Функциональная схема усовершенствованного комплекса типа КСВУ представлена на рис 2. Как видно, она отличается наличием быстродействующего одноканального 10-разрядного АЦП, современной системой управления (управляет работой шаговым двигателем по командам с PC, преобразует и передаёт данные с АЦП в PC), оптронной развязкой на 4 кВ (обеспечивает II класс электробезопасности, тип BF), наличием ЭВМ (для окончательной обработки и визуализации сигналов).
Рис.2. Функциональная схема усовершенствованного варианта КСВУ
Система управления включает: оптронную гальваническую развязку, 8-битный AVR RISC микроконтроллер (МК) ATMEL AT90S8535, управляющие каскады на полевых транзисторах.
Система сбора данных состоит из фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), прецизионного малошумящего преобразователя ток/напряжение, 10-разрядного АЦП, встроенного в МК и обеспечивающего приведённую погрешность дискретизации 0,05%.
Управление аппаратной частью осуществляется через любой из СОМ-портов персонального компьютера (ПК) через гальваническую развязку программой, написанной на объектно-ориентированном, архитектурно-нейтральном языке высокого уровня Java (платформа Java 2).
Конструктивное исполнение комплекса.
Комплекс КСВУ-23 состоит из отдельных блоков, или модулей: источника излучения, осветителя, монохроматора, кюветного отделения, фотоприемного устройства и электронного блока управления и обработки сигнала. Функциональное назначение каждого модуля описано выше (см. рис. 3).
Рис.3. Общий вид комплекса КСВУ-23.
Выполнение работы.
3.1.Изучить методические указания и необходимую сопутствующую документацию (характеристики используемых источников света, дифракционных решеток, ФЭУ).
3.2. Получить задание у преподавателя на исследование абсорбционных спектров твердых или жидких образцов.
3.3. Подключить сигнально-управляющий кабель от КСВУ к СОМ-порту персонального компьютера.
3.4. Включить КСВУ и компьютер.
3.5. После загрузки вызвать программу «Колдун-2».
3.6. После появления основного окна программы щелкнуть по значку «Начать измерения». При этом должно появиться настроечное окно комплекса (рис. 4). Если оно не появляется, а вместо этого появляется окно с констатацией отсутствия сигналов на СОМ-портах, проверить наличие подключения соответствующих разъемов к СОМ-портам. При этом: запрещается что-либо подключать или отключать при включенном компьютере! (см. рис. 4)
Рис.4. Интерфейс программы «Колдун-2» для настройки комплекса.
3.7. После появления окна настройки комплекса обеспечить соответствие обозначенных в окне элементов комплекса (решетки и ФЭУ) фактически установленным.
ВНИМАНИЕ! Категорически запрещается открывать крышку кожуха монохроматора без преподавателя! Дифракционная решетка — элемент особой прецизионности, поэтому любое прикосновение к ней, равно как и лишнее проникновение внутрь кожуха кюветной камеры, чревато в лучше случае разъюстировкой оптической схемы, в худшем — повреждением решетки или крепежно-юстировочных приспособлений. Все это означает выход спектрального прибора из строя.
3.8. Настроить блок управления на соответствие показаний счетчика длин волн монохроматора и исходного значения длины волны в окне программы.
3.9. Установить диапазон перестройки длин волн в процессе измерения.
3.10. Провести измерения спектральных характеристик заданных преподавателем образцов, для чего предварительно поместить исследуемые образцы в кюветную камеру.
ВНИМАНИЕ! Категорически запрещается открывать крышку кюветной камеры, не убедившись, что входное окно ФЭУ ЗАКРЫТО. Открывать указанную крышку можно только при закрытом окне! (рис. 5)
а) б)
Рис.5. Размещение образца в кюветной камере(а); исследуемый образец внутри кюветной камеры (б).
3.11. После проведения измерений сохранить результаты либо в текстовом формате, либо в Excel. Последнее предпочтительнее, поскольку в ходе обработки результатов текстовые файлы все равно приходится преобразовывать в Excel. Для преобразования результатов измерений в Excel имеется опция КОПИРОВАТЬ в основном рабочем окне программы «Колдун-2». Если же предполагается только сохранять результаты в виде HTML-файла, то следует использовать опцию СОХРАНИТЬ. Просмотр в виде графика, рисуемого на экране в процессе анализа спектра, возможен только в случае установки на компьютере программы «Колдун-2»(см. рис.6). В остальных случаях требуется вторичное построение графика в любом графическом редакторе (Excel, Mathcad, Advanced Grapher и т.п.).
Рис.6. Вид спектра на экране дисплея.
3.12. Подготовить отчет о проделанной работе с представлением полученных спектров в виде графиков зависимости поглощения образца от длины волны с описанием всей процедуры измерений и объяснениями полученных особенностей.
Отчет должен содержать:
· титульный лист с полным названием университета, факультета и кафедры, названием лабораторной работы, ФИО исполнителя и номера группы. Также должен быть указан год выполнения работы;
· цель работы;
· схему экспериментальной установки с описанием назначения каждого элемента схемы;
· результаты исследований в виде таблиц и графиков;
· результаты обработки экспериментальных данных с описанием метода обработки этих данных;
· численные и качественные выводы по результатам исследований. Качественные выводы вида «исследуемая функция в зависимости от изменяемого параметра увеличивается, уменьшается, не зависит, лучше, хуже» не допускаются.