изменением температуры. На рис. 8.12приведены показатели преломления 10% раствора сероуглерода в бензине и показатель преломления боросиликатного стекла, которое используется в виде порошка. Такое сочетание компонентов дисперсионного фильтра позволяет выделять видимую область спектра с пропусканием, близким к функции видности человеческого глаза.
Рис. 09.12. Схема прибора для измерения концентраций загрязняющих веществ в сточных водах: ФДк - фотодиод на красный диапазон длин волн; СДк - красный светодиод; ФДз - фотодиод на зеленый диапазон длин волн; СДз - зеленый светодиод; ФДс - фотодиод на синий диапазон длин волн; СДс - синий светодиод; К - кювета с пробой |
|
Интерференционные фильтры принципиально схожи с отражательными многослойными фильтрами, т. е. представляют собой набор отражающих и прозрачных покрытий, нанесенных на прозрачную подложку. Фильтр, предназначенный для выделения какой-либо полосы пропускания, должен иметь оптические толщины слоев, кратные целому числу полуволн, т. е.
где n - целое число. Очевидно, что изготовив такое покрытие фильтр будет пропускать не только излучение данной длины волны, но и длины волн, кратные ей, т. е. 2λ; 3λ... и λ. Для того чтобы излучения высших порядков не накладывалось на излучение первого порядка, интерференционные слои наносят на какое-либо стекло, поглощающее высшие порядки. Интерференционные фильтры изготавливают работающими как на пропускание, так и на отражение.
Если в фильтре интерференция происходит в поляризованных лучах света, то такие фильтры позволяют выделять очень узкие спектральные интервалы, ширина которых доходит до сотых долей нанометра. Интерференционно - поляризационные фильтры очень удобны в использовании, поскольку позволяет получать высокую степень монохроматизации при большой светосиле прибора. Однако интерференционно - поляризационные фильтры очень сложны в изготовлении и, соответственно, дороги. Тем не менее для ряда специальных задач, когда требуется реализовать в приборе высокое спектральное разрешение с высокой светосилой и при этом обеспечить небольшие габариты и вес прибора, использование интерференционно - поляризационных фильтров оказываются самым предпочтительным способом решения проблемы.