Многоканальные анализаторы оптических изображений для атомно-эмиссионного спектрального анализа

Лабусов, Владимир Александрович

Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы

автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Многоканальные анализаторы оптических изображений для атомно-эмиссионного спектрального анализа

кандидата технических наук: Лабусов, Владимир Александрович
город: Новосибирск
год: 2005
специальность ВАК РФ: 05.11.07
цена: 450 рублей

Диссертация по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам на тему «Многоканальные анализаторы оптических изображений для атомно-эмиссионного спектрального анализа»

Автореферат диссертации по теме "Многоканальные анализаторы оптических изображений для атомно-эмиссионного спектрального анализа"

На правах рукописи

(

ЛАБУСОВ Владимир Александрович

МНОГОКАНАЛЬНЫЕ АНАЛИЗАТОРЫ ОПТИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ДЛЯ АТОМНО-ЭМИССИОННОГО СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА

Специальность 05.11.07 - Оптические и оптико-электронные

приборы и комплексы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 2005

Работа выполнена в Институте автоматики и электрометрии СО РАН г. Новосибирск

Ведущая организация:

Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности (ФГУП «Гиредмет»), г. Москва

Защита состоится 20 декабря 2005 года в 14 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.173.08 в Новосибирском государственном техническом университете по адресу: 630092, г.Новосибирск, пр.К.Маркса, д.20

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Твердохлеб Петр Емельянович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Дубнищев Юрий Николаевич

доктор технических наук, профессор

Чугуй Юрий Васильевич

Автореферат разослан _ноября 2005 г.

кандидат технических наук, доцент

В.Л. Полубинский

.ты-*, ишзр

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация посвящена разработке, исследованию и применению новых многоканальных средств регистрации и обработки изображений оптического диапазона излучения (160-1100 нм), предназначенных главным образом для решения задач атомно-эмиссионного спектрального анализа. Тем не менее, область их применения является более широкой и включает в себя задачи спектрофотометрии, хроматографии и информатики. По совокупности таких характеристик, как количество каналов (до 62000), спектральный и динамический диапазоны, разрешающая способность, габариты, программный сервис и возможность работы в реальном времени, разрабатываемые средства, называемые далее многоканальными анализаторами оптических изображений, качественно отличаются от регистраторов изображений, применяемых ранее в промышленных спектральных приборах. Они предоставляют пользователю не только гибкие возможности для регистрации оптических изображений в реальном времени, но и развитый программный сервис для их логической и математической обработки, решения аналитических задач, наглядного отображения данных, накопления и ведения архивов данных и др.

Актуальность диссертации

На момент постановки работы в распоряжении экспериментаторов было довольно много приборов для анализа спектрального состава излучения -спектрографов, спектрометров и квантометров. В качестве детекторов излучения наиболее часто использовались фотопластины или фотоэлектронные умножители (ФЭУ). Главное достоинство фотопластин - это возможность регистрации в течении времени экспозиции любой части или всего изображения. Однако они требуют мокрого процесса проявления и имеют низкий квантовый выход. Фотоэлектрический способ лишен указанных недостатков. Он предусматривает использование одного или нескольких ФЭУ и по сравнению с фотографическим является более чувствительным (квантовый выход ФЭУ достигает 30 %), более точным и оперативным. К его недостаткам следует отнести то, что данные о полном изображении спектра могут быть получены только путем последовательного сканирования.

Возможность качественного улучшения характеристик спектральных приборов появилась в 70-х годах прошлого столетия. Методами микроэлектроники были созданы линейные и матричные твердотельные детекторы излучения на кремниевых кристаллах. Такие детекторы подобно фотопластинам позволяют регистрировать изображения атомно-эмиссионных спектров во всем рабочем диапазоне длин волн, и, подобно ФЭУ, обеспечивают получение электрических сигналов в реальном времени.

Атомно-эмиссионный спектральный анализ является в настоящее время высокочувствительным и оперативным методом идентификации и количественного определения элементов таблицы Менделеева в твердых, жидких и газообразных веществах. Процесс анализа включает испарение анализируемой пробы, диссоциацию (атомизацию) ее молекул, возбуждение излучения атомов и ионов пробы, разложение получаемого излучения в спектр,

регистрацию спектра, идентификацию спектр! л^щх^эдэд^^я установления

БИБЛИОТЕК'

элементного состава пробы (качественный анализ), измерение интенсивности аналитических линий элементов и нахождение содержания элементов с помощью градуировочных зависимостей (количественный анализ). Благодаря своей оперативности и низким пределам обнаружения элементов атомно-эмиссионный спектральный анализ широко используется для контроля сырья и готовой продукции во многих областях народного хозяйства.

Работа по теме диссертации начата автором в 1987-1988 годах. Было принято во внимание: а) существенное возрастание роли в современных технологиях чистых и сверхчистых веществ; б) созревшая потребность в обновлении имеющегося в аналитических лабораториях парка приборов для атомно-эмиссионного спектрального анализа; в) возможность создания новых многоканальных средств регистрации изображений на основе твердотельных детекторов излучения; г) возможность применения многоканальных анализаторов изображений не только в атомно-эмиссионном спектральном анализе, но и в спектрофотометрии, хроматографии и информатике. Сказанное позволяет сделать вывод о том, что работа по теме диссертации является своевременной и актуальной.

При проведении работы были установлены не только преимущества, но и недостатки существующих многоэлементных твердотельных детекторов: разброс параметров фотоячеек; низкая квантовая эффективность в УФ области спектра; зависимость параметров ячеек от температуры окружающей среды; не соответствие геометрических параметров фотоячеек особенностям атомно-эмиссионных спектров и др. Поэтому исследовательская часть диссертации была ориентирована, главным образом, на поиск путей существенного снижения влияния указанных негативных факторов на метрологические характеристики многоканальных твердотельных детекторов излучения, а также на поиск путей создания линейных твердотельных детекторов большого размера (до 62000 фотоячеек и более). В свою очередь ее экспериментальная часть была направлена на разработку многоканальных анализаторов оптического излучения с развитыми программными средствами и на их применение в промышленных приборах атомно-эмиссионного спектрального анализа и в установках научного эксперимента.

Цели и задачи диссертации

Целью работы является разработка, исследование и применение нового поколения многоканальных анализаторов оптических изображений и создание на их основе современных измерительных приборов для научных исследований и промышленности. Необходимо было решить следующие задачи.

1. Показать, что цели диссертации наиболее отвечают детекторы линейного типа, состоящие из N (1Я = 1024, 2580, 5160) автономных фотодиодных ячеек, и исследовать их апертурные характеристики (зависимость выходных откликов соседних фотодиодных ячеек от геометрического положения входного «точечного» светового сигнала).

базовую однокристальную линейку с N=2580 фотодиодными ячейками со спектральной чувствительностью в области 160-1100 нм. Создать аппаратно-программные средства для измерения квантовой эффективности фотодиодных ячеек во всем рабочем диапазоне длин волн.

3. Разработать методы построения линейных детекторов излучения большого размера (N=62000 и более) - термостабилизированных многокристальных сборок линеек фотодиодов, предназначенных для регистрации атомно-эмиссионных спектров в реальном времени, и в том числе методы, измерительные установки и соответствующее программное обеспечение для тестирования, отбора и «паспортизации» линеек и сборок на стадиях их производства и эксплуатации.

4. На основе многокристальных сборок линеек фотодиодов разработать:

а) методы построения многоканальных анализаторов атомно-эмиссионных спектров, как средств измерения интенсивностей спектральных линий, для модернизации существующего парка спектрографов и квантометров;

б) методики калибровки и коррекции характеристик их измерительных каналов и в) программное обеспечение для настройки и управления работой анализаторов и других устройств спектральных комплексов.

5. Создать образцы анализаторов оптических изображений для заводских, исследовательских и учебных лабораторий и изучить опыт их применения.

Степень обоснованности результатов диссертации

Физико-технические и технологические решения, положенные в основу многоканальных анализаторов оптических изображений и их элементов (базовых линеек, многокристальных сборок) прошли экспериментальную проверку. Подтверждено соответствие характеристик созданных многоканальных анализаторов атомно-эмиссионных спектров (сокращенно -анализаторов МАЭС) требованиям ТУ и требованиям Госстандарта России при их включении в Реестр средств измерений РФ. Результаты диссертации подтверждены также положительным многолетним опытом применения созданных анализаторов изображений в промышленности и получением с их помощью результатов спектрального анализа, удовлетворяющих требованиям современных отечественных и международных стандартов.

Научная новизна. Новыми результатами диссертации являются:

■ методы физико-технической реализации термостабилизированных многокристальных сборок детекторов излучения большого размера (плоских, многострочных, по кругу Роуланда), в том числе сборок без «мертвых» зон, позволившие решить проблему создания целого ряда линейных детекторов оптического излучения (спектральный диапазон 160 - 1100 нм, количество фотоячеек до 62000 и более) для обновления существующих и создания новых приборов атомно-эмиссионного спектрального анализа;

■ методы и средства для тестирования, отбора и «паспортизации» однокристальных линеек фотодиодов на стадиях их производства, изготовления многокристальных сборок и их эксплуатации, позволившие расширить круг решаемых задач и улучшить метрологические характеристики многоканальных спектрометров, создаваемых на их основе;

■ методы реализации анализаторов МАЭС (на основе многокристальных сборок), как средств измерения интенсивностей спектральных линий, с характеристиками и пользовательским аппаратно-программным сервисом на уровне лучших мировых образцов;

■ универсальный программный модуль BmkHware.dll, позволивший освободить программистов, развивающих программное обеспечение (ПО) для атомно-эмиссионного анализа, от учета особенностей реализации анализаторов, их интерфейсов и др. оборудования;

■ полученные с помощью созданных многоканальных анализаторов оптических изображений результаты научных исследований продукта фотолиза N (4 - азидофенил) - 1, 2 - диаминоэтана, спектральных характеристик отражательных фотополимерных голограмм, оптического качества интраокулярных линз и матричной оптической системы.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Физико-технические решения, принятые при создании многоканальных анализаторов оптических изображений, включая комплекс компьютерных методов (+средств) тестирования, отбора и «паспортизации» фотодиодных линеек и сборок, а также методов калибровки и коррекции характеристик их измерительных каналов, составляют новый арсенал технических, измерительных и программных средств для инженерных применений в научных исследованиях и промышленности в области экспериментальной оптической спектроскопии. На основе полученных результатов созданы:

■ многоканальный анализатор атомно-эмиссионных спектров - МАЭС (количество каналов - до 62000, шаг размещения фотоячеек - 12,5 мкм, рабочий спектральный диапазон - 160 - 1100 нм);

■ малогабаритный многоканальный спектрофотометр с компьютерным управлением типа «Колибри» (количество каналов - 2580, спектральный диапазон - 190 - 800 нм, предел разрешения - 1 нм);

■ многоканальный сканер типа «СКАН» для ввода в компьютер черно-белых и цветных оптических изображений (количество каналов - 1024 (2560, 5120), разрешающая способность (для листа формата А4) - 120 (300, 600) dpi).

Приборы в количестве более 200 шт. нашли применение в Институтах РАН и промышленных предприятиях России, Украины, Казахстана, Латвии, Узбекистана и Южной Кореи. Их характеристики не уступают лучшим зарубежным приборам аналогичного назначения, а по ряду параметров превосходят их. Анализаторы широко используются в учебном процессе на физических и химических кафедрах ведущих университетов России (МГУ, СПбГУ, НГТУ, НГУ, УГТУ, ТГУ и др.).

На защиту выносятся:

■ методы и средства для измерения квантовой эффективности многоэлементных фотодиодных линеек в диапазоне длин волн 180 - 700 нм;

■ физико-технические решения термостабилизированных многокристальных сборок линеек фотодиодов, включая методы (+средства) тестирования, отбора и «паспортизации» линеек и сборок в целом;

■ многоканальный анализатор атомно-эмиссионных спектров, как средство измерения интенсивностей спектральных линий, характеристики которого отвечают требованиям ТУ 25-7401-11855928-01 и позволяют решать задачи атомно-эмиссионного спектрального анализа в соответствии с требованиями отечественных и международных стандартов.

Личный вклад автора. Автором предложены методы построения термостабилизированных многокристальных сборок, методы отбора, тестирования и «паспортизации» линеек и сборок, а также методы калибровки и коррекции характеристик измерительных каналов анализаторов изображений. Работы по созданию, испытанию и внедрению образцов многоканальных анализаторов изображений (в том числе универсального модуля BmkHware.dll) выполнены коллективом исследователей, инженеров и технологов под руководством и при непосредственном участии автора.

Апробация работы. Результаты диссертации рассматривались на ряде Международных и отечественных конференций и семинаров: «Сибирский аналитический семинар» (Новосибирск, 1994, ИНХ СО РАН); Всероссийская конференция по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика-96» (Краснодар, 1996, КГУ); Конференция «Аналитика Сибири и Дальнего Востока» (Новосибирск, 1996, 2004, ИК СО РАН ); XIV Уральская конференция по спектроскопии (Заречный, 1999, УТУ); XV Уральская конференция по спектроскопии, (Заречный, 2001, УГТУ- УПИ); 10-й Юбилейный научно-практический семинар «Аналитика 2002» (Санкт-Петербург, 2002, ОКБ Спектр); Seventh International Symposium on "Laser Metrology Applied to Science, Industry, and Everyday Life" (Новосибирск, 2002, SPIE); I, II, III, IV, V, VI Международные симпозиумы «Применение анализаторов МАЭС в промышленности» (Новосибирск, 2000-2005 гг.).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 11 научных работах, в том числе в 1 патенте РФ, 9 научных статьях и 1 отчете.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х разделов (глав), заключения, списка литературы и приложения (241 страница, 109 иллюстраций, 7 таблиц и 91 цитируемый источник).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, определены цель и задачи работы, новизна и практическая значимость полученных результатов и сформулированы положения, выносимые на защиту.

В первом разделе, имеющем обзорный характер, приведены исходные сведения о твердотельных детекторах излучения и их применении в атомно-эмиссионном спектральном анализе. Дано краткое изложение физических основ преобразования полупроводниковым р-п переходом интенсивности падающего излучения в выходной электрический ток и определены его основные характеристики: рабочий и темновой токи, квантовый выход, дифференциальная емкость, спектральная чувствительность и некоторые другие. Установлен характер их зависимости от физико-технологических параметров полупроводника и легирующих примесей. Введено понятие

элементарной фотодиодной ячейки линейного детектора излучения и рассмотрен принцип её работы в режиме накопления заряда. Проведен обзор линейных и матричных детекторов излучения ПЗС-, ПЗИ- и фотодиодного типов, отмечены их преимущества и недостатки и, исходя из этого, обоснован выбор типа детектора, необходимого для решения задач диссертации. Им оказалась линейка фото диодного типа, которая является относительно простой, изготавливается на отечественной технологической базе и позволяет создавать линейные многокристальные сборки детекторов большого размера.

Второй раздел диссертации посвящен решению задачи смещения нижней границы квантовой эффективности кремниевых фотодиодов в область ближнего ультрафиолетового излучения (до 160 нм), созданию базовой линейки с 2580 фотодиодными ячейками и разработки на её основе методов построения линейных детекторов излучения, содержащих до 62000 и более параллельно работающих фотоячеек, а также разработке новых методических, измерительных и аппаратно-программных средств для испытаний (контроля, тестирования) многоэлементных детекторов излучения на этапах их производства и применения.

Сдвиг коротковолновой границы квантовой эффективности линеек фотодиодов от 400 нм до 160 нм проводился путем выбора материалов легирующих примесей и защитных пленок. Показано, что путем применения в качестве легирующей примеси мышьяка, а в качестве защитного покрытия двуокиси кремния квантовую эффективность в области 160-400 нм можно повысить до 30-50 % и более. На основе полученных результатов и опыта применения в атомно-эмиссионном спектральном анализе многокристальной сборки из линеек фотодиодов ЛФ1024 создана базовая линейка фотодиодов типа БЛПП-369 со спектральной чувствительностью в области 160-1100 нм (количество фотоячеек - 2580, шаг размещения фотоячеек - 12,5 мкм, высота фотодиодов - 1 мм, динамический диапазон - 104). Схема линейки приведена на рис. 1. Генерированные фотодиодами заряды накапливаются в закрытых от излучения интеграторах (МОП-емкостях), не изменяя напряжения смещения фотодиодов. По окончании накопления заряды одновременно переносятся на

входные емкости

,-я усилителей, после чего

начинается новый цикл накопления зарядов в интеграторах и

последовательное считывание сигналов

усилителей на выход линейки с помощью коммутатора. Линейка выполнена в виде кремниевого кристалла длиной 33 мм. Расстояние фоточувствительной зоны

Входная емкость усилителя

Р0

м:

■ЫМЫЫЫЫЫЫЫЫЫЫЫЫМк

Сдвиговый регистр

"ТЕМЕ

1Р1 1Р2

Рис I Схема линейки фотодиодов типа БЛПП-369 интегрирующими, усилительными и управляющими элементами

до краев кристалла - 0,38 мм. С целью создания многокристальных сборок контакты линейки выведены на одну сторону кристалла. Они соединяются с разъемами электронной платы с помощью гибких полиамидных шлейфов.

Представлены методика и установка для измерения квантовой эффективности ячеек линейки типа БЛПП-369 с использованием двойного наполненного азотом монохроматора. Способ определения квантовой эффективности линеек основан на сравнении выходных сигналов их фотоячеек с сигналом калиброванного фотодиода АХЦУ-ЮОО с известной квантовой эффективностью. Тот и другой детекторы излучения освещаются монохроматическим излучением одной и той же интенсивности поочередно. Квантовая эффективность фотоячейки на каждой из длин волн находиться по формуле

к = сим*,я (1)

' ^ * и. к

где С - выходная емкость ячейки, и - её начальное напряжение, I - время экспозиции ячейки, N - значение выходного сигнала ячейки, Л^тах -максимальное значение выходного сигнала, £ - площадь фоточувствительного окна ячейки, - площадь окна калиброванного фотодиода, Л - сопротивление обратной связи усилителя его выходного сигнала, ик - напряжение на выходе усилителя, Кк - значение квантовой эффективности калиброванного фотодиода.

Для сравнения на рис. 2 приведены графики квантовой эффективности

фотодиодов линеек

БЛПП-369, полученных путем имплантации в кремний КДБ 7,5 ионов мышьяка (1) и ионов фосфора (2) с защитным покрытием - двуокись кремния. Из графиков следует, что в области длин волн 200-400 нм фотоячейки, имплантированные ионами мышьяка, имеют более высокую (на 10-30 %) квантовую эффективность, чем имплантированные фосфором. На рис. 3 приведен типичный график зависимости квантовой эффективности от длины волны излучения для линеек БЛПП-369 (легирующая примесь - мышьяк, защитное покрытие - двуокись кремния). Можно видеть, что линейки БЛПП-369 обладают высокой квантовой эффективностью в диапазоне длин волн от 183 до 800 нм. Практически приемлемые значения квантовой эффективности линейки сохраняют и вплоть до 160 нм, что подтверждено результатами их испытаний во ВНИИОФИ (г. Москва) при включении анализаторов МАЭС в реестр средств измерений РФ.

Г ✓

к ъ/ 1 - А/^ V 2

п «У

250 300 350 400 450 500 660 ООО «50 700 750 500

Рис 2 Зависимость квантовой эффективности от длины волны излучения для линеек БЛПП-369 с разными легирующими элементами - мышьяком (1) и фосфором (2)

На основе базовых линеек БЛПП-369 разработаны методы построения многокристальных сборок линейных детекторов для оснащения большинства существующих спектрографов и квантометров. Решены задачи стабилизации фотоэлектрических параметров фотоячеек и снижения порога их чувствительности за счет уменьшения и стабилизации температуры линеек с помощью микрохолодильников Пельтье. Сборки выполнены в герметичном

корпусе с кварцевым

окном

Длиммжы ММ

Рис 3 Зависимость квантовой эффективности от длины волны излучения для линейки БЛПП-369 № 124, изготовленной на пластине №45 партии №176

входным наполнены инертным газом с избыточным давлением. Внутри сборок установлены датчики давления и температуры, а также энергонезависимая память для хранения информации о сборке (тип кристаллов, их количество, заводской номер и т.д.). Выводы контактов

линейки фотодиодов на полиамидного шлейфа,

одну сторону кристалла и применение обеспечивающего разъемное соединение с печатной платой, позволяют разместить линейки по поверхности фокусировки спектра различной кривизны, а также в несколько рядов.

Основные типы многокристальных сборок линейных детекторов представлены на рис. 4. Плоские сборки (рис. 4. а) используются для оснащения спектрографов с плоскими фокальными поверхностями и одномерной дисперсией, т.е. спектрографов, созданных для работы с фотопластинками

См. рис. 5

Рис 4 Основные типы многокристальных сборок, а -вогнутые, в - многострочные

плоские, б -

(ИСП - 28, ИСП - 30, ДФС - 8, ДФС - 13, Рвв - 2 и др.). В вогнутых сборках (рис. 4. б) отдельные линейки ТДИ расположены по линиям аппроксимации дуги отрезками, равными длине одиночного

кристалла. Такие сборки предназначены для

использования в

квантометрах с вогнутыми фокальными поверхностями и одномерной дисперсией взамен ранее используемых в них ФЭУ (МФС - 3, 4, 5, 6, 7, 8; ДФС- 10; ДФС-36;

ДФС - 41; ДФС - 44; ДФС -51; ДФС - 458 и т.п.). Многострочные сборки (рис. 4. в) предназначены для регистрации спектров в спектрографах со

Рис 5 Варианты стыковки кристаллов линейных детекторов типа СКреЩвННОЙ ДИСПврСИеЙ.

БЛПП-369 в многокристальных сборках, а - с зазорами 0,7 мм Линейки размещены в

между фоточувствительными областями, б - без зазоров (с НесКОЛЬКО рЯДОВ (строк)

«перехлестом» фоточувствигельных областей), в-двухстрочные Таким образом, Чтобы

обеспечить регистрацию каждого из порядков спектра. При этом кристаллы располагаются в направлении дисперсии дифракционной решетки. Такие сборки имеют выпуклость в горизонтальном направлении и используются в спектрографах со скрещенной дисперсией типа СТЭ-1. Варианты стыковки кристаллов линеек в многокристальных сборках показаны на рис. 5.

Параметры многокристальных сборок для различных спектральных приборов приведены в таблице 1. Можно видеть, что радиус поверхности установки кристаллов в сборках изменяется от вогнутого +375 мм до выпуклого -872 мм, а количество кристаллов - от 1 до 24. Кроме того, из таблицы следует (см. последний столбец), что для регистрации атомно-эмиссионных спектров можно применять более одной сборки с различным количеством кристаллов. Длина светочувствительной зоны сборки равняется 43см и более. Количество фотодиодов доходит до 62000.

Таблица 1 Параметры многокристальных сборок

Оптическая система Наименование Радиус много- Количество линеек типа

спектрального спектрального кристальной БЛПП-369 в сборках с

прибора прибора сборки, мм зазорами и без зазоров *

Призменная ИСП-28,30 - 5

Черни-Тернера ДФС-8 - 5

ДФС-13 - 8

Р08-2 - 8

Пашена-Рунге вресйоЬаЬ +375 12

Аюшсотр/ЮАР +375 12

Гранд +500 12+5

В1А1Ф +500 12

МФС-3,4,5,6,7,8 +500 8или 12

ДФС-41,51 +500 12 или 12+1

ДФС-458 +520 10

ДФС-44 +750 12 или 12+1

ДФС-36 +1000 12 или 12+1

Со скрещенной СТЭ-1 -872 13

дисперсией

* - В двухстрочных сборках количество линеек удваивается

Тестирование линеек и сборок проводится путем измерения и анализа фотоэлектрических характеристик их ячеек. Объектом тестирования являются

- Фоточувствителъная область^

линейки фотодиодов на кремниевых пластинах (вышедших из производства), кристаллы линеек с приваренными полиамидными шлейфами, многокристальные сборки, а также сборки в составе многоканальных анализаторов атомно-эмиссионных спектров.

Предложенные методы тестирования предусматривают ввод каждого из сигналов Р/М) (см. рис.1), / = 1 - Л^, при различных условиях измерения и вычисление пяти фотоэлектрических характеристик: темнового сигнала - ТС,

темнового тока - 7Т, фоточувствительности -Ч, сигнала «памяти» - П и уровня шума - ошума. Темновой сигнал

характеризует весь

измерительный канал фотоячейки, включающий фотодиод, интегратор заряда и выходной усилитель, темновой ток - ток утечки фотодиода из-за самопроизвольной термогенерации электрон-дырочных пар, фоточувствительность - спектральную чувствительность фотоячейки на заданной длине волны, сигнал «памяти» -инерционность фоточувствительности (уровень остаточного сигнала в фотоячейке по истечении некоторого времени после ее засветки), а ошума - шум измерительного канала фотоячейки. На рис. 6 показана диаграмма распределения качества кристаллов линеек фотодиодов типа БЛПП-369. Отметим, что для создания многокристальных сборок используются линейки высшего и первого сорта, составляющих 5 % от их общего количества.

Приводятся результаты исследований апертурных

характеристик линеек, при этом под такими характеристиками понимается функция А(х, у), которая характеризует

эффективность сбора

фотоячейкой носителей заряда, образующихся в полупроводнике при проектировании «точечного» светового пятна, в зависимости

Рис 7 Вид апертурных характеристик ли нескольких от еГО прОСТраНСТВеННЫХ рядом расположенных фотоячеек линейки ЛФ 1024-25/1 ., _ —

координат х, у. На рис. 7 представлены апертурные характеристики А(х) при у=0 нескольких рядом расположенных фотоячеек линейки ЛФ1024-25/1. Можно видеть, что сигнал «распределяется» между фотоячейками в зависимости от положения зондирующего пятна. При нахождении светового пятна между фотоячейками сигнал не «теряется», а «делится» между ними приблизительно пополам.

□ Кристаллы высшего и первого сортов

О Кристаллы второго сорта

□ Бракованные по количеству дефектых ячеек

ЕЭ Ераиоааншв по утечке на 16% выход

в Бракованные по искажемао формы сигнала РМ

■ Бракованные по осутствию имлупжсаЕЫО

Рис 6 Диаграмма распределения качества кристаллов типа БЛПП-369 в партии из 236 пластин (14160 кристаллов), выпушенной в 2005 году

Г "Шопжристальная сКорка"

Блок электронной регистрации

ТГ ТТГ I

«4-

Третий раздел диссертации посвящен созданию многоканальных анализаторов атомно-эмиссионных спектров, принципиально важными элементами которых являются многокристальные сборки линеек фотодиодов. Предложен метод построения и технической реализации таких устройств, их основных узлов и элементов. Первые образцы многоканальных анализаторов атомно-эмиссионных спектров появились у пользователей в начале 90-х годов прошлого столетия. С тех пор в рассматриваемой области используется более двух сотен таких устройств, созданных при ведущем участии автора. Они сертифицированы Госстандартом России как средство измерения интенсивностей спектральных линий под наименованием - анализаторы многоканальные атомно-эмиссионных спектров (сокращенно - анализаторы МАЭС). Структура анализатора МАЭС в составе физической установки приведена на рис. 8. Собственно анализатор выделен пунктирной линией и

АнализаторМАЭС включает в себя многокристальную сборку, блок электронной

регистрации, блок питания,

_ __компьютер и интерфейс.

РГ[«|7];; ю "*113' ! Помимо анализатора МАЭС

1-т-| I У 'Г П мн II 11 в состав физической

установки входит источник возбуждения спектра и спектральный прибор. Работа анализатора МАЭС осуществляется под

управлением ПО «Атом», созданного при участии автора. Изображение

спектра, получаемое на выходе спектрального прибора, формируется на фоточувствительной поверхности много кристальной сборки. Фотодиодные линейки в многокристальных сборках начинают и заканчивают регистрацию спектра одновременно.

Программа «Атом» управляет работой анализатора МАЭС, проводит обработку спектров с целью количественного, полу количественного и качественного элементного анализа вещества. С появлением более совершенных версий анализаторов МАЭС и компьютерных интерфейсов возникла необходимость в выделении ПО, связанного с работой аппаратных средств, в отдельный модуль, что по предложению автора было сделано в 1999 году. Такой модуль является универсальным программным интерфейсом между ПО «Атом» и анализатором МАЭС и реализует все функции по настройке и управлению работой всего комплекса устройств, применяемых при атомно-эмиссионном спектральном анализе (источник возбуждения спектра, анализатор и др.), включая функции регистрации спектров, их ввода и

Рис 8 Структурная схема анализатора МАЭС в составе физической установки атомно-эмиссионного спектрального анализа 1- источник возбуждения спектра, 2 - кнопка «Пуск», 3 -спектральный прибор, 4 -фотодиодные линейки сборки, 5 - микрохолодильник Пельтье, датчики температуры, датчик давления и энергонезависимая память, 6 - усилитель, 7 - блок стабилизации температуры сборки, 8 - АЦП, 9 - формирователь уровней управляющих напряжений, 10 контроллер, 11 - буфер сигналов, 12 - таймер, 13 - интерфейс, 14 -компьютер, 15 - блок питания

последующей предварительной обработки. Это позволило освободить программистов, ведущих разработку ПО «Атом» от учета особенностей физической реализации и работы анализаторов МАЭС, их интерфейсов и другого оборудования в настоящем и будущем. Для отладки ПО «Атом» в модуле, получившем название BmkHware.dll, предусмотрена возможность использования виртуального анализатора МАЭС.

Определено понятие «измерительного канала» анализатора МАЭС и

проведен анализ основных физико-технологических факторов, обуславливающих разброс характеристик выходного сигнала. Под «измерительным

Рис 9 Эквивалентная схема фотоячейки линейки БЛПП-

369 (ФД - фотодиод, Спдо - выходная емкость, (Л> -напряжение зарядки емкости, Тр - выходной транзистор, и„ - напряжение питания выходного транзистора, К1 и К2 - МОП-ключи) с внешними операционным усилителем -ОУ и аналого-цифровым преобразователем - АЦП

каналом» в понимается взаим освяза иных которые преобразование входного излучения

диссертации совокупность элементов, обеспечивают интенсивности /, падающего

I, отн ед

210 ЗГ0

на одну фотоячейку, в выходной электрический сигнал и получение численного значения этого сигнала ивых. Эквивалентная схема г'-ой фотоячейки линейки БЛПП-369 показана на рис. 9, где / = 1, 2, 3, ..., 2580. Для простоты в ней исключен ПЗС-интегратор, находящийся между точками А и Б. Можно видеть, что в состав /-го канала анализатора входят как элементы фотодиодной ячейки, так и общие для всех ячеек выходная шина, ОУ и АЦП.

Предложены методы калибровки и коррекции характеристик измерительных каналов фотодиодных ячеек. Коррекция разброса выходных сигналов фотоячеек, освещенных линейчатым спектром, проводится путем

вычитания из них темновых сигналов (1-й этап коррекции). В качестве примера на рис. 10 показан характер зависимостей скорректированных выходных сигналов от изменения напряжения А и на выходной емкости Спдо (или, что эквивалентно, от интенсивности входного излучения). Можно видеть, что на этом этапе уровень разброса характеристик измерительных каналов

Рис 10 Характер зависимостей разности выходного и темнового тткч^иоиип ^ ин-^^а , сущситснни ип1шас1сл.

сигналов двух фотоячеек линейки БЛПП-369 от изменения

напряжения на емкости Спдо (Чр - 9 В)

Количественный анализ осуществляется путем калибровки всего спектрального комплекса с построением градуировочного графика /(С) -зависимости интенсивности аналитической спектральной линии от концентрации для каждого из определяемых элементов. Для этих целей применяются так называемые стандартные образцы (СО), содержащие определяемые элементы в известных концентрациях. Построенный путем предъявления стандартных образцов градуировочный график используется далее при количественном анализе содержания определяемого элемента. Исходным в этом случае является значение интенсивности спектральной линии, соответствующей определяемому элементу. Отметим, что единовременная калибровка спектрального комплекса и его последующая рутинная работа проводятся при использовании одних и тех же измерительных каналов анализатора МАЭС. Их нелинейность и разброс характеристик учитывается при построении градуировочных графиков и исключается в процессе измерения концентраций (2-й этап коррекции).

Результаты проведенных исследований аналитических возможностей анализатора МАЭС, позволили сделать вывод о том, что по объему и качеству получаемой информации (разрешающая способность, динамический диапазон, погрешность измерения) созданный прибор не уступает возможностям фотопластинок и ФЭУ.

В четвертом разделе диссертации представлены данные о нескольких типах многоканальных анализаторов оптического излучения, созданных совместно с ООО «ВМК-Оптоэлектроника» на основе разработанных линеек фотодиодов и их многокристальных сборок.

Первый из них - тиражируемый анализатор МАЭС, применяемый совместно с программой «Атом». Анализатор предназначен для модернизации существующего в аналитических лабораториях парка спектрографов и квантометров. Преимуществами анализатора МАЭС являются:

а) в сравнении с системой регистрации на основе фотопластинок: прямое фотоэлектрическое преобразование с вводом в компьютер; более широкий диапазон спектральной чувствительности; более широкий динамический диапазон; получение результатов анализа в реальном времени; развитый программный сервис, в том числе по ведению базы данных и архивов;

б) в сравнении с системой регистрации на основе фотоумножителей■ более высокая квантовая эффективность; более широкий диапазон спектральной чувствительности; отсутствие ограничений на количество регистрируемых спектральных линий; возможность анализа формы спектральной линии; возможность учета фона под спектральной линией; возможность автоматической коррекции температурного сдвига спектров.

В таблице 2 приведены значения характеристик анализатора МАЭС: требуемых по ТУ и реально достигнутых. Отсюда следует, что характеристики анализаторов отвечают ТУ по всем регламентированным позициям. Анализатор МАЭС зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под № 21013-01 и допущен к применению на территории Российской федерации.

Таблица 2 Характеристики анализаторов МАЭС

№ Наименование характеристики Требуемые по ТУ Достигнутые

1. Рабочий спектральный диапазон, нм 160-1100 160 + 1100

2. Количество измерительных каналов - 2580- 62000

3. Количество дефектных фотоячеек, % 1 0

4. Размер входного окна измерительного канала - 2 ДххДу, мкм — 12,5* 1000

5. Длина регистрируемого спектра, см - 43

6 Тин многокристальной сборки линейных детекторов - Плоские, по дуге, многострочные

7. Диапазон установки рабочей температуры линеек детекторов, °С - -5 - +20

8. Погрешность стабилизации рабочей температуры линеек детекторов, "С — 0,1

9 Время экспозиции, мс - 7 +10000

10 Среднее квадратическое отклонение выходных сигналов фотоячеек, не более, % 0.03 0,006

11. Динамический диапазон выходных сигналов фотоячеек - ю4

12. Дрейф выходных сигналов фотоячеек, % 0,5 0,01

13. Диапазон измерения интенсивности спектральных линий, единиц условной шкалы (%) 0.01 - 100 0.01 +300

14. Абсолютная погрешность при интенсивности спектральной линии меньшей 1 %, не более, % 0,03 0,01

15. Относительная погрешность измерения при интенсивности спектральной линии большей 1 %, не более, % 3 1,5

Второй и третий анализаторы - это малогабаритные приборы для научных исследований и учебных целей: спектрофотометр «Колибри» и сканирующая камера типа «Скан». Они строятся на основе отдельных линеек фотодиодов, в силу чего количество каналов считывания в таких приборах находится на уровне 1024, 2580 и 5160.

Один из примеров применения спектрофотометра «Колибри» -исследование структуры продуктов фотомодификации аминокислотных остатков белков на модельных соединениях N - (4-азидофенил) - 1,2-диаминоэтана. Образцы с водным раствором модельного соединения помещали в кюветное отделение спектрофотометра и облучали УФ излучением. Изучение кинетики инициируемой реакции проводилось путем регистрации и анализа последовательности спектров поглощения фотомодифицируемого соединения во времени. Подтверждено, что спектр конечного продукта соответствует УФ-спектру 6-аминохимоксалина. С помощью спектрофотометра «Колибри» исследована также динамика смещения спектральных откликов многоцветных голограмм, связанная с влиянием усадки голографических фотополимерных материалов. Обнаружено, что линия отражения голограммы смещена относительно длины волны записи на 13 нм в коротковолновую область.

С помощью сканирующей камеры «Скан» проведены исследования оптического качества интраокулярных линз (искусственных хрусталиков глаза) из полиметил-метакрилата и лейкосапфира, изготовленных зарубежными и отечественными фирмами и получены их функции рассеивания точки.

Заслуживают внимания большое разнообразие решаемых с помощью созданных приборов актуальных практических задач и качественно высокий уровень получаемых при этом результатов: соответствие требованиям современных отечественных и международных стандартов. Это является свидетельством того, что их характеристики отвечают требованиям многочисленных пользователей и не уступают характеристикам лучших мировых образцов.

В заключении сформулированы следующие основные результаты диссертации.

1. Показано, что оптимальными для создания одномерных детекторов большого размера (до 43 см и более) являются кремниевые линейки фотодиодов. Экспериментально подтверждено, что, несмотря на дискретное расположение ячеек, потери информации о «точечном» световом сигнале, попадающем в промежуток между ними, в линейках не происходит.

2. Экспериментально подтверждено, что путем легирования поверхности полупроводника мышьяком и использования защитных пленок из двуокиси кремния квантовая эффективность детекторов существенно повышается (в сравнении с легированием фосфором и защитной пленкой из нитрида кремния) в области 160-400 нм и достигает значений 30-50 % и более. На основе полученных результатов и, исходя из особенностей атомно-эмиссионных спектров, на технологической базе НИИ «Восток» созданы образцы новых однокристальных линеек фотодиодов (БЛПП-369), содержащих 2580 фоточувствительных ячеек с квантовой эффективностью в диапазоне длин волн 160-1100 нм. Разработаны методика и установка для измерения квантовой эффективности их фоточувствительных ячеек во всем рабочем диапазоне длин волн.

3. Разработаны методы построения многокристальных сборок линейных детекторов излучения с однорядным и двухрядным расположением базовых линеек БЛПП-369 в плоскости, по кругу Роуланда и по нескольким строкам, предназначенных для регистрации атомно-эмиссионных спектров. В отличие от известных подходов сборки имеют единое термостабилизированное основание, на котором размещены безкорпусные кристаллы линеек с односторонними полиамидными шлейфами. Максимальное количество линеек в сборках - 13 при однорядном и 24 при двухрядном размещении, а максимальное количество фоточувствительных ячеек - 33000-62000.

изменению формы управляющих импульсов, значениям темнового тока, фоточувствительности, количеству дефектных ячеек, разбросу выходных сигналов, шумам и инерционности откликов.

5. На основе термостабилизированных многокристальных сборок линейных детекторов излучения разработаны методы физико-технической реализации многоканальных анализаторов атомно-эмиссионных спектров (анализаторов МАЭС), включая методики калибровки и коррекции их характеристик в составе спектральных комплексов. Экспериментально подтверждены: а) соответствие характеристик разработанных многоканальных анализаторов, как средств измерений спектральных линий, требованиям ТУ 25-7401-11855928-01 и б) преимущества таких устройств перед фотопластинками и ФЭУ. Анализатор МАЭС зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений (сертификат RU.C27.003A № 9760 от 23.03.2001 года).

6. Предложен, разработан и введен в ПО «Атом» универсальный программный модуль BmkHware.dll, реализующий функции настройки и управления работой всех устройств спектрального комплекса, включая функции регистрации спектров, ввода данных в компьютер и их последующей обработки. Это позволяет прикладным программистам развивать аналитическую часть ПО «Атом» без учета особенностей физической реализации и принципа работы анализаторов, их интерфейсов и другого оборудования (в настоящем и будущем). Программа «Атом» включающая модуль BmkHware.dll, зарегистрирована в Реестре программ для ЭВМ Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентом и товарным знаком РФ (свидетельство № 2004611127 от 06.05.2004 года).

7. Создан ряд тиражируемых образцов многоканальных анализаторов оптических изображений: а) анализаторов МАЭС (область спектральной чувствительности - 160-1100 нм, количество измерительных каналов - до 62000), предназначенных для модернизации существующего парка спектрографов и квантометров в заводских и исследовательских аналитических лабораториях (свыше 200 единиц) и б) малогабаритных спектрофотометров и сканирующих камер (количество измерительных каналов - 1024, 2580, 5160), предназначенных для научных исследований и учебного практикума (свыше 20 единиц).

Опыт применения анализаторов МАЭС свидетельствует о том, что такие средства позволили ускорить процесс разработки новых методик атомно-эмиссионного спектрального анализа, повысить чувствительность применяемых методик, сократить время анализа, расширить круг анализируемых веществ, расширить диапазон измеряемых концентраций. С помощью многоканальных спектрофотометров и сканирующих камер в институтах РАН получены новые научные результаты при исследовании продуктов фотомодификации аминокислотных остатков белков, спектральных характеристик отражательных фотополимерных голограмм, оптического качества интраокулярных линз и оптических матричных систем.

Таким образом, при выполнении диссертации решена важная научно-техническая задача создания нового поколения многоканальных анализаторов оптических изображений для атомио-эмиссионного спектрального анализа, спектрофотометрии, хроматографии и информатики с характеристиками мирового уровня.

Список основных работ, опубликованных автором по теме диссертации

1. Лабусов В.А., Плеханова И.В., Финогенов JT.B. Исследование апертурных характеристик фотодиодных линеек // Автометрия, 1989, № 5, с. 112-117

2. Лабусов В.А., Михляев C.B., Твердохлеб П.Е. Опыт параллельного вычисления логических функций неравнозначности оптико-электронным способом // Автометрия, 1989, №5, с. 120-124

3. Заксас Б.И., Корякин А.Б., Попов В.И., Лабусов В.А., Рязанцева Н.П., Шелпакова И.Р. Многоканальный анализатор атомно-эмиссионных спектров II Заводская лаборатория, 1994, т. 60, № 9, с. 20-22

4. Ленкова Г.А., Коронкевич В.П., Искаков И.А., Косых В.П., Лабусов В.А. Исследование оптического качества интраокулярных линз II Автометрия, 1997, №3, с. 18-29

5. Патент № 46988РФ ! Бехтерев A.B., Лабусов В.А., Попов В.И., Путьмаков А.Н. Анализатор спектра. Заявлено 23.04.1998. Опубликовано 16.03.2000. Приоритет 23.04.1998

6. Шелпакова И.Р., Гаранин В.Г., Лабусов В.А. Многоэлементные твердотельные детекторы и их использование в атомно-эмиссионном спектральном анализе // Заводская лаборатория, 1999, т. 65, № 10, с. 3-16

7. Кнорре В.Д., Маркушин Ю.Я., Лабусов В.А., Попов В.И., Денисов А.Ю., Кнорре Д.Г. Превращение N - (4-азидофенил) - 1,2-диаминоэтана в б -аминохиноксалин при облучении. Динамика процесса //Доклады РАН, 1999, т. 368, №4, с. 489-491

8. Pen E.F., Shelkovnikov V.V., Goulanian E.H., Kostrov N.A., Labusov V.A. The method for the research of the dynamics of the spectral characteristics of the reflection holograms in photopolymer materials // Proc. of SPIE, 2002, v. 4900, p. 957-961 (Метод исследования динамики спектральных характеристик отражательных голограмм в фотополимерных материалах)

9. Лабусов В.А., Попов В.И., Бехтерев A.B., Путьмаков А.Н., Пак A.C. Многоэлементные твердотельные детекторы излучения большого размера для атомно-эмиссионного спектрального анализа II Аналитика и контроль, 2005, том 9, №2, с. 104-109

10. Лабусов В.А., Попов В.И., Путьмаков А.Н., Бехтерев A.B., Селюнин Д.О. Анализаторы МАЭС и их использование в качестве систем регистрации и обработки атомно-эмиссионных спектров II Аналитика и контроль, 2005, том 9, №2, с. 110-115

11. Лабусов В.А., Финогенов Л.В. Разработка спецпроцессоров для цифровой обработки сигналов в спецприборах И Отчет по НИР «Ель», № ГР Х58291, 1986

И§? 2 О 3 2

РНБ Русский фонд

2006-4 17065

Подписано к печати 8 ноября 2005 г.

Формат бумаги 60x84 1/16.

Объем 1,25 печ. л., тир. 100. Заказ шЛШ

Отпечатано в Институте автоматики и электрометрии СО РАН, 630090, г. Новосибирск, просп. акад. Коптюга, 1

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Лабусов, Владимир Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК В ОБЛАСТИ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ДЕТЕКТОРОВ ИЗЛУЧЕНИЯ.

1.1. Физические основы преобразования оптического излучения в электрический ток с помощью р-п перехода.

1.2. Элементарный твердотельный детектор излучения.

1.3. Линейные и матричные детекторы излучения.

1.4. Применение многоэлементных твердотельных детекторов излучения в атомно-эмиссионном спектральном анализе.

2. МНОГОКАНАЛЬНЫЕ ЛИНЕЙНЫЕ ДЕТЕКТОРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ БОЛЬШОГО РАЗМЕРА.

2.1. Расширение области спектральной чувствительности линейных детекторов излучения.

2.2. Экспериментальное исследование квантовой эффективности линейных детекторов излучения.

2.3. Методы построения линейных детекторов излучения большого размера.

2.4. Методы тестирования линейных детекторов излучения.

2.5. Апертурные характеристики линеек фотодиодов.

3. МНОГОКАНАЛЬНЫЕ АНАЛИЗАТОРЫ АТОМНО-ЭМИССИОННЫХ

СПЕКТРОВ.

3.1. Методы построения многоканальных анализаторов атомно-эмиссионных спектров.

3.2. Программа «Атом» для атомно-эмиссионного спектрального анализа.

3.3. Методы калибровки и коррекции характеристик измерительных каналов анализаторов МАЭС в составе спектральных комплексов.

3.4. Характеристики многоканальных анализаторов атомно-эмиссионных спектров.

3.5. Аналитические возможности многоканальных анализаторов атомно-эмиссионных спектров.

4. ПРИМЕНЕНИЕ МНОГОКАНАЛЬНЫХ АНАЛИЗАТОРОВ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ И НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ.

4.1. Многоканальный анализатор атомно-эмиссионных спектров (анализатор МАЭС).

4.2. Малогабаритные многоканальные спектрофотометры и сканирующие камеры для научных исследований.

Введение 2005 год, диссертация по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, Лабусов, Владимир Александрович

Диссертация посвящена разработке, исследованию и применению новых ^ многоканальных средств регистрации и обработки изображений оптического диапазона излучения (160-1100 нм), предназначенных главным образом для решения задач атомно-эмиссионного спектрального анализа. Тем не менее, область их применения является более широкой и включает в себя задачи спектрофотометрии, хроматографии и информатики. По совокупности таких характеристик, как количество каналов (до 62000), спектральный и динамический диапазоны, разрешающая способность, габариты, программный сервис и возможность работы в реальном времени, разрабатываемые средства, называемые далее многоканальными анализаторами оптических изображений, качественно отличаются от регистраторов изображений, применяемых ранее в промышленных спектрографах, спектрометрах, квантометрах и других спектральных приборах и установках. Это означает, что многоканальные анализаторы оптических изображений предоставляют пользователю (экспериментатору, оператору) не только гибкие возможности для регистрации одномерных и двухмерных оптических изображений в реальном времени, но и развитый программный сервис для их логической и математической обработки, решения аналитических задач, наглядного 2Б и ЗЭ отображения данных, накопления и ведения архивов данных и т.п., а также для планирования, контроля и корректировки самого измерительного процесса.

Актуальность диссертации. На момент постановки работы в распоряжении экспериментаторов было довольно много приборов (установок) для анализа спектрального состава и яркости излучения, регистрации распределения этих величин по поверхности источника и ф изучения характера их изменения во времени. В общем случае такие приборы включали диспергирующий элемент (призма, дифракционная решетка и др.), детектор излучения и измерительное устройство. Диспергирующий элемент предназначался для разложения излучения в спектр по длинам волн, детектор излучения - для преобразования падающего излучения в электрический сигнал, а измерительное устройство — для нахождения спектральных и энергетических характеристик регистрируемого изображения. Такой принцип положен в основу работы спектрографов, спектрометров и квантометров отечественного и зарубежного производства. При этом в качестве детекторов излучения наиболее часто использовались фоточувствительные пластины или фотоэлектронные умножители, а регистрация оптических изображений проводилась фотографическим и фотоэлектрическим способами.

Главное достоинство фотографического способа - это возможность регистрации в течении одного промежутка времени - А/, называемого временем экспозиции, любой части или всего изображения [1]. Так, например, если предел разрешения спектрографа в линейной мере составляет 0,01 мм, то на участке пластины длиной 5 см можно за время А? зарегистрировать интенсивность 5000 спектральных линий. Однако, фотографические эмульсии требуют мокрого процесса проявления, а их квантовый выход не превышает 1% (на практике, значительно меньше).

Фотоэлектрический способ лишен указанных недостатков. Он предусматривает использование одного или нескольких фотоэлектронных детекторов излучения прямого отсчета. Ими чаще всего были фотоэлектронные умножители (ФЭУ). В силу этого фотоэлектрический способ по сравнению с фотографическим является более чувствительным (квантовый выход ФЭУ достигает 30 %) и более точным. Последнее обусловлено тем, что ФЭУ характеризуются довольно широким диапазоном изменения фототока от мощности излучения. Измерение значений интенсивностей спектральных линий и их компьютерная обработка могут проводиться в реальном времени. К недостаткам рассматриваемого способа следует отнести то, что данные о полном изображении могут быть получены только путем его последовательного сканирования.

Возможность качественного улучшения характеристик спектральных приборов (установок) появилась в 70-х годах прошлого столетия. В этот период методами микроэлектронной МДП - технологии были созданы линейные и матричные твердотельные детекторы излучения на кремниевых кристаллах [2]. Технология производства твердотельных детекторов излучения быстро совершенствовалась. Так, например, если в 1975 году в линейных твердотельных детекторах излучения (ТДИ) насчитывалось 1024 фотоприемных ячеек [2,3], то в 1997 году появились ТДИ матричного типа, содержащие 9216 х9216 ячеек [4]. Важно, что диапазон спектральной чувствительности кремния (400-1100 нм) - самого распространенного материала микроэлектроники - довольно хорошо пересекается с требуемым диапазоном чувствительности спектральных приборов, используемых в атомно-эмиссионном спектральном анализе, и что квантовый выход фотоприемных ячеек достигает значений 30-100 %. Это говорит о том, что микроэлектронная МДП - технология создает реальные предпосылки для разработки нового поколения детекторов излучения с преимуществами фотографического и фотоэлектронного способов регистрации оптических изображений. ТДИ, подобно фотопластинам, позволяют регистрировать изображения оптических спектров во всем рабочем диапазоне длин волн, и, подобно ФЭУ, обеспечивают получение электрических сигналов сразу же после возбуждения спектра.

Отметим, что атомно-эмиссионный спектральный анализ является в настоящее время высокочувствительным и оперативным методом идентификации и количественного определения элементов таблицы Менделеева в твердых, жидких и газообразных веществах [5]. Каждый из элементов этой таблицы в спектре излучения имеет свои специфические линейчатые структуры (спектральные линии), позволяющие идентифицировать их в анализируемой пробе, при этом интенсивность спектральных линий зависит от количественного содержания элемента в веществе. Процесс анализа включает испарение анализируемой пробы (если проба не является газообразной), диссоциацию (атомизацию) ее молекул, возбуждение излучения атомов и ионов пробы, разложение получаемого излучения в спектр, регистрацию спектра, идентификацию спектральных линий для установления элементного состава пробы {качественный анализ), измерение интенсивности аналитических линий элементов и нахождение количественного содержания элементов с помощью градуировочных зависимостей (количественный анализ).

Качественный и количественный анализы веществ проводят по так называемым аналитическим линиям, являющимися (в случае определения следов элементов) наиболее интенсивными в спектре излучения атомов и ионов интересующего элемента.

В процессе качественного анализа требуется однозначно установить наличие в спектре пробы аналитических линий искомых элементов, или, идентифицировав присутствующие в спектре линии, определить ее элементный состав. Принадлежность присутствующих в спектре линий к тому или другому элементу устанавливается обычно с помощью таблиц и атласов спектральных линий.

Количественный анализ основывается на зависимости интенсивности аналитических линий элементов от их абсолютного содержания или концентрации в анализируемой пробе. Обычно эта зависимость описывается эмпирической формулой Ломакина-Шайбе

1Л = аСь, (1) где 1д — средняя интенсивность аналитической линии (за вычетом интенсивности фона и посторонних линий), С - концентрация (или абсолютное содержание) элемента в пробе, а и Ъ - некоторые постоянные, зависящие от условий и параметров метода анализа.

При логарифмировании зависимость (1) принимает вид gljj =ЪЛ%С + А, (2) где А = ^а. Отсюда следует, что связь между логарифмом интенсивности аналитической линии и логарифмом концентрации данного элемента в анализируемой пробе является линейной. Линейная область в атомно-эмиссионном спектральном анализе обычно охватывает не более 3-4 порядков величины содержания элемента (иногда до 5-6 порядков). Конкретный вид зависимости (1) и соответствующих градуировочных графиков устанавливают с помощью так называемых стандартных образцов (СО) или образцов сравнения (ОС), состав которых идентичен или близок к таковому в анализируемых пробах.

Атомно-эмиссионный спектральный анализ благодаря своей оперативности и низким пределам обнаружения элементов широко используется для контроля сырья и готовой продукции в металлургической и машиностроительной промышленности, в геологии, при обогащении руд полезных ископаемых, в судебно-медицинской экспертизе и в других областях народного хозяйства.

Первые шаги в этой области позволили установить не только преимущества, но и недостатки существующих многоэлементных твердотельных детекторов: разброс параметров их фотоячеек; низкая квантовая эффективность в УФ области спектра; зависимость параметров ячеек от температуры окружающей среды; не соответствие геометрических параметров фотоячеек особенностям атомно-эмиссионных спектров и др. Поэтому исследовательская часть диссертации была ориентирована, ф главным образом, на поиск путей существенного снижения влияния указанных негативных факторов на метрологические характеристики многоканальных твердотельных детекторов излучения, а также на поиск путей создания линейных твердотельных детекторов большого размера (до 62000 фотоячеек и более). В свою очередь ее экспериментальная часть была направлена на разработку многоканальных анализаторов оптического излучения с развитыми программными средствами и на их применение в промышленных приборах атомно-эмиссионного спектрального анализа и в установках научного эксперимента.

Связь с государственными программами. Работы по теме диссертации выполнялись по темам НИР Института автоматики и электрометрии СО РАН «Физико-технические основы 2D и 3D лазерных ^ технологий (новые материалы и элементы для лазерных технологий; сверхразрешение; технологии синтеза моделей и изображений; микро - и наноструктуирование материалов). Развитие на их основе базовых лазерных технологий производства новых элементов, приборов и систем двойного применения», гос. per. № 01.9.60013066; «Методы высокопрецизионных оптических измерений для экспериментальной физики», гос. per. № 01.9.60013071; грантам Ведущих научных школ РФФИ № 96-15-98219 (1997-1999 г.г.) и № 00-15-99089 (2000-2002 г .г.); Интеграционному проекту Президиума СО РАН «Исследование процесса формирования хромосом животных и растений: ДНК - белковый состав в гетерохроматиновых районах и изучение динамики их образования с помощью новой приборной ^ техники» (2000-2002); «3D лазерные микротехнологии, системы и элементы»

2003-2007) (гос. per. № 0120.0405434).

Цели и задачи диссертации. Целью работы является разработка, исследование и применение нового поколения многоканальных анализаторов оптических изображений и создание на их основе современных ф измерительных приборов и установок для научных исследований и промышленности.

Основное внимание уделялось разработке многоканальных анализаторов изображений, предназначенных для регистрации и обработки атомно-эмиссионных спектров, спектров поглощения веществ и пространственных распределений интенсивности излучения оптического излучения. Отличительными признаками нового поколения анализаторов изображений являются: высокая степень многоканальности (до 62000 каналов), возможность работы в ультрафиолетовой области электромагнитного излучения, достаточная для современных применений точность измерения интенсивности излучения, возможность регистрации и анализа изображений в реальном времени и развитый программный сервис. Такие средства помимо большого (а в ряде случаев - чрезвычайно большого) количества измерений, ^ выполняемых в едином технологическом цикле наблюдений, должны также проводить сложную логическую и математическую обработку результатов измерений, обеспечивать наглядную 2Б и ЗБ визуализацию данных, обнаруживать и корректировать ошибки, составлять и вести базы данных и другое, включая диагностику своего текущего состояния и состояния окружающей среды с последующей корректировкой режима измерений.

Необходимо было решить следующие задачи:

1. Показать, что цели диссертации наиболее отвечают детекторы линейного типа, состоящие из N (Ы — 1024, 2580, 5160) автономных фотодиодных ячеек, и исследовать их апертурные характеристики (зависимость выходных откликов соседних фотодиодных ячеек от геометрического положения входного «точечного» светового сигнала).

2. Предложить методы повышения квантовой эффективности полупроводниковых р-п переходов в ближней ультрафиолетовой области излучения и, исходя из особенностей атомно-эмиссионных спектров, создать базовую однокристальную линейку с N=2580 фотодиодными ячейками со спектральной чувствительностью в области 160-1100 нм. Создать аппаратно-программные средства для измерения квантовой эффективности фотодиодных ячеек во всем рабочем диапазоне длин волн.

4. На основе многокристальных сборок линеек фотодиодов разработать: а) методы построения многоканальных анализаторов атомно-эмиссионных спектров, как средств измерения интенсивностей спектральных линий, для модернизации существующего парка спектрографов и квантометров; б) методики калибровки и коррекции характеристик их измерительных каналов и в) программное обеспечение для настройки и управления работой анализаторов и других устройств спектральных комплексов.

Степень обоснованности результатов диссертации.

Физико-технические и технологические решения, положенные в основу многоканальных анализаторов оптических изображений и их элементов (базовых линеек, многокристальных сборок) прошли экспериментальную проверку. Подтверждено соответствие характеристик созданных многоканальных анализаторов атомно-эмиссионных спектров (сокращенно — анализаторов МАЭС) требованиям ТУ и требованиям Госстандарта России при их включении в Реестр средств измерений РФ. Результаты диссертации подтверждены также положительным многолетним опытом применения созданных анализаторов изображений в промышленности и получением с их помощью результатов спектрального анализа, удовлетворяющих требованиям современных отечественных и международных стандартов.

Методы исследований. При выполнении диссертации использовались теоретические и экспериментальные методы оптической спектроскопии, прикладной оптики, микроэлектроники, измерительной и вычислительной техники.

Научная новизна. Новыми результатами диссертации являются:

• методы физико-технической реализации термостабилизированных многокристальных сборок детекторов излучения большого размера (плоских, многострочных, по кругу Роуланда), в том числе сборок без «мертвых» зон, позволившие решить проблему создания целого ряда линейных детекторов оптического излучения (спектральный диапазон 160 - 1100 нм, количество фотоячеек до 62000 и более) для обновления существующих и создания новых приборов атомно-эмиссионного спектрального анализа;

• методы и средства для тестирования, отбора и «паспортизации» однокристальных линеек фотодиодов на стадиях их производства, изготовления многокристальных сборок и их эксплуатации, позволившие расширить круг решаемых задач и улучшить метрологические характеристики многоканальных спектрометров, создаваемых на их основе;

• методы реализации анализаторов МАЭС (на основе многокристальных сборок), как средств измерения интенсивндстей спектральных линий, с характеристиками и пользовательским аппаратно-программным сервисом на уровне лучших мировых образцов;

• универсальный программный модуль BmkHware.dll, позволивший освободить программистов, развивающих программное обеспечение (ПО) для атомно-эмиссионного анализа, от учета особенностей реализации анализаторов, их интерфейсов и др. оборудования;

• полученные с помощью созданных многоканальных анализаторов оптических изображений результаты научных исследований продукта фотолиза N (4 - азидофенил) - 1, 2 - диаминоэтана, спектральных характеристик отражательных фотополимерных голограмм, оптического качества интраокулярных линз и матричной оптической системы.

Новизна результатов подтверждена приоритетными научными публикациями и патентами РФ.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Физико-технические решения, принятые при создании многоканальных анализаторов оптических изображений, включая комплекс компьютерных методов (+средств) тестирования, отбора и «паспортизации» фотодиодных линеек и сборок, а также методов калибровки и коррекции характеристик их измерительных каналов, составляют новый арсенал технических, измерительных и программных средств для инженерных применений в научных исследованиях и промышленности в области экспериментальной оптической спектроскопии. На основе полученных результатов созданы:

• многоканальный анализатор атомно-эмиссионных спектров - МАЭС (количество каналов - до 62000, шаг размещения фотоячеек — 12,5 мкм, рабочий спектральный диапазон - 160 - 1100 нм);

• малогабаритный многоканальный спектрофотометр с компьютерным управлением типа «Колибри» (количество каналов - 2580, спектральный диапазон - 190 - 800 нм, предел разрешения - 1 нм);

• многоканальный сканер типа «СКАН» для ввода в компьютер черно-белых и цветных оптических изображений (количество каналов - 1024 (2560, 5120), разрешающая способность (для листа формата A4) - 120 (300, 600) dpi).

Приборы в количестве более 200 шт. нашли применение в Институтах РАН и промышленных предприятиях России, Украины, Казахстана, Латвии, Узбекистана и Южной Кореи. Pix характеристики не уступают лучшим зарубежным приборам аналогичного назначения, а по ряду параметров превосходят их. Анализаторы широко используются в учебном процессе на физических и химических кафедрах ведущих университетов России (МГУ, СПбГУ, НГТУ, НГУ, УГТУ, ТГУ и др.).

На защиту выносятся:

• методы и средства для измерения квантовой эффективности многоэлементных фотодиодных линеек в диапазоне длин волн 180 - 700 нм;

• физико-технические решения термостабилизированных многокристальных сборок линеек фотодиодов, включая методы (+средства) тестирования, отбора и «паспортизации» линеек и сборок в целом;

• многоканальный анализатор атомно-эмиссионных спектров, как средство измерения интенсивностей спектральных линий, характеристики которого отвечают требованиям ТУ 25-7401-11855928-01 и позволяют решать задачи атомно-эмиссионного спектрального анализа в соответствии с требованиями отечественных и международных стандартов.

Личный вклад. Автором предложены методы построения термостабилизированных многокристальных сборок, методы отбора, тестирования и «паспортизации» линеек и сборок, а также методы калибровки и коррекции характеристик измерительных каналов анализаторов изображений. Работы по созданию, испытанию и внедрению образцов многоканальных анализаторов изображений (в том числе универсального модуля BmkHware.dll) выполнены коллективом исследователей, инженеров и технологов под руководством и при непосредственном участии автора.

Исследования и разработки по теме диссертации выполнены в Институте автоматики и электрометрии СО РАН г. Новосибирск.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х разделов (глав), заключения, списка литературы и приложения (241 страница, иллюстраций, 7 таблиц и 91 цитируемый источник). Рисунки имеют сквозную нумерацию внутри каждой из глав и приведены в их конце. Этот же принцип нумерации по главам принят и для формул.

Заключение диссертация на тему "Многоканальные анализаторы оптических изображений для атомно-эмиссионного спектрального анализа"

Заключение

Настоящая диссертация посвящена разработке нового поколения компьютеризованных многоканальных анализаторов оптических изображений для атомно-эмиссионного спектрального анализа, спектрофотометрии, хроматографии и информатики. Общим является то, что такие устройства созданы на основе многоэлементных линейных твердотельных детекторов излучения.

При решении поставленных задач получены следующие новые научно-технические результаты.

4. Предложены методы, измерительные установки и соответствующее программное обеспечение для тестирования, отбора и «паспортизации» линеек БЛПП-369 на всех стадиях их производства и эксплуатации в составе многоканальных анализаторов атомно-эмиссионных спектров. Предложены критерии отбора линеек детекторов по наличию/отсутствию токов утечки, по изменению формы управляющих импульсов, значениям темнового тока, фоточувствительности, количеству дефектных ячеек, разбросу выходных сигналов, шумам и инерционности откликов.

Анализаторы МАЭС внедрены на ведущих предприятиях черной и цветной металлургии, атомной и горнодобывающей промышленности, в машиностроении, в институтах судебно-медицинской экспертизы, в научно-исследовательских институтах РАН, в университетах и в других организациях России, Украины, Казахстана, Узбекистана, Латвии и Южной Кореи. Опыт применения анализаторов МАЭС свидетельствует о том, что такие средства позволили ускорить процесс разработки новых методик атомно-эмиссионного спектрального анализа, повысить чувствительность применяемых методик, сократить время анализа, расширить круг анализируемых веществ, расширить диапазон измеряемых концентраций.

С помощью многоканальных спектрофотометров и сканирующих камер в институтах РАН получены новые научные результаты при исследовании продуктов фотомодификации аминокислотных остатков белков, спектральных характеристик отражательных фотополимерных голограмм, оптического качества интраокулярных линз и оптических матричных систем.

Таким образом, при выполнении диссертации решена важная научно-техническая задача создания нового поколения многоканальных анализаторов оптических изображений для атомно-эмиссионного спектрального анализа, спектрофотометрии, хроматографии и информатики с характеристиками мирового уровня.

В дальнейшем в развитие тематики диссертации планируется провести комплекс исследований по созданию многоэлементных твердотельных детекторов излучения для рентгеновской области спектра:

• с энергией кванта 3-30 кэВ для рентгеноструктурного анализа и контроля поля наношероховатостей больших сверхгладких поверхностей (например, полупроводниковых пластин, оптических и магнитных дисков);

• с энергией кванта 30 - 100 кэВ для цифровой медицинской диагностики.

Кроме того, будут проведены исследования по созданию нового поколения многоэлементных твердотельных детекторов излучения для атомно-эмиссионного спектрального анализа (с более высокими разрешающей способностью и динамическим диапазоном). Также планируется проведение работ по созданию нового многоканального спектрометра путем оптимизации параметров оптической (спектральной) и фотоэлектронной (регистрирующей - на основе многокристальных сборок) систем с характеристиками превышающими существующие.

Автор считает необходимым выразить глубокую благодарность своим коллегам - A.B. Бехтереву, В.И. Попову, А.Н. Путьмакову, Д.О. Селюнину, Д.В. Петроченко, А.С.Пак, O.A. Неклюдову, В.Г. Гаранину и И.Р. Шелпаковой — за плодотворную совместную работу, а также научному руководителю профессору П.Е. Твердохлебу - за плодотворные обсуждения и поддержку в работе.

Библиография Лабусов, Владимир Александрович, диссертация по теме Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы

1. Зайдель А.Н., Островская Г.В., Островский Ю.И. Техника и практика спектроскопии. Изд. «Наука», М., 1972

2. Полупроводниковые формирователи сигналов изображения. Под редакцией П. Иесперса, Ф. Ван де Виле и М. Уайта. Изд. «Мир». Москва, 1979

3. Наймарк С.И. Многоэлементные МДП интегральные фотодиодные преобразователи оптических сигналов. Часть 1. Многоэлементные преобразователи на МДП фотодиодных решетках / ЦНИИ «электроника», М., 1983

4. Harnly J.M., Fields R.E. Solid-state array detectors for analytical spectrometry // Appl. Spectrosc., 1997, v.51, №9, p. 334A-351A

5. Спектральный анализ чистых веществ. Беков Г.И., Бойцов А.А., Болынов М.А. и др., под редакцией Зильберштейна Х.И. Изд. «Химия», Санкт-Петербург, 1994

6. Гаранин В.Г., Шелпакова И.Р., Лабусов В.А. Многоэлементные твердотельные детекторы и их использование в атомно-эмиссионном спектральном анализе // Заводская лаборатория, 1999, т. 65, №10, с. 3-16

7. Зи С.М. Физика полупроводниковых приборов. Изд. «Энергия», Москва, 1973

8. Ансельм А.И. Введение в теорию полупроводников. Изд. «Наука», М., 1976

9. Ярив А. Введение в оптическую электронику. Изд. «Высшая школа», Москва, 1983

10. Кругликов С.В., Логинов А.В. Многоэлементные приемники изображения. Отв. Редактор К.К. Свиташев. Изд. «Наука», Сибирское отделение, 1991

11. Валиев К.А., Кармазинский А.Н., Королев М.А. Цифровые интегральные схемы на МДП транзисторах. Изд. «Советское радио», Москва, 1971

12. Pennebaker F.M., Jones D.A., Gresham C.A. et al. Spectroscopic instrumentation in the 21st Century: excitement at the horizon // J. Anal. Atom. Spectrom. 1998. v. 13. № 9. p.821-827

13. Hanley Q.S., Earle C.W., Pennebaker F.M. et al. Charge-transfer devices in analytical instrumentation // Anal. Chem., 1996, v.68, № 21, p.661 A-667A

14. Becker-Ross H., Florek S.V. Eshelle spectrometers and charge-coupled devices // Spectrochimica Acta, Part B, 1997,v.52, № 9-10, p.1367-1375

15. Sweedler J.V., Bilhorn R.B., Epperson P.M. et al. High-performance charge transfer device detectors // Anal. Chem., 1988, v. 60, № 4, p.282A 291A

16. Sweedler J.V., Jalkian R.D., Pomeroy R.S. et al. A comparison of CCD and CID detection for atomic emission spectroscopy // Spectrochimica Acta, Part B, 1989, v.44, № 7, p.683 692

17. Horlick G. Characteristics of photodiode arrays for spectrochemical measurements // Appl. Spectrosc., 1976, v.30, № 2, p. 113-123

18. Marshall J., Fisher A., Chenery S., Sparkes S.T. Atomic spectroscopy update -atomic emission spectrometry // J. Anal. Atom. Spectrom., 1996, v. 11, № 6, p. R213-R238

19. Karanassios V., Horlick G. Spectral characteristics of a new spectrometer design for atomic emission spectroscopy // Appl. Spectrosc., 1986, v.40, № 6. p. 813-820

20. Brushwyler K.R., Carter L.D. and Hieftje G.M. Flow-injection inductively coupled plasma atomic emission spectrometry withb a multielement photodiode-array spectrometer // Appl. Spectrosc., 1990, v.44, № 9, p. 14381443

21. Brushwyler K.R., Furuta N. and Hieftje G.M. Characterisation of spectrally segmented photodiode-array spectrometer for inductively coupled plasma atomic emission spectrometry // Spectrochimica Acta, Part B, 1991, v.46, №1, p.85-98

22. Glick M., Brushwyler K.R. and Hieftje G.M. Multivariate calibration of a• photodiode array spectrometer for artomic emission spectroscopy // Appl. Spectrosc., 1991, v.45, №3, p.328-333

23. Bilhorn R.B., Denton M.B. Elemental analysis with a plasma emission echelle spectrometer employing a charge injection device (CID) detector // Appl. Spectrosc., 1989, v.43, №1, p. 1-11

24. Barnard T.W., Crockett M.I., Ivaldi J.C. et al. Solid State Detector for ICP-OES // Anal.Chem., 1993, v.65, №9, p.1231-1239

25. Barnard T.W., Crockett M.I., Ivaldi J.C., Lundberg P.L. Design and evaluation of an eshelle grating optical system for ICP-OES // Anal.Chem., 1993, v.65, №9, p.1225-1230

26. Florek S.V., Becker-Ross H. High-resolution spectrometer for atomic spectrometry // J. Anal. Atom. Spectrom., 1995, v.10, №2, p. 145-147

27. Florek S.V., Becker-Ross H., Florek T. Adaptation of an echelle spectrograph 4r to a large CCD detector // Fresenius J. Anal. Chem., 1996, v.355, №3-4,p. 269-271

28. Hartog D.J. Comparisons of a charge coupled device and a microchannel plate detector for Doppler spectroscopy // Rev.Sci.Instrum., 1997, v.68, №1, p. 1036-1038

29. Morales J.A., van Veen E.H., M.T.C. de Loos-Vollebregt. Practical implementation of servey analysis in inductively coupled plasma optical emission spectrometry // Spectrochimica Acta, Part B, 1998, v.53, № 5, p.683-697

30. Ivaldi J.C., Tracy D., Barnard T.W., Slavin W. Multivariate methods for interpretation of emission spectra from the inductively coupled plasma //• Spectrochimica Acta, Part B, 1992, v.47, №12, p. 1361-1371

31. Ivaldi J.C., Barnard T.W. Advantages of coupling multivariate data reduction techniques with simultaneous inductively coupled plasma optical emission spectra // Spectrochimica Acta, Part B, 1993, v.48, №10, p. 1265-1273

32. Ivaldi J.C., Tyson J.F. Performance evaluation of an axially viewed horizontal inductively coupled plasma for optical emission spectrometry // Spectrochimica Acta, Part B, 1995, v.50, №10, p.1207-1226

33. Harnly J.M., Smith C.M., Wichems D.N. et al. Use of a segmented array charge coupled device detector for continuum source atomic absorption spectrometry with graphite furnace atomization // J. Anal. Atom. Spectrom., 1997, v. 12, № 6, p. 617-627

34. Erickson B. ICP-AES remains competative. Is ICP responsible for the• declining market for flame AA instruments? / Anal. Chem., 1998, v.70, №5, p.211A-215A

35. Pilon M.J., Denton M.B., Schleicher R.J. et al. Evaluation of a new array detector atomic emission spectrometer for inductively coupled plasma atomic emission spectroscooy // Appl. Spectrosc., 1990, v.44, № 10, p. 1613-1620

36. Noble D. ICP-AES from fixed to flexible // Anal. Chem., 1994, v.66, № 2, P.105A-109A

37. Информация. OneSpark и AtomComp 2000 универсальные атомно-эмиссионные спектрометры с полупроводниковым детектором CID для анализа металлов // Заводская лаборатория, 1997, т.63, №11, с.58-62

38. Zander А.Т., Ring-Ling Chien, Cooper C.B., Wilson P.W. An Image-Mapped Detector for Simultaneous ICP-AES // Anal. Chem., 1999, v.71, №16, p. 33323340

39. Картер Д. Spectro Ciros новое слово в методе оптической эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой // Аналитика и контроль, 2003, т. 7, №2, с. 112-119

40. Лившиц A.M., Пелезнев А.В. Особенности применения приборов с зарядовой связью в эмиссионном спектральном анализе // Заводская лаборатория, 1992, т.58, №8, с.23-26

41. Лившиц A.M., Пелезнев А.В. Разработка спектральной аппаратуры на базе приборов с зарядовой связью // Оптика и спектроскопия, 1994, т.76, №2, с.363-368

42. Заксас Б.И., Корякин А.Б., Попов В.И., Лабусов В.А., Рязанцева Н.П., Шелпакова И.Р. Многоканальный анализатор атомно-эмиссионных спектров // Заводская лаборатория, 1994, т.60, №9, с.20-22

43. Гаранин В.Г., Шелпакова И.Р., Чанышева Т.А. Аналитические возможности многоканального анализатора эмиссионных спектров МАЭС в спектральном анализе // Аналитика и контроль, 1998, №1(3), с.33-40

44. Гаранин В.Г., Шелпакова И.Р. О погрешности регистрации и обработки спектров эмиссии многоканальным анализатором эмиссионных спектров // Заводская лаборатория, 1998, т.64, №9, с.23-25

45. Чумакова Н.Л., Куклин Е.А. Возможности анализатора спектров «Пульсар 7000» в многоэлементном атомно-эмиссионном анализе с дуговым источником излучения // Заводская лаборатория, 1996, т.62, №9, с.30-31

46. Васильева И.Е., Кузнецов А.М., Васильев И.Л., Шабанова Е.В. Градуировка методик атомно-эмиссионного анализа с компьютерной обработкой спектров // Журнал аналит. Химии, 1997, т.52, №12, с. 12381248

47. Титай В.А., Снитко О.В. Электроотражение полупроводников. Наукова думка, Киев, 1980

48. Лебедева В.В. Экспериментальная оптика. Изд. МГУ, М., 1994

49. Зайдель А.Н., Шрейдер Е.А. Вакуумная спектроскопия и её применение. Изд. "Наука", М., 1976

50. Зайдель А.Н., Шрейдер Е.А. Спектроскопия вакуумного ультрафиолета. Изд. "Наука", М., 1967

51. Аневский С.И. Фотометрирование источников непрерывного излучения в вакуумном и ближнем ультрафиолете // Сборник трудов «Спектральные энергетические измерения в вакуумном и ближнем ультрафиолете». М.: ВНИИФТРИ, 1981. с. 39-56

52. Korde R., Prince С., Cunningham D., Vest R.E. and Gullikson E. Present status of radiometric quality silicon photodiodes // Metrología, 2003, v. 40, p. S145-S149

53. Лабусов В.А., Попов В.И., Бехтерев A.B., Путьмаков А.Н., Пак A.C. Многоэлементные твердотельные детекторы излучения большого размера для атомно-эмиссионного спектрального анализа // Аналитика и контроль, 2005, №2, с. 104-109

54. Лабусов В.А., Попов В.И., Путьмаков А.Н., Бехтерев A.B., Селюнин Д.О. Анализаторы МАЭС. Новые разработки // Материалы VI Международного симпозиума «Применение анализаторов МАЭС в промышленности» (Новосибирск, 16-18 августа 2005), С. 13-15

55. Хромов Л.И., Лебедев Н.В., Цыцулин А.К. и др. Твердотельное телевидение. Телевизионные системы с переменными параметрами на ПЗС и микропроцессорах. М.: Радио и связь, 1986

56. Лабусов В.А., Плеханова И.В., Финогенов Л.В. Исследование апертурных характеристик фото диодных линеек // Автометрия, №5, 1989г., с. 112-117

57. Десятков В.Г., Магденко C.B., Финогенов Л.В. Работа интегральной линейки фотоприемников в качестве устройства задержки аналоговых сигналов // Автометрия, 1987, № 5, с. 38

58. Андриянов A.B., Шпак И.И. Цифровая обработка информации в измерительных приборах и системах. Минск: Вышэйш . шк., 1987

59. Патент № 46988РФ / Бехтерев A.B., Лабусов В.А., Попов В.И., Путьмаков А.Н. Анализатор спектра. Заявлено 23.04.1998. Опубликовано 16.03.2000. Приоритет 23.04.1998

60. Лабусов В.А., Попов В.И., Путьмаков А.Н., Бехтерев A.B., Селюнин Д.О. Анализаторы МАЭС и их использование в качестве систем регистрации и обработки атомно-эмиссионных спектров // Аналитика и контроль, 2005, т. 9, №2, с. 110-115

61. Заякина С.Б., Аношин Г.Н., Герасимов П.А., Смирнов A.B. // Журнал аналитической химии, 1999, т.54, № 8, с.877

62. Гаранин В.Г., Неклюдов О.А., Петроченко Д.В., Смирнов А.В. «Атом» -программное обеспечение анализатора МАЭС // Аналитика и контроль, 2005, том 9, №2, с. 116-124

63. Гаранин В.Г. Аналитические возможности многоканального анализатора эмиссионных спектров (МАЭС) // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук, Новосибирск, 2000

64. Пелевина Н.Г. Совершенствование аналитического контроля цветных металлов и их сплавов с помощью анализатора МАЭС // Материалы VI Международного симпозиума «Применение анализаторов МАЭС в промышленности» (Новосибирск, 16-18 августа 2005), с. 57-58

65. Черноиванова Т.М., Бессонов В.В. Применение МАЭС в экспертизе следов продуктов выстрела // Материалы VI Международного симпозиума «Применение анализаторов МАЭС в промышленности» (Новосибирск, 16-18 августа 2005), с. 63-66

66. Сергиенко Д.А., Сафина С.А. Изготовление и аттестация Государственных стандартных образцов состава золота // Материалы V Международного симпозиума «Применение анализаторов МАЭС в промышленности» (Новосибирск, 17-19 августа 2004), с. 43

67. Макарова Т.А., Макаров Д.Ф., Юдин Е.В. Сертификационный анализ никеля катодного: роль МАЭС // Материалы VI Международного симпозиума «Применение анализаторов МАЭС в промышленности» (Новосибирск, 16-18 августа 2005), с. 11-12

68. Материалы IV Международного симпозиума «Применение анализаторов МАЭС в промышленности» (Новосибирск, 19-21 августа 2003)

69. Материалы V Международного симпозиума «Применение анализаторов МАЭС в промышленности» (Новосибирск, 17-19 августа 2004)

70. Материалы VI Международного симпозиума «Применение анализаторов МАЭС в промышленности» (Новосибирск, 16-18 августа 2005)

71. Лабусов В.А., Финогенов Л.В. Разработка спецпроцессоров для цифровой обработки сигналов в спецприборах // Отчет по НИР «Ель», № ГР Х58291, 1986г.

72. Кнорре В.Д., Маркушин Ю.Я., Лабусов В.А., Попов В.И., Денисов А.Ю., Кнорре Д.Г. Превращение N (4-азидофенил) - 1,2-диаминоэтана в 6-аминохиноксалин при облучении. Динамика процесса // Доклады АН, т. 368, №4, 1999, с. 489- 491

73. Герасимова Т.Н., Константинова А.В., Пен Е.Ф., Синюков А.М., Шелковников В.В. Исследование голографических характеристик при записи объемных фазовых голограмм в фотополимерном материале // Автометрия, 1993, № 4, с. 23-30

74. Шелковников В.В., Герасимова Т.Н., Пен Е.Ф., Лоскутов В.А.,

75. Твердохлеб П.Е., Сазонов Ю.А. Голографические фотополимерные материалы // Наука производству, 2004, № 5, с. 2-6

76. Бабин С.А., Васильев Е.В., Ковалевский В.И., Пен Е.Ф., Плеханов А.И., Шелковников В.В. Методы и устройства тестирования голографических фотополимерных материалов // Автометрия, 2003, № 2, с. 57-70

77. Пальчикова И.Г., Лабусов В.А. Исследование спектров пропускания светофильтров // Лабораторная работа для студентов II-III курса РЭФ НГТУ, Новосибирск, 1999, с. 1-16

78. Хубер Л. Применение диодно-матричного детектирования в ВЭЖХ. Под редакцией В.Г. Березкина. Изд. «Мир», Москва, 1993

79. Ленкова Г.А., Коронкевич В.П., Искаков И.А., Косых В.П., Лабусов В.А. Исследование оптического качества интраокулярных линз // Автометрия, 1997, №3, с. 18-29

80. Лабусов В.А., Михляев С.В., Твердохлеб П.Е. Опыт параллельного вычисления логических функций неравнозначности оптико-электронным способом // Автометрия, 1989, № 5, с. 120-124

Похожие работы

Приборостроение, метрология и информационно-измерительные приборы и системы
05.11.00