CS198190A3 - Process and apparatus for molten metal spectroscopic analysis - Google Patents

Description

' Vynález se týká přechodového spektroskopického způsobu a j zařízení pro provádění analýzy roztaveného kovu ke stanovení elementárního složení roztaveného kovu. < Stanovení elementárního 3ložení roztavených kovů jako jedno- r ho ze způsobů ovládání hodnot vyžaduje, aby měření bylo v reál- 'í néa času, v přirozeném stavu. Úspěšná technika musí být schopna překonat většinu změn, které existují v termálním a fluidnímdynamickém stavu roztaveného kovu a chemických vlastností struskykterá leží na jeho povrchu. Dále, technika nemůže spoléhat na žád-ný fyzický fenomen, který závisí citlivě na fyzikálních vlastnos-tech roztaveného kovu jako je viskozita, povrchové napětí, ele-mentární tlak par a rychlosti zvuku. Samozřejmě, každý prvek čid-la použitého při tomto způsobu musí být buS schopen odolávat tep-lotě lázně nebo musí být opatřen chlazením, aniž by však vzniklonebezpečí namrznutí strusky nebo roztaveného kovu na jeho povrchu.

Tyto požadavky eliminují úplně všechnd, kromě dvou následují-cích postupů : a) excitace a následující spektroskopického zkoumá-ní částic a plynných výtoků z lázně roztaveného kovu a b) rychléodpaření a atomová excitace par z povrchu roztaveného kovu, zba-veného strusky intenzivními laserovými púlzy, následované spektros-kopickou analýzou vysílaného spektra. První postup je výhodný, vtom, že měřené aktivity lze snímat vně dané pece, což umožňuje roz-sáhlé přístrojové vybavení a hodí se zejména pro zjišťování velké^ho množství hodnot. Má však tu nevýhodu, že potřebuje stanovit bě-hem okamžitých časových podmínek rozsah prvků vypařovaných etrus-kou v relaci k rozsahu prvků v roztaveném kovu. Dosud známé výzku-my prováděné při výrobě oceli v pecích ukázaly, že realativní podílzávisí silně na plynu bublajícím v lázni roztaveného kovu a pro-filu teploty pece stejně tak jako na složení strusky a povaze nu - j. kleárních center částic (viz T.W. Harding a kol. "Direet Sampling „ of Gas and Particulates from Electric Are Furnaces", v Procee- dings of APS/AISI Conference on Physics ing Steel Industry, LehighUniversity, 1981. American Institute of Physics Conference Pro-ceediags No.84 (1983), str. 362 - 376 a J.R Porter a kol."Characterization of Directly Sampled Electricic Are FurnaceDuet", Proceedings of APS/AISI Can Ference on Physics in SteelIndustry, Lehigs University 1981, American Institute of PhysicsConference Proceedings No. 84 (1982) str. 337 - 393). ώί

A I když jsou tam uvedeny způsoby, jak dosáhnout tohoto úkolu, $ je zřejmé, že musí být proveden extenzivní výzkum. Příklady prvního shora uvedenéh postupu jsou popsány v USpatentu 4 730 925 Chiba a kol a Frazer "Plynulé monitorováníroztavené směsi", NASA Tech. Brief, díl 8, δ. 2, 34,1983. ,> Některé pokusy popsané v patentové literatuře byly prove-děny k provádění druhého shora uvedeného postupu. V US patentu4 578 022, Kenney, je popsáno zařízení pro vytváření aerosolové-ho prášku z roztaveného kovu. Podle Kenneye, sonda mající atomi-zační trysku je částečně ponořená do kovové taveniny tak, abytavenina procházela otvorem v atomizační trysce a tvořil se aero-solový prášek. Aerosolový prášek se pak přivádí pomocí inertníhoplynu do indukčně spojeného plazmového hořáku vzdáleného ód sondy,ve kterém se kovové prášky ohřejí a vybudí se k vyzařování atomic-kého .spektra, které charakterizuje prvky, které ho tvoří. Avšakprodukce aerosolových prášků zkresluje, rozložení prvků obsaženýchv každé částici aerosolového prášku, nebotprvky, které majívelkou odpařfvost se ztrácejí vypařováním pokud je nosný plyn ješ-tě horký. Dále, všechny aerosolové částice nejsou stejné velikos-ti, což má za následek, že čím menší je velikost každé aerosole-<vé částice, tím větší je poměr povrchové plochy k objemu částice.-Proto částice, které jsou typicky analyzovány jsou ty aerosolové^částice, které mají větší odpařivosti, nebol mnoho z větších částicse ztratí sedimentací, t.j. přilnutím během dopravy na stěny.

Proto chemické složení roztaveného kovu není přesně reprezentová-no chemickým složením aerosolových prášků podrobených analýze. Déle doprava aerosolových prášků k vzdálenému zpracování zvyšujemožnost jejich znečistění. Vystavením vzdálenému plazmovému hořá-ku může nastat problém znečistění, takže prováděné spektroskopické $měření se stává nepřesným. t US patent 4 598 577 Jowita uvádí odtavování laserem a odpa- %řování roztaveného kovu laserem uloženým v sodně, která je ponoře-ná do roztaveného kovu. Podle Jowita, se všeiiny částice roztave-ného kovu dopravují do vzdáleného analytického přístroje obsahu-jícího plazmový hořák pro ohřátí vypařeného kovu a spektrografpro spektroskopickou analýzu plazmatu vytvořeného v plazmovémhořáku. Avšak, doprava odpařeného kovu, který znovu kondenzuje do 4 .4 f

V částic, má tytéž nevýhody a to, ztrátu větších částic a prefe-f renční vypařování; které zkreslují následující spektroskopickou analýzu. V britském patentu 2 154 315 A (Spenceley a kol), je na dru-hé straně Část kovové: taveniny vystavena pulzujícímu-laserovému --paprsku a vyzařování převádění z buzené kovové taveniny se přivá-dí světlovodičem do spektrometru umístěnému”off line” pro spektros-kopickou analýzu spektra, vyzařovaného vypařenou částí taveniny.Tento způsob však má tu nevýhodu, že podstatné množství radiacez nabuzené taveniny se nedostane do světlovodu a dále nastává znač-ná absorpce této radiace během jejího přenášení světlovodem do ana-lyzačního přístroje. Dále, tato absorpce radiace světlovodem se mě-ní jako funkce frekvence a tím ovlivňuje přesnost měření relativníamplitudy různých složek spektra a opravdu brání v případě nutnos-tijokamžitému zjištění samostatně absorbovaných složek spektra. \ Úkolem vynálezu je vytvořit nový a lepší způsob a zařízenív procesu přechodné spektroskopické analýzy roztaveného kovu, kte-rý nemá nedostatky známého stavu techniky a zajišluje přesné areprodukovatelné zjištování složení roztaveného kovu a jeh© hodno-cení. , i Dalším úkolem vynálezu je vytvořit nový způsob a zařízení,jak bylo shora uvedeno, kterým by byl© možné monitorovat v reálnémčase, elementrání složení roztaveného kovu v peci vyrábějící kovpožadovaného složení, jako je ocelárna a následné legování a tímzaručit chemické složení, odpovídající vlastnostem a provedení vý-lobků.

Dalším úkolem vynálezu je vytvoření nového způsobu a zařízeníjak bylo shora popsáno, který lze měření provádět rychle. ® Tyto a ještě další úkoly se dosáhnou podle vynálezu vytvoře- v i ním nového a dokonalejšího způsobu a zařízení pro přechodovou < spektroskopickou analýzu roztaveného kovu prováděnou v procesu vý-" roby podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořen sondou obsahující pulzující vysoce výkonný laserový paprsek mající▼podstatě trojúhelníkový tvar vlny pulzu, k vysílání representativ-ního množství roztaveného kovu, která je ponořena v roztaveném kovu.Laser vydává energii a odpařuje část roztaveného kovu k vytvořeníplazmového vzorku, který představuje elementární složení roztave-ného kovu. Podle vynálezu, krátce po ukonČoní laserového pulzu

WkíXíÍ:.. '.-!, ί.τ>:>Λ&amp;ΧΖ<^ - 4 - } - · . <ν , ·· /' např. v rozsahu 50 až 200 ns vrcholu výkonu laseru, rezlišenéčáry,epektra ve spektru plazmového vzorku, způsobené abserpcí j záření vysílaného teplejší vnitřní částí plazmevéhe vzerku‘smě-*rem k relativně chladnější vnější čáeti se spektroskopicky určují eběhem krátkého prvního časového úseku pomocí prvního spektrosko-pického detektoru rovněž umístěného v sondě. Potom, když je desvitplazmatu v tepelné rovnováze,· provádí se druhé krátkodobé spektro-skopické měření pomocí druhého spektroskopického detektoru rovněžuloženého v sondě.

Podle vynálezu se k měření a ovládání vzdálenosti mezi po-vrchem roztaveného kovu a pulzujícím laserem použije alespoň je-den dálkoměr. Dále ve zjištování prostorové závislosti teploty,čísla hustoty parní fáze prvků a stupňů ionizace každého prvkuuvnitř plazmového vzorku jako funkce polohy vzhledem k povrchuroztaveného kovu a esy laserového paprsku se provádí spektrosko-pické měření pro zjištění irierzní čáry v předem stanovéné vzdále-nosti od povrchu roztaveného kovu a předem stanovené vzdálenostiod osy laserového paprsku.

Uvnitř sondy podle vynálezu je umístěn pár spektrografů, znichž každý má ohybovou mřížku nebo pod. spojenou s hradlovým ze-silovacím fotodiodovým skupinovým detektorem. Oba spektrografy sepoužívají k provádění spektrální analýzy během shora popsanéhozpůsobu. Aby se zlepšilo rozložení a ještě došlo k miaaturizaci, 5každý spektrograf má mezi ohybovou mřížkou a detektorem skládanouoptiku, která vytváří vícenásobný odraz jednotlivých složek spektra,čímž se zvětšuje celková vzdálenost, kterou procházejí různé slož-ky spektra, aby se zvětšil prostorový odstup mezi nimi. Protožene o všechny rozsahy spektra je zájem, používají se samostatněovládaná segmentová zrcadla, kterými se vybírají pouze ty oblastispektra, které jsou v oblasti zájmu a odrážejí pouze tyto oblasti * i · í spektra do soustav detektorů.

Jakmile je vyslané spektrem snímané, předložený/ vynálezpoužívá řetězovou zpracovatelskou techniku k provedení rozboru spek-trálního vzerku. Rozsah zjištovaného spektra je rozdělen na danévrcholy a každému stanovenému vrcholu je přiřazena předem stanove-ná funkce, jako je Gatfsseva nebo Lorentzianova nebo jejich hybrid,majíci amplitudu závisející na amplitudě snímaného vrcholu a přtíemstanovené šířce. Potom se vytvoří syntetizované spektrum součtemjednotlivých funkcí, přiřazených každému snímanému vrcholu a syntetizované spektrum.se porovnává se skutečným snímaným spek-trem k vytveření korekčního signálu. Korekční signál se pakpoužije ke změně alespoň jednoho parametru, např. amplitudyanebo šířky dané funkce. Vytvoří se nové syntetizované spektruma opětse porovnává· se skutečným snímaným spektrem, aby se vytvo-řil nový korekční signál. Proces pokračuje až se korekční signálzmenší na předem stanovenou mez, při které amplitudy a oddělenívrcholů syntetizovaného spektra dobře definují složení prvkůroztaveného kovu. ^říkladné provedení vynálezu je znázorněno na připojenýchvýkresech, kde obr. 1 je schematické znázornění konstručníchsoučástí sondy podle vynálezu, na obr. 2 je zobrazen diagram tvaruvln, znázorňující vysílání spektra odvozeného při 20 ns ť inter-valech z typického roztaveného kovu pod ozářením pulzním laserem * podle vynálezu, obr. 3a a 3b je schematické znázornění optiky spek-tr ©grafu podle vynálezu, obr. 4 je blokové schéma znázorňujícíjednotlivé stupně řetězového pochodu probíhajícího při spektrál-ní analýze podle vynálezu a obr. 5 schématicky znázorňuje polohusondy podle vynálezu vzhledem k roztavenému kovu a ovládací pultběhem pracovní činnesti zařízení podle vynálezu. Předložený vynález je určen k spektorskepickému způsobu azařízení pře analýzu roztaveného kovu ve výrobním procesu, obvyklepoužívající druhý případ popsaný ve známém stavu techniky, t.j.rychlé odpařování a atomové excitaci povrchu roztaveného kovuprostého strusky intenzivními laserovými pulzy, s následnou spek-troskopickou analýzou vyzařovaného spektra. Dále bude vynález pepsán pomocí výkresů, kde stejné vztaho-vé značky označují stejné detaily odpovídajících částí v různýchpohledech a zejména v obr. 1 zařízené podle vynálezu sestáváze sondy 10, která proniká do vrstvy strusky. Sondéu 10 má tepelnouizolaci provedenou pomocí vakuově těsného ochranného pláště 12a obsahuje vysokovýkonný pulzní laser 14. pro ozářeni cílové plo-chy na povrchu roztaveného kovu se zaostřeným pulzním vysokovýko-nným laserovým paprskem, jak bude podrobně popsáno dále. Laserovýpaprsek je zaostřen optickým blokem 16 na místo dostatečně velké,aby se ohřálo a plazmatizovalo representativní množství roztavené-ho kovu. Spektrální analýza se provádí in šitu na záření vyslanémplazmovým vzorkem vytvořeným laserovým paprskem jak bylo shoravysvětleno.

Ochranný plášt 12 sestává v základě z přesně obrobenénerezové ocelové nádoby nebe válcevé kenstrukce obsahující \ vnitřní a vnější trubice. Vnější trubice jseu spejeny dohromadytak, aby chladící veda o vysekám tlaku (150 psi) přetékaladelů pe celé délce sendy 10 až na přední čele vedícíhe kence18 sendy 10, jak je schématicky znázerněne šipkami a vracela sezpět k vypeuštění. Nejvnitřnější trubice develují preuděníchla-zenéhe inertníhe pfynu nápř. argenu středem, aby byly chlazenyeptické seučásti, včetně laseru 14 a zamezila se, aby se kevevépáry a částice destaly k optickým blokům otevřeným vedíeím kan-cem 18 sendy 10.

Jak je znázerněne na ebr. 5, vedící kanec 18 sendy 10 jees&amp;zen zaskakevacím nebe neamáčivým ehnivzderným peuzdrem 20.Peuzdre 20 preniké vrstveu strusky a vystavuje pevreh reztavené-he kávu laseru 14 a spektreskepické detekční optice, všechno vla-žena v sendě 10. Úkelem peuzdra 20 je chránit chlazené plechy baéříSb*·«zevé ecele před stykem jak se struskeu tak i s reztaveným kevem,stejně tak jaké zamezit jejich namrzání na sendě 10. Takevé vrstvapeuzdra develuje mnehenásebné peneření sendy 10 de taveniny bezjejí výměny.

Vedící kanec 18 je epatřen třemi samestatnými seunsými drážka-mi obrobenými přírubě 18herníhe dna. Nejvnitřnější drážka je spo-jenas trubicí, která tváří stěnu sandv 10 a tvoří cestu propneumatické evládání hladiny reztavenéhe kevu na etevřeném kanci18. Vnější souosá drážka je spejena s vnější trubicí tvářící stě-nu sendy 10 a tvoří dráhu proudu ve vadícím konci 18 pre proudě-ní chladící védy, znázorněnou šipkami 18q4

Kenstrukce sendy 10 pedle vynálezu develuje rychlé vsunutía vytažení z povrchu reztavenéhe kevu, který je reprezentativní spre jehe sležení. Tate operace se převádí elektromechanickýmmanipulátorem (neznázerněný), ke kterému je sonda připevněna. » Žáruvzdorné peuzdre 20 vedícíhe konce 18 sendy 10 je jediná součást,která je vystavena a neb© přichází de styku s reztaveným kevempři teplotě až l600eC nebe vvššl. Sonda 10 můžebýt posouvána smě-rem k povrchu nebo od něho jakýmkoliv způsobem rychlostí až 10^cm.s“1. Konstrukce sondy 10 dovoluje proniknutí vrstvami struskypomocí peuzdra 20, aby se dosáhlo reprezentativního povrchu rez-tavenéhe kovu. Vedící konec 18 je trubkovitý nástavec sendy 10 - 7 - a je chráně* nesmáčivým žáruvzdorným pouzdrem 20 a opatřenchladícín inertním plynem, preudícím dvěma trubkovými vrstvamisouose vytvářenými podobně jako je uspeřádání vodního chlazeníshora popsaného. Ovládáním rychlasti proudění plynu a jeha jehatlaku v reálném Sase je pauzdra 20 celistvé během pronikání etrus-kou a páam v raztaveném kávu se stává dutau trubkou, do které sekav vtáhne na předem stanavenau hladinu vhodnou pra excitaci lase-ru. Životnost hlavy sondy 10 je zajištěná kombinací aktivnímchlazením vadau a prouděním plynu, tepelná achrana vrstvami kávua ohnivzdorným pláštěm a krátkau dobou, po kterou je vystavenažáru, obvykle omezenou pad jednu minutu. Chladící vada a plyn jsoupřiváděny da sandy 10 pamací pružnéha vedení 19. které také tvářipřived energie a vakua tlakem 21. Žáruvzderná vyložení je nesmáči-véha typu přete, aby pouzdra 20 zůstávala bez nánosů tuhnoucí struskyaebe kávu nebe opakovaných penetrací. Je ve farmě nesmáčivéžáruvzdorné hmaty jako je Masrack nebe složení žáruvzdorné hmatysestávající střídavě ze dvou tenkých vrstev vytvořených ze dvoumateriálů a různých bodech tání nebo jejich kombinace.

Sonda 10 sestává kromě laseru 14. z dálkaměru 22 , spektre-grafů 24^a 24ς>ε fotodetektery s hradlovými zesilovači a ostatnípřidružené optiky (neznázarnšne). Kalimační paprsek laseru 14je soustředěn na povrch roztaveného kávu čočkou optického bloku16 předem stanovené vzdálenosti ad této čočky. Zapnutí laseru14 je ovládáno dálkaraěřem 22 tak, aby laser 14 ozařoval roztave-ný kov tehdy, kdy >dálkoměr 22 rozhodne, že povrch roztavenéhokovu je v předem stanovené vzdálenosti ad čočky optického bloku16. Optické emise zjroztaveného kovu ozářeného laserem 14 jseudetektovány v předem stanovených časových intervalech spektro-grafy 24^« 24g a přidruženými elektraaptickými detektory, znichž pouze detektor 26 je znázorněn na obr. 1. Optický blok 16,zesilovač 22, spektregrafy 24^, 24n a elektraaptické detektory 26stejně tak jako místní nosná elektronika 27 jsou upevněny v celkukterý je pevně uložen na horní přírubě 28 sondy 10. Pro připojeníoptického bloku 16 k horní přírubě 18^ sondy 10 je vytvořen měch29 spojující otpický blok 16 s přírubou 18·^. Měch 29 je pružný,aby vyrovnával rozměrové změny způsobené teplen. Měchy udržujívakuotěsnost vnitřního prostoru sondy 10 aniž by narušily integri-tu optickou soaosost od laseru 14 ke spektrografům 24^. 24n

Dále bude popsáno konstrukční uspořádání laseru 14 podlevynálezu. Některé ohledy určují konstrukci a volbu příslužnéholaseru, které by měl laser 14 splňovat. Za prvé, laser 14 musína porrchu roztaveného kovu tvořit pulzní laserový paprsek dostatečné intenzity na dostatečně velké ploše, aby se vytvořil plazmový vzorek, který má složení jako representativní složeníroztaveného kovu. K tomuto účelu, musí řýt velikost místa, kde je soustředěn pulzující laserový paprsek na povrchu roztavenéhokovu dostatečně velká, aby pokryla representativní vzorek roztave-ného kovu a bylo jisté, že místní mikroskopické nestejnorodosti v roztaveném kovu neovlivní následná spektroskopická měření. Opět,objektivně se mu3Í vytvářit plazmový vzorek, který aá totéž ele- mentární složení jako roztavený kov. Toho se dosahuje extrémněvysekou rychlostí rozdělení energie, možno s Q -laserem, do danéoblasti, mnohem větží než je rychlost přínosu tepla a elementárnídifúze roztaveného kovu. V tomto ohledu je nutné, aby tepelná di-fusní fronta tvořená ohříváním kovu pulznía laserovým paprskempostupovala stejnou rychlosti jaké odpařovací fronta způsobenáodpařováním, roztaveného kovu a tím se zajistilo, aby rozdíly me -zi odpařovacími rychlostmi jednotlivých prvků neovlivnily ele-mentární sležení plazmového vzorku. Výsledkem je rychlé a úplnéodpaření všech konstitujících prvků sledované oblasti, bez ohle-du na závislosti na rovnováze rychlosti odpařování jednotlivýchprvků.Vzorek par je dále ohřát inerzaím brzdným zářením a multi-pelenevýa způsobem a stává se plazmatem o vysoké teplotě a podstat-né ionizaci. Elementární složení roztaveného kovu může být pakstanoveno časovým spektroskopickým měřením vysílaného spektraplazmového vzorku.

Další skutečnost, na kterou je nutno brat zřetel při konstruk-ci laseru 14 je tvar vln laserového pulzu vyzařovaného laserem 14Podle vynálezu bylo stanoveno, že laserové pulzy z laseru 14 byměly mít vpodststě trojúhelníkový (s ostrými úhly) tvar, intenziv-ní sílu a krátkou dfcou trvání. Trojúhelníkový tvar vln je diktovánskutečnosti, že pokud doba vzestupu laserového pulzu je příliš rych-lá jak se stává u obdélníkového nebo u pravoúhlého trojúhelníkovéhotvaru vln, plazma bude chudá na prvky. To má za následek, že rela-tivně rjthlé ohřátí, vytvořené rychlým vzestupným časem pravoúhléholaserového pulzu, nedovolí dostatečné ohřátí dostatečného množství

roztaveného kovu před tím než začne jeho odpařování. S pravo-úhlým (t. j. rychlý vzestup času) pulzem, nejdříve ionizovanépáry budou odrážet další laserové světlo a bránit tomuto lasero-vému světlu, a£y dosáhlo cíl, anž by se dosáhlo dostatečné ohřátíkovu. Následkem toho-jak bylo shora popsáno, je-li doba vzestupupříliš rychlá, jak se stává u pravoúhlého pulzu, plazma bude chudá ·.· na prvky. .....

Na druhé straně, je-li doba vzestupu pulzujícího paprsku z laseru příliš pomalá, potom ohřátí roztaveného kovu má za ná-sledek, že fronta odpařování se nekryje s frontou tepelné difusea elementární složení plazmového vzorku není pro roztavený kovreprezentativní. Proto bylo určeno, že vpodstatě trojúhelníkovýpulz mající dobu trvání 50 až 100 ns v polovině šířky, vzestupnýčas 50 - 20 ns a ldosvit 150 - 50 ns produkovaný Q - spínač Nd :skleněný, křemenný nebo C0o laser s laserem majícím dostatečněvysokou hustotu energie ( 107W.cm ).

Aby bylo zjištěno, že plazmový vzorek má složení reprezenta-tivní pro roztavený kov, Q- laser podle vynálezu vytváří na povr- o chu roztaveného kovu ohnisko mající plochu 1 až 4 mm , při dané hus-totě výkonu ÍO^W. cm . Toho lze dosáhnout Q-laserem, který pra-cuje vícenásobným způsobem operace, například jako se dosáhne použi-tím větší tyče a kratší délky dutiny pro podpoření větší oscilaceuvnitř laseru tím, že vlna recirkuluje mnoha různými drátami. Obvy-kle, požadovanou velikost ohniska-lze dosáhnout laserem za pomocivíce než čtyř základních vidů, zpravidla okolo dvanácti. Výběrem operace laseru jak shora uvedeno, předložený vynález; představuje reprodukovatelné vytváření plazmového vzorku, které je representativní pro roztavený kov a jeho elementární složení.

Toho je dosaženo přesnou kombinací tří klíčových prvků : široká plo-cha soustředění vícenásobnou operací laseru, prahová operace v hus-totě energie laseru a ovládání časového profilu laserového pulzu.

Jak bylo shora uvedeno", laserový pulz musí spojovat podstatěnémnožství roztaveného kovu, aby se zabránilo špatnému účinku mikro-skopických nehomogenit v tavenině a odpařování, ohřátí a ionizacivzorku do velkého plazmového vzorku tak, aby se nelišilo od elemen-tárního složení taveniny, které se získá odděleným odpařováním prv-ků. Tento požadavek se zajistí odpařením fronty pohybující se - 10 - <! • é - . / " 1 stejně rychle jaké frenta termální difuse, pestupující de roz-taveného kovu (viz Y. W. Kim, "Fundamenteis ef Analysis of Se- ? ft lids by Laser Preduced Plasmas," V Application ef Laser Plasnas, R.J. Radziemski a D.A. Cremers, Marcel Dekker). Jak bylo shora uvedena, byte kritické požadavky se dosáhnou současně soustřodě-f 'i. -i { .·.. o 1 ·’· - ;' ním laserového paprsku naj plechu 1 až 4 a« , podstatně větší nežje ohybová mez soustředěného bodu ΤΕΜ00 výkonu laseru, při husto-

Q .O tě energie 10 .W. cm běhemtrojúhelníkového pulzu trvajícíhoekele 70 ms při pelevině šířky pulzu. Přete vynález peužívá extrémně přesné ovládanou činnost la-seru pro vysekeu repredukevatelnest ed pulzu k pulzu. Laser 14 1byl konstruován pre vysekeu stabilitu dutiny při tepelné amechanické variabilitě. Aktivní evládání teplety v dutině laserupepsané shera je peužite kvůli minimalizaci zněn ekelí, za pou-žití předimenzovaného oscilátoru Nd : skleněné médium, dávajícívysoký pulzní výkon při vlnové délce Ι,Οβ^Μ®· Mohou však být po-užita i jiná laserová média a jiné vlnevé délky. Při destateěně vyseké hustotě energie vytvářené shera uvede-ným laserem, vytveřený plazmevý vzorek desahuje maximální teplotua hustoty elektronů během své životnosti ekele 50 až 200 as lase-rových pulzů a vykazuje spektrum charakterizované širokým rozsahemse sameměnitelnými rezonančními čarami atemických druhů vzorku,které ho tvoří. Tat® reversace nastává přete,, že plazmový vzerekmá strmý teplotní gradient ekele jádra, kde vzniká silné kontinu-um brzdným zářením a Stárkovým jevem. Přete kontinuum radiace zhorké střední části plazmového vzorku se ebserbuje při průchodurelativně chladnou vnější oblastí vzorku, chladnějšími atomovýmiprvky, které nejdříve vytvářejí své odpovídající základní stav/.Důsledkem toho je snižování intenzity kontinua při vl-nevých dél- i kách odpovídajících rezonančním čarám všech prvků v různých množst-vích stanovených profilem absorpční čáry jednotlivých rezonančníchčar. Podle vynálezu bylo zjištěno, že toto 3pektrua měnících sečar nastávájící krátce po vytvoření plazmového vzorku má velkoucenu v současné více prvkové analýze protože a) spektrum je jedno-duché, obsahující primárně samo se měnící rezonanční čáry, b)všechny nezbytné čáry pro určování prvků o které je zájem ( P, S,

Sn, B, Si, Mg, Pb, C, Zn, Cu, Co, Ni, Fe, AI, Mn, Ca, Co, V, Ti,

Na) jsou obsaženy v uv - viditelném rozsahu 1 750 až 7 000a c) je citlivé na malé koncentrace. Proto podle vynálezu, přibližně - 11 - «ίί?)ώΐ&amp;&amp;ϊάίίϊώί! 20 ns částic těchto rozlišovacích spektra je spektreskepicky ana-lyzevatelných pemecí jednehe spektregrafu 24^. 2^ Pr· úplaéstanevení elementárníhe sležení. Spektroskopická analýza čáre-»véhe rozlišení spektra nastává, podle vynálezu asi 50 až 200 nsaméně než 500 ns potem co laser 14 desáhne energetickéhe vrcho-lu (t. j. než plazma desáhne tepelneu revneváhu). —ak byle zjištěné pedle vynálezu, druhá příležitost preelementární spektrální analýzu přichází krátce pe ukončení ehřátílaseru, kdy u plazmevéhe vzerku začíná desvit. Desvit může trvat500 es až 20 ^as v závislosti na tem, zdá je ekelí vakuum nebeplynové medium e vysokém tlaku. Čárový revtersní jev zkoumaný bě-hem prvního časového úseku spektrální analýzy se zastaví, kdyžteplota plazmatu a jeho gradient se rozruší vlivem radiačníhochlazeni a procesy přesunu části a plazmatu se stanou opticky ten-ké. Potom, když je plazmový vzorek v teplotní rovnováze, to jekdyž doba mezi kolizemi mezi atomy a ionty v plazmovém vzorku jekrátká ve srovnání s dobou během níž se průměrná velikost plazmatumění nebo chladí radiací, podle vynálezu nastává druhý okamžikpro analýzu, kdy se provádí spektroskopické měření radiace vysí-lané z plazmového vzorku. V této době se všechny emisní čáry stá-dia jí úzkými a lépe definovatelnými, ačkoliv spektrální rozležení sestává obsažnější vlivem toho, že se objevují rezonanční stejnětak jako nerezenanční čáry. Při temte dmhém měření, časový roz-sah měření roztaveného kovu ve vakuové peci může být 20 až 500 nsdlouhý, začíná ekele 250 ns pe spuštění Q - laseru.

Tak podle vynálezu, pře každý plazmový vzorek vytvořenýexcitací jednotlivého trojúhelníkového laserového pulzu shorapopsaného, se prevedáu dvě spektroskopické analýzy ve dvou růz-ných časových obdobích. V prvním časovém úseku rozlišovací čáryspektra krátce pe ukončení laserového pulzu se spektreskepickyanalyzují, zatímco v druhém čásevém ebdebí se analyzují emisníčáry spektra v ebdebí desvitu. Stanovení času emisních čarspektra během ebdebí desvitu závisí na tlaku okolního plynu.

Ve vakuových pecích, optimální deba pre druhé časové ebdebí jeněkelik set as a začíná asi 250 ns pe zahájení laserového pulzu. V peci pracující s atmesférickým tlakem, deba trvání druhého úse-ku ve kterém se převádí spektroskopická analýza je ekele 500 nsa začíná 1 až 5 iis pe počátku laserového pulzu. Deba trvání měře-ní se stanoví podle radiačních toků a fotonových statistik s nimi 5’’ - 12 - ., ž JÍ'·7 'i'.' ' '"' spájených, které mění signál na vakuevý, jehež intenzita jeúměrná intenzitě určevanéhe spektra. Optimální trvání se měnív závislesti na parametrech laseru. Bez ehledu na te, zda seeperace převádí ve vakuu nebe za atmesferickéhe tlaku, v ebeu J r " případech;určující fakter při převádění spektreskepickéhe měření během ebdebí desvitu je te, aby pedmínky místní termedynamické %revaeváhy byly desaženy v desvitu plazmatu. Předležený vynálezpřete přesně staneví debu splikace laserevé energie a určeníuzavřených peried pre spektreskepické analýzy ve dveu časevýchebdebích, které jseu rezhedující pre repredukevatelnest spektrál-ních hednet.

Jak byle shera uvedene, pre každý laserevý pulz se převádějídvě časevě rezhedující spektreskepická měření, pemecí spektre-grafů 24^a 24o«g nichž každý má přidružené rezptylevací přístře- ·je, jaké je spektregraf ebsahující Echellehe mřížku (stupjaevitámřížka s malým zpežSeváním paprsků), pre vytváření vysekedisperz-níhe ale kempaktníhe ebrazu spektra a edpevídající feteelektrickédetektery vybavené zesilevači s hradlevým kanálem. Spektregrafyjseu mimatuřizeváné kenstřukce destatečnéhe rezptylu pre umístěníuvnitř sendy. Seustavy detekterů jseu revněž umístěny v seádě.Stínění preti elektremagnetickému rušení je převedeme přete, abybyla zachevána integrita elektrenickéhe systému spejenéhe sespektregrafy v přítemnesti vysekenapětevých spínačů, pežadevaných'pre práci laseru 14. ábselutní vazba na elementární kencentracev % hmet. je převedena kalibrací spektra.? bu3 vzerky reztavenéhekevu nebe vzerky prvníhe kevu známéhe sležení. Jedne z časevéherezliěevacíhe spektra a čárevéhe emisníhe spektra stačí pre ana-lýzu sležení. Peužití dveu spekter deri^fevahýeh ze dveu Sasevýchúseků nejen tveří dvě nezávislé příležitesti pre analýzu, ale také,še vzájemně deplňují a pemáhají edstranit všechny dvejzaačnesti,které se meheu v jednem nebe druhém vyskytevat.

Obr. 3a a 3b schématicky znázernují keastrukci spektregrafů24^ a 24o. které jseu stejné aedpevídajícífeteelektrickýobtek-ter 26 epticky s nimi spejený. Jak je znárezněne na ebr. 3»,vstup de spektregrafů je herizentální štěrbina 300 . Světle přechá-zející štěrbineu 300 se odráží od rovinného zrcadla 302 a sféric-kého zrcadla 304 do ohybové mřížky 306 . Ohybová mřížka 306 vedesvětlo sférickým zrcadlem 308 a rovinným zrcadlem 310 do vertikální štěrbiny 312. světlo procházející vertikální štěrbinou 312 - 13 - se vede na sférické zrcadlo 314 a potom Echelleho mřížkou 316 ’ která vytváří vysoký rozptyl a potom pomocí složení optiky tvo- řené rovinným zrcadlem 318. sférickým zrcadlem 320 a rovinnýmzrcadlem 322 se jfivádí do skupiny 324 segmentových zrcadel, zná- ..... _ zorněných _v detailu na obr. t3b. Světlo odražené ze skupiny 324 ř dopadá na f o.toelektrickou diodu 326. která vytváří výstupy určované detekční elektronikou 328.

Optické zpracování se provádí optickými prvky mezi první štěrbinou 300 a skupinou 324 segmentových zrcadel, známých zestavu techniky. Stačí-poznamenat, jak je schematicky znázorněnona obr. 3b, na vstupu do skupiny 324 segmentových zrcadel, světlodopadající na štěrbinu 300 se rozdělí do mnoha vertikálně rozděle-ných spektrálních částí z nichž každá je tvořena omezeným plynu-lým spek trém se zvětšujícími se vlnovými délkami s maximální vl-novou délkou, např. k - té spektrální část je vpodatatě plynulá,v Angstromech, s minimální vlnovou délkou následující vyšší spek-trální části K +1.

Jak je zřejmé z óbr. 3b, skupina 324 segmentových zrcadelobsahuje řadu segmentových zrcadel 330. z nichž každé má odrazovouplochu 332 pro odražení přicházejícího světla ze složená opti-ky322. 320. 318 a Echelleho nř£žky 316. Každé zrcadlo 330 obsahujedvě části 330^ , 330o vzájemně spojené do jednoho celku úzkoučástí ^3 a je vyrobeno z materiálu jako je nerezová ocel, hliník,phstikatd, který umožňuje pružnou deformaci a tedy volbu relativ-ní polohy částí 330-^a 330o pomocí naklápění zrcadla a pojišťovacístavěči šrouby 334 dovolují, jednotlivé nastavení úhlu sklonu od-povídajících odrazových ploch 332 tehdy, je-li potřeba zvolitněkterou část spektra přicházejícího světla k odrazu pro následnou g, analýzu soustavou fotoelektrických diod 326a<itektorovou elektroni- kou 328. £ Dále volbou vzdálenosti l^aezi sousedními zrcadlovými segmen- ty 330. podle vynálezu, se volí naklápěním a pojištěním stavěcímšroubem 334. zvolený rozsah vlnových délek podle osy vlnových dé-lek jednotlivých částí spektra. Rozsah zvolených vlnových délek zvolených částí spektra závisí na šířce lg' odrazných ploch 332 zrcad-lových segmentů 330. které jsou sřídavě také volitelné. Vzdálenostmezi sousedními zrcadlovými segmenty 330 může být 1 nastavena a ji-štěna pomocí rozpěrné vložky nebo jinými obvyklými prostředky. ÉÉÉtiiÉiííiSI^^ - 14 - šířka odrazové plochy 332 může být zvolena bu<5 volbou šířkyvlastního zrcadla nebo určitou úpravou částí odrazové plochypomocí neodrazivé látky, kterou se stanoví požadovaná šířka.

Takto se v každém spektrografu 24^, 24g pokryje celý rozsahspektra 1850 - 9000 A.j Tato velice široká spektrální schopnostdosažená ponocí jednoduchého souboru spektrografu a hradlovéhozesilovacího fotoelektrického diodového skupinového detektoruumožňuje stanovit koncentraci všech prvků současně za 1 minutua tím elementrání složení roztavených kovových slitin.

Spektrografy 24^ a 2^ se používají k provádění časově roz-ložených spektroskopických měření emisí z plazmového vzorkuběhen prvního a druhého časového úseku jak bylo shora popsáno.Časovaná spektroskopická měření podle vynálezu jsou zaležena hapoznání, že plazma vytvářené pulzujícím laserovým paprskem se vyví-jí jako řada odpovídajících plazmových atomických a fluidně dy-namických procesů, které postupně vznikají a zanikají. Tento aspektlaserem vytvořeného plazmatu je znázorněn na obr. 2. Při poznáníevoluční povahy plazmatu se dále zjistilo, že prostý čas integra-ce jak byl prováděn u známých způsobů vede k chybným výsledkům,kte-ré ničí příčinu a účinek vztahu mezi em/.sní (nebo absorpční) inten-zitou při určité vlnové dálce a koncentrací prvků určovaných těmi-to vlnovými délkami yevz4orku. Proto spektrospická měření podlevynálezu jsou časově určená, t.j. provádějí se během krátkýchčasových intervalů tak krátkých jako je 5 es pro vlastní určeníhodnot intenzity. Konečně spektrograf využívá hradlovou vychylo-vací desku spojenou se shora uvedenou soustavou 326 fotodiod.

Jak je zřejmé ze shora uvedené popisu, je použito několikměřidel, aby se optimalizovalo spektroskopické měření podle vyná-lezu. Za prvé, jak je znázorněno na obr. 3a, mezi Echelleho mříž-kou 316 a soustavou 326 fotodiod je umístěna "složená optika"ve formě řady zrcadel 218, 320. a 322. které χ/tvářejí řadu odrazůspektra tak, aby spektra probíhala po delší dráze a tak byla víceoddělena, aby se tak zvýšila rozlišovací schopnost na skupinědetektorů. Za druhé se jedná o použití skupiny 324 segmentovýchzrcadel které mají segmentová Jzrcadla 330. která jsou sa- mostatně seřizována tak, aby pouze požadované části přecházející-ho spektra odrážely na zvolené detekční prvky, t.j. rozlišovací

JiíAů - 15 - Γ soustavy 326 detektorů. Ovladatelná segmentová zrcadla 330 setak používají k eliminaci těch Částí spektra o kterých se ví, ženejsou v oblasti zájmu, aby se maximálně využívaly užitečnédetekční prvky skupiny pouze pro detekci částí spektra, o kteréje zájem. Složená optika ajednotlivě ovládaná skupina324segmen-tových zrcadel 330 dovoluje vysokou rozlišovací schopnost 20 a ví-ce emisních čárových profilů s jedním hradlovým zesilovacím foto-diodovým skupinovým detektorem. Totodiodový skupinový detektormůže sestávat ze 1024 detekčních prvků nebo více.

Kromě toho, že je časově rozlišené spektroskopické měřeníemisí z plazmového vzorku, je také prostorově rozlišené. .Zpraco-váním bylo podle vynálezu stanoveno, že teplota, hustota parnífáze čísla prvku a stupen ionizace každého druhu v plazmovém vzor-ku jsou silné funkce polohy «hledem k povrchu roztavenéhé kovu aose laserového paprsku. Tato prostorová závislost vede do oblastíkteré jsou opticky silné a opticky tenká a oblasti takovýchtorozdílných spektroskopických vlastností musí být odděleny, abyse získaly průběžné hodnoty.

Sonda 10 podle vynálezu spojuje prostorově rozlišené při-pojení plazmové emise, ke vstupní štěrbině každého spektrografu. K tomu účelu otpický blok 16, který sestává celkově z pěti čoček(jedna pro aplikaci laserového paprsku, dvě pro zjišťovánírozsahu a další kaž3á pro aplikaci světla do spektrografů 24^. 24.¼)má na vodícím konci sondy 18 umístěnou čočku, která tvoří pros-torově rozlišené zavedení emisí z plazmatu do vstupní štěrbinyobou spektrografů. Např. v případě atomického čárového obrazu aspektra z plazmového vzorku vznikajícího ve vakuové peci, opti-mální rozsah plazmatu je umístěn ve vzdálenosti 1,5 - 0,5 mm od V osy laserového paprsku 350 ns po žačátku laserového pulzu. Protopro spektroskopické měření ve vakuu prováděné 350 ns pro začátku > · . Á laserového pulzu podle vynálezu, čočka optického bloku je vytvo-řena a umístěna v ohnisku ve vzdálenosti 1,5 mm od povrchu roz-taveného kovu a 2 mm od osy laserového paprsku.

Aby bylo zajištěno, že ohnisko laserového parpsku aa povrchuroztaveného kovu je. dostatečně velké a aby bylo jisté, že prosto-rově roáišeaé spektroskopické měření je provedeno správně, vzdá-lenost od čočky optického bloku 16 určné pro odpovídající spektro-graf a zaostřující pulzující laserový paprsek z laseru 14, musí ν,ί ; - 16 - .,;, W. · ’’· '’ÝZ'V ' 1 být přesně nastavena před spuštěním laseru 14. Proto je u před-loženého vynálezu použit dálkoměr 22 utištěný uvnitř sondy 10.Dálkoměrem 22 se ovládá umístění povrchu roztaveného kovu regula- •r .. cí tlaku inertního plynu aplikovaného sondou 10 do jejího ponoře-*ného··· konce.···-18 během jeho ponořování do roztaveného kovu. U dál- ?£’‘ korně ni 22 se používá autokolimační techniky využívající diodový ,, » · i . _ Λ £ laser 30 a detektor 32 jako fototransistorový pár. Dálkoaěr 22zjištuje přiblížení (nebo oddálení) povrchu roztaveného kovu aa závislost na velikosti bodu vysílaného diodovým laserem nafototramzi3torý pár po odrazu paprsku diodového laseru od povrchuroztaveného kovu. Když je povrch roztaveného kovu v předem stano-vené vzdálenosti od vysokovýkonného laseru 14. dálkoměr 22 vydáelektronice povel, že laser 14 je možno spustit. Dálkoměr průběžněovládá tlak inertního plynu ponořeným koncem sondy 10, aby bylaustavena požadovaná vzdálenost povrchu roztaveného kovu od laseru Při výběru diodového laseru pro dálkoměr 22 je klíčovou vlast-ností diodového laseru to, že musí mít větší jas než pozadí roz-taveného kovu. Iia druhé straně musí být detektor schopen vídět pou-ze vlnovou délku signálu vysílaného diodovým laserem a proto po-třebuje úzký rozsah filtrace světla přicházejícího z roztavenéhokovu a z diodového laseru. Protože vzdálenost v optické dráze me-zi diodovým laserem 30 a povrchem roztaveného kovu a mezi tímtopovrchem a detektorem 32 se zvětšuje, ohnisko paprsku vysílanéhodiodovým laserem 30 a zaostřeného na povrch se zvětšuje, zmenšu-je se intenzita určovaná detektorem 32 při vlnové délce diodovéholaseru 30. Podobně, když se vzdálenost mezi diodovým laserem JOa povrchem roztaveného kovu a mezi tímto povrchem a detektrea32 zkracuje, potom se detektovaná intenzita zvyšuje jak se ohniskolaserového paprsku z diodového laseru 30 zmenšuje na povrchu roz-taveného kovu.; Tímto způsobem, za použití autokolimační techniky t ' 4, je možné;obdržet z detektoru 32 signál, který oznamuje vzdálenostmezi zaostřující čočkou vysokovýkonného laseru 14 a povrchem roz-taveného kovu. K usnadnění detekce laserového paprsku z diodového laserukterý pracuje ve vlnových délkách blízko infračerveným,detektorem32. paprsek vysílaný diodovým laserem 30 je kódovaný v úzké frekven-ci, aapř. 500 Hz. Proto je proud převáděný na diodový laser 30modulován na >00 Hz, aby amplidudově moduloval na 500 Hz laserový - 17 - paprsek vytvářený diodovým laserem 2,0. Detektor 32 potom obsahu-je dekódovací 500 Hz filtr a detektor (neznázorněný) prodetekci 500 Hz amplitudové modulace laserové-ho paprsku z diodové-ho laseru 30. Amplitudě^ demodulovaného 500 Hz signálu se pak pou-žije k určení zkoumaného rozsahu. Tímto způsobem se podle vynále-zu ^dosáhne dodatečné selektivity laserového paprsku z diodovéholaseru JO ve vztahu k radiaci vytvářené roztaveným kovem sledova-né detektorem 32. V případech, že je potřeba extrémně přesné stanovení vzdále-nosti, může být použit ještě další dálkoměr (neznázorněný), dvo-jitý dutinový laserový interferometr, používající povrch roztave-ného kovu jako třetí reflektor. Dvojitý dutinový laserový inter-ferometr, jak je dobře známo, používá laser mající dvě zrcadlase zdrojem světla, přivádějícím světlo do oblasti mezi dvěmazrcadly. Výkon tohoto laseru je světlo rozptylované z jednohoz těchto dvou zrcadel, t.j. zachycené světlo v dutině laseruje ztráta mající za následek pokles v zisku laseru. Čím více jesvětla zachyceno v dutině, tím větší je zeeílení nebo zisk pře-dávaný světlu procházejícímu dutinou laseru. Vrácením rozptýle-ného světla zpět do dutiny laseru, je možno zvyšovat nebo snižo-vat zesílení v závislosti na vzájemném vztahu fází rozptylované-ho světla vracejícího se zpět do dutiny laseru ve vztahu k recir-kulajíčímu světlu, které je v dutině laseru. V dvojitém dutinovémlaserovém interferometru sloužícím- jako dálkoměr podle vynálezu,rozptylované světlo je směrováno na povrch roztaveného kovu aodraženého světla přicházejícího do dutiny laseru, se intenzitalaserového pole v první dutině laseru mění a tento princip jepoužit pro určení, uvnitř frakce vlnové délky, rozsahu mezidvojitým dutinovým laserovým interferometrem (neznájzórněn)a povrchem roztaveného kovu.

Pokud se použije dvojitý dutinový laserový interferometr,je paprsek, který z něho vychází směrován dolů směrem k zaostřova-cí čočce optického bloku 16, lehce mimo osu vzhledem k ose laseru14. Přesná poloha povrchu roztaveného kovu je určená v tom bodu,který odpovídá bodu maximálního zesílení modulace laseru vlivulaserového světla odraženého zpět od ohniska na povrchu. Je-lipoužit spolu s autokolimátorovým dálkoměrem 22, jsou odpovídají-cím způsobem použity dva dálkoměry. Avšak, vzhledem k relativněvelkému ohnisku, vytvořenému laserem 14 na povrchu roztaveného ko-vu a vzhledem k podstatné přesnosti ve stanovené vzdálenosti umož- - 18 -

λ? J:;;vÚAý^^/^^i&amp;^ix^ííálSUílw-U » něné autokolimátorovým dálkoměrem 22. předpokládáme, že nebudenutno použít laserový interferometr s dvojitou dutinou spolu < s autokolimátorovým dálkoměrem 22, kromě za některých řidkýchokolností.

Pro zhodnocení spektrálního vyzařovacího diagramu zjištěnéhospektrografy 24^, 24g používá předložený vynález způsob’ vyhodno- eeování spektrálního diagramu. Tento způsob podle vynálezu je zalo-žen na zjištění, že slitiny, právě tak jako různé druhy ocelí ob-vykle obsahují 10 až 15 různých prvků v různých koncentracích.Takové množství druhů představuje složitá emisní spektra, což ve-de kt. zv. aezi prvkovým interferencím. Intenzita a spektrálníprofil emisní čáry, charakterizující prvek v elektricky neutrál-ním stavu, může být ovlivněn objevením se nové emisní čáry, ná-ležející jinému prvku ve slitině. U známé analytické spektroskopie je fotodetektor umístěnv pevné poloze v pomyslné rovině spektrografu a taková interferencepřispívá k chybným měřením čárové intenzity a nesprávnému stano-vení koneetrace prvku. U způsobu podle vynálezu se stanoví profilintenzity spektrální ořlasti v těsném sousedství emisní čáry, kte-rá je ve středu zájmu, stanoví rozsah interference a oddělí se odčárové intenzity před dalším zpracováním elementárním koncentrač-ním kalibračním schématem. Způsob vyhodnocování diagramu identifi-kuje střední profily rušivých čar pomocí iterační aplikace odhadů\a potvrdí se výpočtem, obvykle se použije maximálně 3 až 5 iterací. Takovéto výkonné zpracování je podle vynálezu umožněnopoužitím hradlového anodového zesilovače ve spojení s fotodiodovýmskupinovým.detektorem. Dále je podrobněji popsán způsob vyhodnoco-vání spektrálního diagramu podle vynálezu. S odkazem na obr. .4, způsob vyhodnocování spektrálního diagra-mu začíná tím, že se vezme experimentální spektrální profil, zjiš-*”těaý soustavou detektorů a jeho rozložením do jednotlivých spektál-nich čar k určení poloh a amplitud vrcholů profilu jak je označe-no jeko operace 400 v obr. 4. Potom při operaci 410 z obr. 4 sesyntetizuje spektrum na základě umístění a velikosti vrcholů zjiš-těných na výstupu z fótodiodového skupinového detektoru. Syntézaspektra se provádí přiřazením předem určené funkce, např. Gatisao-vy nebo Lorentzianovy funkce nebo jejich hybridu, který vzniknenapř. konvolucí těchto dvou funkcí, každému vrcholu určenému ope-rací 400 . Šířka každé funkce přiřazené každému vrcholu je předem

SiwJ;:· stanovená. V operaci 420 syntetizované spektrum je doplněnoznázorněním takto derivovaných funkcí do odpovídajících frekven-čních oblastí, přičerní pokud se oblasti mezi některými funkceaiipřekrývají, sčítají se. Potom v operaci 430 se syntetizovanéspektrum porovnává s původním spektrem na výstupu ze skupiny de-tektorů a odvozuje se korekční signál jako jejich rozdíl. Korekč-ní signál se kontroluje, aby se zjistilo, je-li větší nebo men-ší než v operaci 440 předem stanovený limit. Je-li tomu tak, v ^operaci 440 je korekční signál použit ke změně funkce aplikovanéna každý vrchol původního spektra, např. ke zvýšení nebo sníženíamplitudy nebo ke zmenšení nebo Zvětšení šířky těchto funkcí vevšech určovaných vrcholech. Postup se pak vrací k operaci 410kde se odvodí nové syntetizované spektrum, založené na modifiko-vaných funkcích opravených pomocí před tím odvozených korekčníchsignálů. Operace 420 se pak opakuje a získá se nový korekčnísignál. Potom se opakuje operace 430 a stanoví se je-li nebonení-li nový korekční signál uvnitř předem stanovených mezí. Ne-ní-li, postup se vrací do operace 410 a opakuje se, t.j. vytvoříse nové syntetizované spektrum a získá se nový korekční signál.Je-li korekční signál uvnitř předem stanovených mezí, označuje,že postup konvergoval do přijatelných mezí, postup je ukončena syntetizované spektrum, které pak představuje přesftého repre-zentanta spektra určovaného skupinou spektrografických detekto-rů, je výstup z operace 450.

Další důležitá skutečnost je u předloženého vynálezu kali-brace spektrografů pro analýzu roztaveného kovu. Kalibrace každé-ho spektrografu začíná přivedením světla předem stanovené vlno- í vé délky, obvykleína okraji spektrální oblasti zájmu, na spektro-graf a poloha jednoho segmentového zrcadla se nastaví tak, abysvětlo předem stanovené délky dopadalo na zvolené prvky v sousta-vě detektorů. Druhý světelný zdroj jiné předem stanovené vlnovédélky se pak použije pro vyslání světla do spektrografu a druhésegmentové zrcadlo se nastaví tak, aby odráželo tuto druhou vl-novou délku do druhé skupiny prvků soustavy detektorů. Vzhledemk ternu; že vzájemná poloha segmentových zrcadel je známá a vzhle-dem k tomu, že spektrální šířka světla odráženého segmentovýmizrcadly je známá, je možné získat hrubou kalibraci spektrálníhozařízení. Jemná kalibrace segmentových zrcadel se pak získá po-mocí emisního spektra z kovu a známém složení a porovnáním sviš-těného spektra z kovuo známém složení se skutečně zjištěným - - 20 - Ži: soustavou detektorů. í Předpokládá se, že během analýzy roztaveného kovu se bude• - provádět průběžná kalibrace. Při této průběžné kalibraci, se budou provádět spektroskopická měření,roztaveného kovu. aspektro-stopicicá zjištění podle Jednotlivých prvků prvně získaných. " Vzorky roztaveného kovu se’ pak berou současně při každé* měřenílaserovým pulzem. Kdyžse vzorky ochladí a ztuhnou, analyzují se běžnými prostředky atomické emisní spektroskopie a fluorescencí | x - paprsky, výsledná složení se pak použijí jako měrné jednotky | pro analýzu roztaveného kovu.plazmaty vytvořenými laserem. |

Na obr. 5 je znázorněna zvětšená sonda 10 podle vynálezu ve | vztahu k roztavenému kovu během zkoušení, a dále obr. 5 zobrazuje | spejení sondy 10 s ovládacímpultem 500 pomoci spojovacího vedeni | 19. Na ovládacím pultu 500 je uložen mikropočítač 510. číslicový $ převodník a vyrovnávací parnět 520. časovaně spouštěný generátor | 530 pulzů, regulátor 540 průtoku chladící vody, elektronicky | ovládané regulátory 550 -tlaku a průtoku pro přívod inertního plynu, | elektronika pro dálkoměry 560. zdroj 570 energie a kapacitní data | $ banka i 580 pro laser 14. Protože všechny tyto prvky ovládacího pul- % tu jsou obvyklé konstrukce, není potřeba dalšího vysvětlení. |

Obr. 5 je zajímavý, nebot schematicky znázorňuje ovládání son- |dy 10 ovládacím pultem 500 a její polohyvůči roztavenému kovu | během měření. S provedením shora popsaným lze laser spustit více |

W: než jedenkrát za minutu a výsledné hodnoty; lze: pro stanoven/ ele- I fe f |;*entátrního složení analyzovat v průběhu jedné minuty při každém £ ψ v spuštění laseru. - .....tó :P - .¾ Ί „ ’ š , Obr. 5 dále znázorňuje oddělení sondy 10, kde se provádí | ? >·úplná ;excitace a všechny měření, od ovládacího pultu 500. kam | ?.· údaj· z. sondy .onitorudí . spektroskopické-hod»oty aanlyíuíí * | pro stanovení elementárního složení . Jde je zobrazeno na obr. 5 | v spojení mezi oběma-je provedeno pružným hermeticky utěsněný* | spojovacím vedením 39. obsahujícím všechna pneumatická, chladící | a plynová vedení. Toto provedení umožňuje práci sondy jak ve va- | ; kuových pecích, tak i’ v těch, které pracují s okolní teplotou. |

Takováto prostředí obvykle vyžadují úplně odlišné způsoby opera- | ce, avšak způsob a zařízení podle vynálezu je použitelný pro obě. | - 21 - Předložený vynález aá řadu výhod a to zejména tu, že nenínutný kontakt mezi roztaveným kovem a diagnostickými prvky. • Dále je možné získat dvě spektra extrémně krátkých měřícíchSasech, menších než 1/is. Časovači a detekční elektronika jevelmi vhodná pro kontrolu celého měřícího protokolu počítačem-.a pro analýzu· hodnot. Vzhledem k tomu, že· pro analýzu složení ΐ stačí-jednoduchý*rychlý záběr, lze pro zlepšeni statistiky,je-li to potřeba provést během 1 minuty několik záběrů, a tech-nika nabízí velni široký výběr rozsahů, zlepšení a variací ave svých aplikacích, nebot z hlediska fyzikálního a technologic-kého může nabídnout mnohem-více informací než se potřebuje nyní.

Je zřejmě, že je možná řada modifikací a variací předloženéhovynálezu a vynález může být využíván i jinak než bylo zde popsáno. ί· , &amp;

Claims (40)

1. Μι •P-A TENTOVé NÁROKY λ /áffXViwfo \

   X. Způsob spektroskopické analýzy roztaveného kovu vyznačený ς,tím, že sonda opatřená pouzdrem s otevřeným koncem\s^ ^p^nořu-je do roztaveného kovu a v tomto pouzdru je umí stěn xlaser ^q. 1 který·ozařuje povrch roztaveného kovu u otevřeného k<laserovým paprskem předem určené hustotyenergie a velikostidaleka a spektroskopický detektor, kterým se zjišťuje spektrál- ní části světla vysílaného plazmatem vytvořeným laserem, otev-řený konec pouzdra se ponoří do roztaveného kovu, roztavený kovse ozáří laserovým paprskem a vytvoří se tak plazma, represen-tativní pro složení- roztaveného kovu, kde ozařování se provádíběhem ponořování otevřeného konce pouzdra do roztaveného kovua zjišťují se ^ektrální složky záření vysílaného plazmatemspektroskopickým detektorem umístěným v pouzdru a vysílajícímsignály, které odpovídají složkám určovaného spektra.
2. 2. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že operace ozařování obsa-huje ozáření roztaveného kovu pulsujícím laserovým paprskem a operace zjišťování obsahuje zjišťování rozlišení spektrálníchčar v záření vysílaném plazmatem během-předem stanovenéhoprvního časového úseku krátce před tím, než pulzující laserový .paprsek dosáhne vrcholnou energii a před tím, než plazma dosáh-ne tepelnou rovnováhu.
3. 3. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že se určují složky spektrav záření vysílaném plazmatem během předem stanoveného časovéhoúseku v obsobí dosvitu, během kterého je plazma v tepelné rov-nováze.
4. 4. Způsob podle bodu 2 vyznačený tím, že operace zjišťování sestá- 'vá z určení složek spektra v zářeni vysílaném plazmatem běhempředem stanoveného druhého časového úseku v období dosvitu,během kterého-je plazma v tepelné rovnováze.
5. 5. Způsob podle bodu 1 až 4 vyznačený tím, že operace ozařovánísestává z ozáření roztaveného kovu pulzujícím laserovým paprs-kem vpodstatě trojúhelníkového vlnového tvaru s dcfc ou vzestupu50 - 20 ns dobou trvání 50 až 100 ns poloviny Šířky a hu&amp;otě Q _ O energie větáí než lO^W.cm a velikosti ohniska 1 až 4 mnna povrchu roztaveného kovu.
6. 6. Způsob podle bodu 2 vyznačený ti®, že první časový úsek trvá Ir, 5 až 50 ms &amp; začíná 50 až 100 es po to®, co pulzující laserový paprsek dosáhne vrchol' energie. «· -·-·_ ··-. - ..... -......~......-.........................
7. 7. Způsob podle bodu 3 vyznačený tí®, že druhý časový úsek trvá20 až 500 ns a začíná 250 ns až 5po zahájení ozařováni. 8Í Způsob podle bodu 4 z vy značený tí®, že první časový úsek ná.dobu trvání 5 až 50 ns a začíná 50 až 500 ns po to®, co pulzují-cí laserový paprsek dosáhne vrcholu energie.
8. 9. Způsob podle bodu 8 vyznačený tí®, že druhý časový úsek ná dobutrvání 20 až 500 ns a začíná 250 ns ž 5 ,us po zahájení ozařování
9. 10. Způsob podle bodu 1 až 4 vyznačený tí®, že v pouzdru je unístžndálkoněr pro určení vzdálenosti nezi povrchem roztaveného kovu azaostřovací čočkou laseru, dále se přivede inertní plyn pod tla-kem do prostoru nezi zaostřovací čočku a povrch roztaveného kovuurči se vzdálenostnezi povrche® roztaveného kovu a zaostřovacíčočkou použití® dálkoněru a ovládá se tlak inertního plynu přivá-děného do tohoto prostoru na základě určené vzdálenosti nezi po-vrchem roztaveného kovu a zaostřovací čočkou tak, aby se vzdále-nost nezi povrche® roztaveného kovu a zaostřovací čočkou udržo-vala na přede® stanovené hodnotě.
10. 11. Způsob podle hodu 10 vyznačený-tí®, že se ozařováni provádípouze je-li povrch roztaveného kovu v přede® určené vzdálenosti i.’ od zaostřovací čočky. ř 12. Způsob podle bodu 12 vyznačený tím, že dálkoněr je unístěn v L' pouzdru a určuje vzdálenost mezi povrche® roztaveného kovu a s·· zaostřovací čočkou laseru- a inertní plyn pod tlakem se přivádíí do prostoru mezi zaostřovací čočkou a povrche® roztaveného kovu, určí se vzdálenost nezi povrche® roztaveného kovu a zaostřovacíčočkou dálkoněre® a ovládá se tlak inertního plynu přiváděného-do tohoto prostoru na základě určení vzdálenosti nezi povrche®roztaveného kovu a zaostřovací čočkou tak, aby tato vzdálenost - nezi povrche® roztaveného kovu a zaostřovací čočkou byla udržo- vaná na předen stanovené hodnotě. jdM'' * . -..«ií ΊΓ»-.11 >·Λιί^'·<·«ΐ^--'·ΚίΛϊ:ΛΜζ^λ^^ώ&amp;<«ΓΧ^1.ΛΖΛΪ^ώ5;€ϊ&amp;^
11. 13. Způsob podle bodu 12 vyznačený tím, Se se ozařováni provádípouze je-li povrch roztaveného kovu v předen stanovené vzdá-lenosti od zaostřovaci čočky. ' - ώ
12. 14. Způsob podle bodu 11 vyznačený tím, že určování složekspektra se provádí v relaci k předem stanovené oblastiplazmatu v první předem stanovené vzdálenosti od povrchu roz-taveného kovu a v druhé předem stanovené vzdálenosti od optic-ké osy laseru.
13. 15. Způsob podle bodu 14 vyznačený tím, že první předem stanovenávzdálenost je 1,5 - 0,5 mm a druhá předem stanovená vzdálenostje 2,0 - 0,5 mm.
14. 16. Způsob podle bodu 1 až 4 vyznačený- tím, že na základě složekspektra určených při operaci zjišíování se určují vrcholyspektra representované určenými složkami spektra, každémuzjištěnému vrcholu se přiřadí předem stanovená funkce, vytvo-ří se syntetizované složené: spektrum na základě předeSléoperace, porovná se syntetizované složená spektrum se spektremrepresentovaným určenými složkami spektra a vytvoří se korekč-ní signál založený na jejich rozdílu a určí se je-li korekčnísignál uvnitř předem stanovených mezí a je-li tomu tak, jesyntetizované složené spektrum representativní pro základníemisní Čáry prvků-v roztaveném-kovu,z neni-li tomu tak, modi-fikuje se funkce přiřazená ke každému-určovanému vrcholu aiterativně se opakuje toto přiřazování, porovnání a určujeaž je korekční signál uvnitř stanovených mezí.
15. 17. Způsob podle bodu 9 vyznačený tím, že se určují na základě /složek spektra určených při operaci zjišťování, vrcholy spe-Λktra representovaná určenými složkami spektra, přiřazujístanovená funkce každému určovanému vrGholU) vytvoří sesyntetizované složené spektrum založené na předchozí opera-ci, porovnává se syntetizované složené spektrum se spektremrepresentovaným určenými složkami spektra a vytvoří se ko-rekční signál založený na jejich rozdílu a určí se je-likořekční signál uvnitř stanovených mezí a je-li to tak, vy-chází syntetizované složené spektrum jako reprezentativní pro základné emisní Sáry prvků v roztaveném kovu, není-lito tak, modifikuje se funkční přiřazení každému určova-nému vrcholu a iterativně se přiřazování opakuje porovnáváa určuje, - dokud není korekční signál ve stanovených mezích “ · ··.*·---^ a ...... .- * · ·ί t i
16. 18. Způsob podle bodu 16 vyznačený-tím, že'se určí vrcholy spekt-ra representované složkami spektra určenými, při operaci- zjiěíování , ke každému·vrcholu se přiřadí stanovená funkce,vytvoříse syntetizované složené spektrum založené na před-chozí operaci, porovnává se toto syntetizované složené spek-trum -se spektrem representovaným určenými složkami spektraa vytvoří se-korekční signál, založený-na jejich rozdílu aurčí-se je-li korekční signál uvnitř stanovených mezí , a je-li to tak, vyhází syntetizované složené spektrum jakorepresentativní pro základní emisní*čáry prvků v roztavenémkovu, není-li to tak, modifikuje se funkční přiřazení každé-mu určenému vrcholu a iterativně se opakuje toto přiřazováníporovnávání a určování, dokud korekční signál není uvnitřstanovených mezí.
17. 19. Způsob podle bodu 1 vyznačený tím, že ozařovácí operacesestává z ozáření povrchu roztaveného kovu pulzujícímlaserovým paprskem majícím vlnový tvar, dobu trvání ve-likost ohniska a hustotu energie zvolenou tak, aby se odpa-řování roztaveného kovu do plazmatu vpodstatě shodovalo s tepelnou diruzní frontou vyhořenou laserovým paprskemv roztaveném kovu. I ·
18. 20. Způsob podle bodu 5 vyznačený tím, žeozařovací operacesestává*z ozáření povrchu roztaveného kovu pulzním lasero-vým paprskem majícím tvar vlny, dobu trvání, velikostohniska ahustotu energie zvolenou tak, aby se odpařováníroztaveného kovu do plazmatu vpodstatě shodovalo s tepelnoudifuzní frontou vytvořenou laserovým paprskem v roztaveném kovu.
19. 21. Zařízení pro spektrální analýzu roztaveného kovu k provádění 4 způsobu podle bodu 1 až 20 vyznačené tím, že sestává ze sondy 4 (10) opatřené pouzdrem (20) majícím otevřený konec přizpůso- ts benýk ponořování do roztaveného kovu, laseru (14) umístěného t) lv pouzdru; pro- ozařování povrchu roztaveného kovu u otevřeného | —konce pouzdra-(20) laserovým paprskem-tak, - aby se vy bořilo Λ , I plazma mající - složení reprezentující složení roztaveného kovu « .- a spektroskopických detektorů (26) / umístěných v pouzdru (20) - a opticky spojených s plazmatem, pro určování složek spektra ..........záření vysílaného plazmatem a tvořících signály odpovídající í určovaným -složkám- spektra. g ř £
20. 22. Zařízení podle bodu-21-vyznačené-tím, že laser je Q-spouštěný J laser, který vytváří pulzující laserový paprsek a spektrosko- j pické detektory obsahují první prostředky pro určování posunů j :spektrálních čar-v· záření vysílaném-plazmatem během předemstanoveného časového úseku-krátce po tom, kdy pulzující la-serový paprsek dosáhne vrcholové energie a před tím, než plazma dosáhne-tepelné rovnováhy. ‘ 23. Zařízení podle bodu - 21 vyznačené- tím, že spektroskopické detek- ltory obsahují prostředky pro určování-složek spektra v záření < í; vysílaném plazmatem během předem stanoveného časového úseku | , v období dosvitu,-během kterého je plazma v tepelné rovnováze. í
21. 24.-Zářízení-podle- bodu-22 vyznačené- tím,* že spektroskopické de- tektory sestávájí- z druhých prostředků pro určování složek - záření vy sílaného- plazmatem během předem - st anoveného druhéhočasového úseku při období dosvitu, během kterého je plazma -v tepelné- rovnováze a prvních a druhých prostředků určujícíchsložky spektra v prvním a druhém časovém úseku, pro každýpulzující laserový paprsek· vysílaný-laserem. t- 25.Zařízení podle bodu 21 nebo 23 vyznačené tím, že laserové - prostředky sestávají z Q - -laseru a zaosířovací Čočky, kterév kombinaci vysílají na povrch roztaveného kovu pulzujícílaserový paprsek mající vpodstatě trojúhelníkový tvar vlnyz dobou vzestupu 50 - ns, dobou trvání 50 až 10 ns při polo- Q O viční Šířce, hustotou energie větší než 10 W.Gm a velikostí - . . . -......... Ο ohniska na povrchu roztaveného kovu 1 až 4 um
22. 26. Zařízení podle bodu 22 nebo 24 vyznačené tím, že laserovéprostředky sestávají' ze zaostřovací čočky,které v kombinacis Q-laserem vysílá na povrch roztaveného kovu pulzujícílaserový paprsek mající; vpodstatě trojúhelníkový tvar vlnys dobou vzestupu 5 - 20 ns, dobou trvání 5 až 10 ns při po-loviční šířce, hustotě energie větší než lO^W.cm”^ a veli-kost ohniska je 1 až 3 mm na povrchu roztaveného kovu· 27· Zařízení podle bodu 22 vyznačené tím, že první časový úsekmá dobu trvání 5 až 50ns a začíná 50 až 500 ns po dosaženípulzujícího laserového paprsku vrcholu energie.
23. 28. Zařízení podle bodu 23 vyznačené tím, že druhý časový úsek r má dobu trvání 20 až 500 ns a začíná 250 ns až 5 yUS po zaháje-ní ozařování.
24. 29. Zařízení podle bodu 24 vyznačené tím, že první časový úsekmá dobu trvání 5 až 50 ns a začíná 50 až 500 ns po tom, kdy : dosáhne pulzující laserový paprsek vrchol energie.
25. 30. Zařízení podle bodu 30 vyznačené tím, že druhý časový úsekmá dobu trvání 20 až 500 ns a začíná 250 ns až 5 Jis po zahá-jení ozařování.
26. 31. Zařízení podle bodu 21 nebo 23 vyznačené tím, že dále sestává z prostředků pro přivádění inertního plynu po tlakem do prosto-ru mezi zaostřovací čočkou laseru a povrchem roztaveného kovu,dálkoměru umístěného v pouzdru aurčujícího vzdálenost mezipovrchem roztaveného kovu a zaostřovací čočkou a prostředkůpro ovládání tlaku inertního plynu přiváděného do tohotoprostoru, založeného na určování vzdálenosti mezi povrchemroztaveného kovu a zaostřovací čočkou tak, aby tato vzdálenostbyla udržovaná na předem stanovené hodnotě.
27. 32. Zařízeni podle bodu 31 vyznačené tím, že sestává z prostředkůpro uvedení laseru v činnost pouze je-li povrch roztavenéhokovu od zaostřovacfch čoček v předem stanovené vzdálenostiurčené dálkoměrem. ΐ^ΆίίΐτΙ^ί!! &amp;£&amp;$&amp;&amp;> Ssyžžíř^iíiv&amp;SťHV;
28. 33.-Zařízení podle bodu 30 vyznačené tím, že sestává z prostřed- ků pro přivádění inertního plynu pod tlakem do prostoru -mezi fczaostřovací čočkou laseru a povrchem-roztavenéhokovu, dálkoměruumístěného v pouzdru a určujícího vzdále-nostmezi povrchem -roztaveného-kovu a-zaostřovacími prostřed -ky a prostředků-pro ovládání- tlaku inertního plynu přivá-děného do tohoto prostoru na základě stanovené vzdálenostimezi povrchem roztaveného kovu a zaostřovací čočkou tak, abyse tato vzdálenost udržovala na předem stanovené hodnotě. 34.~ Způsob podle bodu 33 vyznačený tím, že sestává zkteré uvádějí v činnost laser pouze je-li povrch prostředků, roztavené- ho kovu v předem-stanovené»vzdálenosti od zaostřovací čočky.
29. 35. Způsob podle bodu 33 vyznačený tím, že spektroskopické de-tektory obsahu spektrograf a zaostřovací prostředky prozaostření světla-přiváděného do spektrografu a vytvořenéhov předem stanovené oblasti plazmatu v první předem stano-vené vzdálenosti od povrchu roztaveného kovu a druhé předemstanovené vzdálenosti od optické osy laseru.
30. 36. Zařízení podle bodu 35 vyznačené tím, že první stanovenávzdálenost je 1,5 - 0,5 mm a druhá stanovená vzdálenostje 2,0 - 0,5 mm.
31. 37. Zařízení podle bodu 21 nebo 23 vyznačené tím, že sestáváz prostředků pro zpracování- signálů vysílaných spektrogra-fickými detektory pomocí následujících funkcí, prostředkůpro detekci na základě složek spektra, určených spektrosko-pickými detektory, vrcholů spektra representovaných urče-nými- složkami spektra, prostředků pro přiřazení předem ·- stanovených funkcí každému určenému vrcholu, prostředků pro tvoření syntetizovaného složeného spektra na základě přiřa- zených funkcí, prostředků pro porovnávání syntetizovanéhosloženého spektra se spektrem reprezentovaným určenými složkami spektra a tvořících korekční signál na základě jejichrozdílu a prostředků pro určení zda korekční signál je ve .-ir-1 iu ΐχίίιΛλνίπ; <Í^í>Ái’A:s-X

    stanovených mezích a je-li, pak je syntetizované složenéspektrum reprezentativní pro základní prvky v roztavenémkovu a není-li, modifikují tyto prostředky funkční přiřa-zení ke každému určovanému vrcholu a střídavě se opakujepřiřazování, porovnávání a_ stanovení funkcí dokud korekčnísignál není v předem-stanovených mezích.
32. 38. Zařízení podle bodu 22 nebo 24 vyznačené tím, že sestává zpro středků-pro zpracování signálů vy sílaných ze spektrogra-fických detektorů prováděním následujících funkcí,-prostředkůpro zjištování vrcholů spektra reprezentovaného určenými - složkami spektra na základě složek* spektra· zjištěných spektro-skopickými detektory, prostředků pro přiřa-zení předem sta-novených funkcí každému zjištěnému vrcholu, prostředků provytváření syntetizovaného složeného spektra na základě při-řazené funkce, prostředků pro porovnávání syntetizovanéhosloženého spektra se spektrm-reprezontovaným zjištěnými slož-kami spektra a vytvoření korekčního signálu na základě je-jich rozdílu a prostředků pro stanovení je-l’i korekčnísignál v předem stanovených mezích a je-li, vydávajícíchsyntetizované složení spektrum za reprezentující emisníčáryprvků tvořících roztavený kov a není-li, modifikujícíchfunkční přiřa-zení každému zjištěnému prvku a střídavě opa-1kujících toto přiřazení, porovnávání a stanovení funkcepokud není korekční signál v předem stanovených mezích.
33. 39. Zařízení podle bodu 30 vyznačené tím, že sestává z prostřed-ků pro zpracování signálů vysílaných ze spektrografickýchdetektorů prováděném následujících funkcí, prostředků pro ** zjištování vrcholů spektra reprezentovaného určenými slož- 0" kami spektra na základě složek spektra zjištěných spektro- skopickými detektory, prostředků pro přiřazení předemstanovení-funkce každému z jištěnému vrcholu, prostředkůpro tvoření syntetizovaného složeného spektra na základěpřiřazené funkce, prostředků pro porovnávání syntetizované-ho složeného spektra se spektru reprezentovaným zjištěnýmisložkami spektra a vytvářeníčími korekční signál na základě \Λ jejich radilu a prostředků pro zjlštování zda je korekč-ní signál v předem stanovených mezích a je-li, vydáva-jící -syntetizované složené-spektrum za-reprezentujícíemisní- čáry prvků-tvořících roztavený kov a není-li -modifikujících funkční-přeřazení každému--zjištěnému vrchlou a střídavě opakujícíchpřeřazení,porovnání a -¼určení funkcí ďoka korekční signál není v předem sta-novených mezích.
34. 40. Zařízení podle bodu 33 vyznáčené tím, že dále sestává z-prostředků pro zpracování signálů vysílaných spektrogra-fickými detektory prováděním následujících funkci, prostřed-ků pro-určování vrcholů spektra reprezentovaného zjiště-nými složkami spektra na-základě složek spektra určenýchspektroskopickými-Mektory, prostředků pro přiřazování . - předem stanovených funkcí - ke každému zjištěnému vrcholu,prostředků pro vytváření syntetizovaného složeného spektrana základě přiřazené funkce, prostředků pro porovnávánísyntetizovaného složeného spektra se spektrem reprezento-vaným zjištěnými složkami spektra a vytvářejících korekčnísignál na základě jejich rozdílu a prostředků určujícíchje-li korekční signál v předem stanovených mezích a je-livydávajících syntetizované složení spektrum jako reprezentující emisní- čáry tvořících roztavený kov a není-li,mo-difikujících funkční- přiřazení každému zjištěnému vrcholua střídavě opakujících přiřazení, porovnání a stanovenífunkcí dokď* korekční signál není ve stanovených mezích.
35. 41. Zařízení podle bodu· 21 vyznačené tím, že laserové prostřed-ky sestávají- z Q-laserua zaostřovací čočky, které v kombi-naci vy síla jí-na povrch roztaveného kovu pulzující lase-®vý paprsek mající tvar vlny,-dobu trvání, velikost ohnis-ka a-hustotu energie zvolenou tak, abyse odpaření roztave-ného kovu do plazmatu vpodstatě shodovalo s tepelnou di-fusní frontou vytvořenou laserovým paprskem v ιό ztaveném kovu.
36. 43. Zařízení podle bodu 21 nebo 23 vyznačené tím, že spektro-skopické detektory obsahují prostředky pro rozdělenízáření vysílaného plazmatem na řadu spektrálních složek ‘ hradlovou soustavou fotodetekčních zachycovacích prků opticky spojených s oddělovacími prostředky pro zjišio-vání předem stanovených složek spektra a rozdělovačích pro-středků, tvořených řadou segmentových zrcadel pro selektiv-ní odraz prostorově oddělených složek spektra do zvole-ného zachycovacího prvku
37. 44. Zařízení podlebodu 22 nebo 24 vyznačené tím, že spektro-skopické detekční prostředky obsahují prostředky pro roz-dělování záření vysílaného z plazmatu na řadu složekspektra, hradlovou soustavou fotodetekčních zachycovacíchprvků opticky spojených s prostředky pro rozdělování záře-ní pro zjištování přítomnosti předem stanovených složekspektra, rozdělovačích prostředků, sestávajících z řadysegmentových zrcadel pro rozdělení spektrálních složekdo zvoleného zachycovacího prvku.
38. 45. Zařízení podle bodu 30 vyznačené tím, že spektroskopickédetekční prostředky sestávají z prostředků pro rozdělovánizáření vysílaného z^plematu na řadu pektrálních složek,soustavy-fotodetekčních zachycovacích prvků opticky spoje-ných s prostředky pro-rozdělování záření pro zjištěnípřítomnosti předem-stanovených složek spektra a rozdělo-vačích -prostředků sestávajících z řady segmentových zrca- i del pro selektivní odraz prostorově oddělených spektrálních$-···. složek do zvoleného zachycovacího prvku.
39. 46. Zařízení podle-bodu 40 vyznačené tím, že spektroskopické detekční prostředky-obsahují prostředky pro rozdělovánízáření vysílaného plazmatu na řadu pektrálních složek,hradlovou soustavou fotodetekčních zachycovacích prvkůopticky spojených s prostředky pe rozdělování zářenipro zjištění přítomnosti předem stanovených spektrálníchsložek a rozdělovačích prostředků sestávajících z řadysegmentových zrcadel pro selektivní odraz prostorověoddělených spektrálních složek do zvoleného zachycovacíhoprvku. /

    ! '.ZíyitíílLji^ž·. i' í; :3.1i VXíri?—G .-.¾

    'iýežašjs.

    47. “Zařízení podle bodu 43 vyznačené ti®, že sestává ze složených optických prostředků umístěných mezi prostředkypro rozdělování záření-a rozdělovacími prostředky obsa- ~ bujícími-řadu zrcadel, pro vícenásobnýodraz spektrálních-složek rozdělených těmito rozdělovacími prostředky, aby se takzvětšilajednakdélka dráhy těchto spektrálních složek a jednak-jejich -prostorové oddělení. - . ; _..... _ r ' ; ; _ .....- ' - -...... . - . I. -
40. 48. Zařízení-podle-bodu 44 vyznačené tím, že sestává ze sleže-ných’optických prostředků, umístěných mezi prostředky prorozdělování záření-a rozdělovacími prostředky obsahujícími ‘ I řadu zrcadel, pro-vícenásobný- odraz-spektrálních «ložekrozdělených těmito rozdělovačími prostředky, aby se takzvětšila jednak délka dráhy těchto složek a jednak jejichprostorné oddělení. .49. Zařízení podle bodu 45 vyznačené tím, že sestává ze slože-ných optických prostředků -umístěných mezi prostředky prorozděleování záření a rozdělovacími prostředky obsahující-mi řadu zrcadel pro vícenásobný odraz spektrálních složek (- rozdělených těmito rozdělovač ími prostředky, aby se tak ; zvětšila jednak délka dráhy těchto složek a jednak jejich ; a í prostorné oddělení . r 50 I i

    Zařízení podle- bodu 46 vyznačené tím, že sestává ze slože-ných optických prostředků, umístěných mezi prostředky pro rozdělování záření-a-rozdělovacími prostředky obsahujícímiřadu zrcadel- pro vícenásobný odraz spektrálních složek rozdělených těmito rozdělovacími prostředky aby se takzvětšila jednak délka dráhy těchto složek a jednak jejichprostorové oddělení. u

    patentse PRAHA