Details

Предмет исследования. Влияние повышенного давления в кювете многоканального проточного спектрофотометра на перераспределение мощности излучения в волоконно-оптических каналах. Цель работы. Разработка метода и алгоритма компенсации дополнительной погрешности измерения коэффициента пропускания вещества в системе многоканального спектрофотометра, возникающей при изменении давления в проточном канале. Метод. В среде Comsol Multiphysics на основе классической теории упругости разработана модель, описывающая возникающие механические напряжения и изменения профиля деформации оптических окон проточной кюветы при различных значениях повышенного давления в проточном канале. Полученные результаты использованы для расчета отклонения волнового фронта проходящего излучения и определения распределения облученности на торце волоконно-оптического жгута. С использованием пакета программ Zemax OpticStudio проведено моделирование и представлено обоснование целесообразности использования афокальной либо фокусирующей формирующей оптической системы спектрофотометра. Основные результаты. Показано, что повышенное давление в проточном канале влияет на результирующую мощность излучения в каналах проточного волоконно-оптического спектрофотометра. В случаях афокальной формирующей системы и семиканального волоконно-оптического жгута рассчитанная погрешность полученных измерений пропускания при давлении 100 МПа достигает 28%. Предложены матрица поправочных коэффициентов и алгоритм калибровки, учитывающий значения повышенного давления в системе проточной кюветы и показателя преломления анализируемого вещества. Практическая значимость. Полученные результаты демонстрируют необходимость учета влияния повышенного давления в проточных системах. Введено понятие калибровочных коэффициентов, предложен алгоритм калибровки многоканальных спектрофотометров.

Subject of the study. The effect of increased pressure in the flow cell of a multichannel spectrophotometer on the redistribution of radiation power in fiber optic channels. Aim of study. Development of a method and algorithm for compensating for the additional error in measuring the transmittance of a substance in a multichannel spectrophotometer system, which occurs when the pressure in the flow cell changes. Method. In Comsol Multiphysics environment, based on the classical theory of elasticity, a model has been developed describing the arising mechanical stresses and changes in the deformation profile of optical windows of a flow cell for various values of increased pressure in the flow cell. Numerical modeling of the deformation profile of optical windows in the flow cell for various values of increased pressure in the flow channel was conducted. The obtained results were used to calculate the deviation of the wavefront of passing radiation and determine the distribution of irradiance on the end face of the fiber optic bundle. Using Zemax OpticStudio software package, a simulation was performed and a justification for the expediency of using an afocal or focusing forming optical system of a spectrophotometer was presented. Main results. It has been shown that increased pressure in the flow cell affects the resulting optical power in the channels of a fiber-optic multichannnel spectrophotometer. The calculated error of the obtained transmittance measurements at a pressure of 100 MPa for an afocal forming system and a seven-channel fiber-optic bundle reaches 28%. A matrix of correction coefficients and a calibration algorithm have been proposed, considering the value of increased pressure in the flow cell system and the refractive index of the analyzed substance. Practical significance. The obtained results demonstrate the necessity of considering the influence of increased pressure in in-line systems, introducing the concept of calibration coefficients, and proposing a calibration algorithm for multichannel spectrophotometers.