Использование информационно- коммуникационных технологий в лабораторном практикуме Томский госуниверситет Королев Б.В., Елисеев А.А., Горчаков Л.В.

Установка изучения вращательных спектров циана Определение вращательной температуры по распределению интенсивности в вращательной полосе спектра молекул циана

Старый вариант регистрации

Модернизация регистрации спектра Замена фотопластинки на ПЗС- линейку Использование микроконтроллера Mega128 для управления ПЗС-линейкой, оцифровки и передачи данных Использование компьютера для управления экспериментом и визуализации спектра

Блок-схема

Преимущества ПЗС Высокая чувствительность. Квантовый выход фотоэффекта в кремнии достигает 80-90%,т.е. почти весь падающий свет приводит к образованию фотоэлектронов, Высокая линейность. Отклик ПЗС линеен в широком диапазоне интенсивностей. Почернение фотослоя нелинейно, 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 неограниченного числа спектров, Высокая оперативность. При съемке спектров на фотопластинку невозможно гарантировать нужный результат. Сначала нужно потратить время на проявление, промывку и закрепление, чтобы убедиться, что что-то получилось. При работе с ПЗС результат виден еще до начала экспонирования.

Недостатки ПЗС Наличие темнового шума, ограничивающее время экспозиции Индивидуальная зависимость термоэмиссии для каждого отдельного пиксела, приводящая к геометрическому закону распределения шумов

Способы борьбы с этими недостатками Последовательно снимаются отдельные спектры с экспозицией, при которой еще не происходит насыщения, и суммируются с помощью компьютера. измерить сначала только шум при закрытой щели, а затем открыть щель прибора и измерить шум плюс сигнал. После этого путем вычитания можно эффективно подавить шум.

Основные характеристики ПЗС- линейки ILX511 Ширина пиксела - 14 микрон, Высота пиксела-200 микрон, Количество пикселов-2048 шт, Спектральный диапазон нм, Экспозиция насыщения лк*с, Неравномерность чувствительности -5%, Допустимая скорость считывания -2 млн. пикселов в секунду.

Функциональные возможности программы

Уровень шума

Вид установки

Вид приемника спереди

Вид приемника сзади

Полный вид спектра

Распределение интенсивности в полосе CN

Определение температуры NJ=NhcB(2J+1)/(kT)*exp(- [BJ(J+1)hc/(kT)] ln (Iисп/(J+J+1))=ln C – BJ(J+1)hc/(kT),

Литература Г.Герцберг. Спектры и строение двухатомных молекул, ИЛ, Москва, 1949

Установка по изучению спектров поглощения

Спектр J2