СПАС-01 — дуговой эмиссионный спектрометр

ОПИСАНИЕ

Оптический эмиссионный спектрометр с источником возбуждения спектров – дуговым разрядом в воздухе, – СПАС-01 предназначен для экспрессного спектрального анализа элементного состава порошковых материалов (включая почвы, породы, геологические образцы и т.п.), металлов, сплавов, масел и других жидкостей. Дуговой эмиссионный спектрометр СПАС-01 применяется для входного контроля сырья и выходного контроля продукции в черной, цветной, порошковой металлургии; горнодобывающей, горно-обогатительной и горно-перерабатывающей промышленности для анализа; при производстве особо чистых материалов; в экологии; в пищевой промышленности; в криминалистических лабораториях; научно-исследовательских институтах и др. Для спектрального анализа проб на спектрометр СПАС-01 доступны любые спектральные линии в диапазоне 185 – 915 нм с разрешением 0.007-0.01 нм (в диапазоне 185-415 нм) и 0.04-0.06 нм (в диапазоне 415-915 нм). Пределы обнаружения элементного спектрального анализа твердых веществ на спектрометре СПАС-01 по критерию «3σ» для большинства элементов лежат в диапазоне 10-5 – 10-4 %. СПАС-01 состоит из источника возбуждения спектров на основе генератора дуговых разрядов PRIMA A и универсального штатива УШТ-4, спектрографа 2S36501225, системы регистрации на 24-х линейных ПЗС детекторах, управляющего персонального компьютера, а также корпуса с рабочим местом оператора. Основные блоки спектрометра обладают рядом оригинальных особенностей:

Генератор дуговых разрядов PRIMA A

По сравнению с генераторами предшествующих поколений ДГ-2, ИВС-23, УГЭ-4 обладает следующими преимуществами:

• стабильность тока в 20-30 раз более высокая: не хуже 0.5% (в диапазоне напряжений питания 200-250В) и не зависит от изменения межэлектродного расстояния из-за выгорания электродов;
• возможность задавать из компьютера произвольную зависимость тока дуги от времени;
• возможность предустановки требуемого тока без предварительного сжигания пробы;
• в режиме униполярной дуги предусмотрена автоматическая смена полярности электродов в процессе анализа без прерывания дуги. Моменты смены полярности устанавливаются в пределах 0-999 с произвольно в ручном режиме или в режиме управления от компьютера;
• отсутствует балластное сопротивление;
• высокий КПД: коэффициент преобразования потребляемой энергии - не менее 80%;
• потребление электроэнергии при одинаковом выходном токе приблизительно в 10 раз меньше;
• не вызывает при работе сбоев компьютеров и других электронных приборов;
• не создает при работе акустического шума;
• наличие как ручного, так и компьютерного управления;
• вес в 30-50 раз, а объем в 20-40 раз меньше;
• не требует пусконаладочных работ и работ по ежедневному обслуживанию.

Спектрограф 2S36501225

• Спектрограф 2S36501225 – сдвоенный, т.е. на одном оптическом основании располагаются два спектрографа (с оптическими схемами Пашена-Рунге), оптически связанные через нулевой порядок дифракции первого спектрографа. Это наиболее рациональная конструкция для широкодиапазонных светосильных спектрографов.
• Применяются высококачественные голограммные вогнутые дифракционные решетки, параметры которых специально оптимизированы для оптических схем спектрографов, применяемых в спектрометрах ООО "Промоптоэлектроника".
• Доведенная до совершенства за два десятилетия технология изготовления спектрографов позволяет достичь практически предельных для данного типа спектральных приборов значений спектрального разрешения, например, в дуговых спектрометрах СПАС-01 спектральное разрешение составляет 0.007-0.01 нм (в диапазоне 185-415 нм) и 0.04-0.06 нм (в диапазоне 415-915 нм).
• Эта же технология обеспечивает исключительно высокую температурную стабильность настройки спектрографов, причем без удорожающих прибор специальных систем термостабилизации. Остаточный уход спектральных линий составляет не более одного-двух пикселов (т.е. всего 10-15 мкм!) при изменении температуры на 10°С. Но даже этот небольшой уход автоматически (незаметно для оператора) корректируется.

Система регистрации на линейных ПЗС-детекторах

• Формирует управляющие синхросигналы для тактирования линейных ПЗС-детекторов типа TCD1304DG (фирма TOSHIBA) или их аналогов.
• Оцифровывает аналоговые сигналы с линейных ПЗС-детекторов и сохраняет полученные данные во внутренней памяти.
• Осуществляет предварительную обработку оцифрованного сигнала.
• Осуществляет прием команд и передачу обработанных данных в управляющее устройство (персональный компьютер).
• Состоит из одной или нескольких (до 5 штук) параллельно подключенных плат. Каждая плата позволяет подключить до 18-ти (включительно) линейных ПЗС-детекторов. Система регистрации на 5-ти платах позволяет обрабатывать сигналы с 90 линейных ПЗС-детекторов. В дуговом эмиссионном спектрометре СПАС-01 применяется система регистрации из 2-х плат, обслуживающая 24 ПЗС детектора.
• Аналоговые сигналы со всех линейных ПЗС-детекторов обрабатываются параллельно и одновременно, независимо от количества подключенных плат, что в дальнейшем позволяет использовать корреляционные методы обработки сигнала.
• Внутренняя память каждой платы системы регистрации позволяет сохранить до 500 кадров. Один кадр представляет собой оцифрованный сигнал с 3692 пикселей каждой из 18-ти подключенных линейных ПЗС-детекторов.
• Аналоговый сигнал оцифровывается с разрешением 16 бит.
• Время накопления каждого кадра устанавливается оператором в пределах 0.004 - 60.0 сек с шагом 0.004 сек.
• Для регистрации длительных процессов, требующих сохранения более 500 кадров, предусмотрен режим прореживания кадров. Коэффициент прореживания задается в диапазоне 1 - 255. При обычном режиме Кпрореживания = 1, то есть сохраняется каждый кадр. Например, при Кпрореживания = 5 будет сохраняться каждый 5-ый кадр.
• Запуск начала регистрации возможен двумя способами: внешний (команда из управляющего компьютера) и автономный (например, по вспышке излучения). Во втором способе регистрация начинается только при фиксации сигнала с какой-либо из ПЗС линеек больше заданного.
• Система регистрации позволяет передавать как все зарегистрированные кадры, так и только среднее по всем кадрам (для сокращения времени передачи большого объема данных на управляющий компьютер и снижения на нем вычислительной нагрузки).
• Связь с управляющим компьютером осуществляется посредством высокоскоростного интерфейса USB2.0.
• Питание плат может осуществляться от нестабилизированного источника напряжения постоянного тока в диапазоне 9 -18 В. Внутренние потребители гальванически отвязаны от внешнего источника с развязкой 3.5 кВ.
• Внутренняя схемотехника плат системы регистрации выполнена с учетом жестких условий эксплуатации, таких как функционирование рядом с источниками сильных электромагнитных помех (генераторы искровых, дуговых, ВЧ и СВЧ разрядов) или функционирование в вакууме до 0.001 мБар (т.е. в условиях плохого теплообмена).

Система управления и программное обеспечение

Спектрометр СПАС-01 управляется с помощью системы управления, включающей в себя персональный компьютер, встроенный в генератор контроллер и специализированное программное обеспечение эмиссионных анализаторов (ПОЭМА). Программное обеспечение ПОЭМА обладает следующими возможностями:

• совместимо с Windows98/2000/XP/7;
• обеспечивает управление источником возбуждения спектров и системой регистрации;
• обеспечивает два режима работы оператора:
  • «лаборант»: с минимальным и простейшим доступом к управлению спектрометром, обеспечивающим анализ проб по выбранной методике и сохранение результатов;
  • «инженер»: с полным доступом ко всем функциям программного обеспечения, позволяющим самостоятельно создавать аналитические методики, не обращаясь к производителю спектрометра;
• обеспечивает сохранение и графическое представление спектров с удобной навигацией по спектру, масштабированием, идентификацией спектральных линий и т.д.;
• содержит обширную базу спектральных линий для их идентификации в спектре и качественного анализа;
• обеспечивает автоматическую коррекцию остаточного дрейфа спектральных линий;
• предусматривает режим «осциллограф», позволяющий просматривать изменения интенсивности спектральной линии во времени;
• позволяет производить индивидуальный учет величины и поведения спектрального фона для каждой аналитической спектральной линии по обе стороны от нее, позволяющий определять аналитический сигнал без учета паразитного излучения плазмы, увеличивая тем самым чувствительность и точность измерений;
• предусматривает применение для каждого определяемого элемента нескольких аналитических спектральных линий, что автоматически расширяет динамический диапазон измерений вверх по концентрациям в сотни и тысячи раз, обеспечивая практическую неограниченность максимальных концентраций примесных элементов, определяемых на спектрометрах СПАС-01;
• позволяет оператору достаточно легко и быстро решить одну из самых сложных и трудоемких задач при создании методики измерений – выбор линии сравнения, наилучшей для данной аналитической спектральной линии и данного комплекта стандартных образцов;
• позволяет для каждой аналитической спектральной линии устанавливать одновременно две линии сравнения, что во многих случаях приводит к значительному улучшению сходимости (вплоть до нескольких раз);
• предусматривает включение/выключение автоматического учета межэлементных аддитивных и мультипликативных влияний;
• позволяет учитывать разбавления основы;
• позволяет быстро строить градуировочные характеристики на основе множественной регрессии;
• предусматривает одно- и двухточечную рекалибровку градуировочных характеристик;
• содержит автоматическую сортировку по маркам сплавов ГОСТ;
• позволяет проводить экспорт/импорт методик измерений;
• позволяет вести журнал измерений и создавать отчеты о результатах измерения.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Диапазон измерения концентраций, %		от 10-5 – 10-4 до десятков
Относительная случайная погрешность (в зависимости от условий измерения), %		5 – 15
Источник возбуждения спектра	Типы дуговых разрядов	униполярная дуга 3-20А дуга переменного тока 3-18А прерывистая дуга 3-8А
	Стабильность тока дуги, не более, %(в диапазоне напряжений питания 200-250В и независимо от изменения межэлектродного расстояния вследствие выгорания электродов)	0.5
	Потребляемая мощность, не более, кВт	1.5
	Габариты, мм	110 х 370 х 520
	Вес, не более, кг	7
Рабочий спектральный диапазон, нм		185 – 915
Среднее спектральное разрешение, нм	в диапазоне, нм
	185 – 415	0.007 - 0.01
	415 – 915	0.03 - 0.06
Средняя обратная линейная дисперсия, нм/мм	в диапазоне, нм
	185 – 415	0.56
	415 – 915	3.36
Фотоприемники (линейные ПЗС-детекторы TCD1304DG, TOSHIBA), шт		до 24
Длительность одного кадра, с		0.004 – 60
Число кадров		1 – 500
Интерфейс передачи данных		USB2.0
Режим передачи кадров	все кадры	есть
	среднее по всем кадрам	есть
Электрическое питание		(220+22-33) В, (50+2-2) Гц
Потребляемая мощность, не более, Вт	без плазмы	500
	при горении плазмы	2000
Масса, не более, кг		250

МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Диапазон измерения концентраций в различных пробах от (10-5 – 10-4) % до десятков % при типичной относительной случайной погрешности (в зависимости от условий измерения) 5 – 15 %.

ГАБАРИТЫ

Габариты дугового спектрометра СПАС-01 (Д х Ш х В, мм): 1480 х 1470 х 1200 Минимальная площадь, необходимая для размещения спектрометра: 5 кв. м.