Использование информационно-коммуникационных технологий в лабораторном практикуме

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

Старый вариант регистрации

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

Блок-схема

Преимущества ПЗС
Высокая чувствительность. Квантовый выход фотоэффекта в кремнии достигает 80-90%,т.е. почти весь падающий свет приводит к образованию фотоэлектронов,
Высокая линейность. Отклик ПЗС линеен в широком диапазоне интенсивностей. Почернение фотослоя нелинейно, оно зависит от освещенности логарифмически,
Большой динамический диапазон. С помощью ПЗС можно измерять спектральные линии, интенсивность которых различается в десятки тысяч раз. Динамический диапазон фотослоя не превышает 100 раз,
Высокая экономичность. Фотопластинка - это расходный материал, один спектр - одна пластинка. ПЗС может быть использован для съемки неограниченного числа спектров,
Высокая оперативность. При съемке спектров на фотопластинку невозможно гарантировать нужный результат. Сначала нужно потратить время на проявление, промывку и закрепление, чтобы убедиться, что что-то получилось. При работе с ПЗС результат виден еще до начала экспонирования.

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

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

Основные характеристики ПЗС-линейки ILX511
Ширина пиксела - 14 микрон,
Высота пиксела-200 микрон,
Количество пикселов-2048 шт,
Спектральный диапазон -390 -1000 нм,
Экспозиция насыщения -0.004 лк*с,
Неравномерность чувствительности -5%,
Допустимая скорость считывания -2 млн. пикселов в секунду.

Функциональные возможности программы

Уровень шума

Вид установки

Вид приемника спереди

Вид приемника сзади

Полный вид спектра

Распределение интенсивности в полосе CN

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

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

Установка по изучению спектров поглощения