Фурье спектроскопиянинг асослари

3. Qarshiliklar magazini, rеostat va potеntsiomеtrlar

Sim o’ralgan g’altak qarshiligini o’zida mujassamlantirgan etalon qarshiliklar to’plamiga qarshiliklar magazini dеyiladi. 4-rasmda tasvirlangan qarshiliklar magazini L quticha, Sh-mеtall ponachalar, P-qarshiligi juda kichik bo’lgan qalin miss plastinkalar, K-g’altaklar. Qutining qopqog’idagi bir qator plastinkalar bir-birlari bilan Sh mеtall ponachalar yordamida qutichadagi g’altak o’ramlarining uchlari plastinkalar bilan ulangan.

Agar asbob zanjirga chеtki klеmmalari bilan ulangan va plastinkalar orasidagi mеtall ponachalar olingan bo’lsa, tok birin-kеtin hamma g’altaklardan o’tadi. Plastinkalar orasiga mеtall ponachalar qo’yilgan bo’lsa, tokning ko’p qismi qalin miss plastinkalar va shtirlardan o’tib, tokning hisobga olmasa ham bo’ladigan qismigina g’altaklardan o’tadi. Dеmak, mеtall ponachalar plastinkalarni o’zaro ular ekan, lеkin qarshiliklar magazinining qarshiligi hisobga olinmaydi. Agar mеtall ponachalardan bitta yoki ikkitasi olib qo’yilsa, shularga mos kеlgan g’altaklarning qarshiligi e'tiborga olinadi.

4-rasm

Zanjirdagi tok kuchini o’zgartirish uchun rеostat dеb nom olgan qurilma qo’llaniladi. Qanday maqsadlarda qo’llanishiga qarab ularning turlari ko’p. Hozirgi vaqtda ustki qismida qo’zg’aluvchan kontakti bo’lgan rеostatlar ko’p qo’llanilmoqda. Bu rеostatlar chinni karkasdan iborat bo’lib, ustiga solishtirma qarshiligi juda katta bo’lgan mеtall sim o’ralgan. Sim usti qo’zg’aluvchan kontakt (D) siljib yuradi (5a-rasm). Rеostat D qo’zg’aluvchan kontaktga tutashtirilgan «a» klеmmasi hamda «в» klеmma orqali tok zanjiriga ulanadi. Agar rеostatning «a» va «S» klеmmalari tok manbaiga ulangan bo’lsa, u potеntsiomеtr dеyiladi (5b-rasm).

5. a-rasm

5. b-rasm

6-LABORATORIYA ISHI.


ИНФРАҚИЗИЛ ФУРЬЕ СПЕКТРОМЕТРНИНГ ИШЛАШ ПРИНЦИПИНИ ЎРГАНИШ
Спектр қайд қилишнинг ананавий усулларини энг катта камчиликларидан бири уларга хос бўлган сусткорликдир (сусткашликдир). Бу усулларда спектр, нуқта кетидан нуқта кетма-кетликда ёзиб олинади. Бунинг учун спектрометр, спектрнинг бир чеккасига тўғрилаб қўйилади ва кейин тадқиқ қилинаётган оралиқда частотани узлуксиз ўзгартириш орқали детекторнинг кучайтирилган сигнали, яъни спектр ёзиб олинади. Агар, битта-иккита чизиқдан иборат бўлган спектрни тасаввур қилсак бу усул унумдорлигининг камчилиги янаям яққол кўринади. Бу чизиқларни топиш учун спектрнинг бир чеккасидан бошлаб иккинчи четигача албатта ўтиш керак ва бундай ҳолда асосий вақт ўзиёзар асбоб томонидан шовқин ёзиш учун кетади. Ҳозир эса Фурье спектроскопия усули ёрдамида микротўлқин, радиочастота ва инфрақизил соҳаларнинг спектрларини ҳам бир лаҳзада ёзиб олиш мумкин.

1-расм. Синусоидал тўлқинларни қўшиш. а ва в графикларда частоталари бўйича фарқи кам, амплитудалари тенг бўлган иккита тўлқин, б ва г графикларда эса мос равишда уларнинг йиғиндиси тасвирланган, д графикда эса ҳар хил частоталарга эга бўлган бешта синусоидал тўлқиннинг йиғиндиси келтирилган.

Юқорида келтирилган 1.д-расмда частотаси бўйича бир-биридан кам фарқ қилувчи бешта синусоидал тўлқиннинг қўшилишидан ҳосил бўлган эгрилик келтирилган. Эгриликдан, уни ташкил этган ҳар бир тўлқиннинг частотасини ва нисбий амплитудасини аниқлаш учун, эгриликнинг турли хил вақтларда ўлчанган ўнта қийматини билиш ва бунга мос равишда ўнта тенгламадан иборат системани ечиш керак. Лекин ихтиёрий кўринишдаги даврий функциядан уни ташкил этувчи частоталарни ажратишнинг мутлақо универсал (умумий) ва оддий усули мавжуд. Бу математик амалиёт (процедура) уни 19-асрнинг бошида таклиф қилган француз математиги Жан Батист Фурье номи билан Фурье алмаштириш деб аталади. Ушбу мустақил ишнинг мақсади учун бу процедурани икир-чикирларигача билишнинг зарурати йўқ. У, тадқиқ қилинаётган мураккаб даврий функцияни интеграллашга асосланган ва бу иш шахсий компьютер ёрдамида бажарилиши мумкин. Бу алмаштириш қандай бажарилишини тасаввур қилиш учун, детекторнинг чиқиш сигнали 1.б-расмда тасвирланган кўринишга эга бўлсин деб фараз қилайлик. Детекторга уланган компьютер ҳар бир миллисекундда чиқиш сигналининг қийматини ўзининг хотирасига юбориши мумкин. Бутун эгри чизиқни ёзиш учун 2000 та сигнални хотирада сақлаш талаб қилинса, бунга бор йўғи икки секунд вақт кетади холос. Шундан сўнг компьютер хотирасида сақланаётган маълумотларга Фурье алмаштириш усулини қўллайди, бу ҳам яна бир секунд вақт олсин. Бу вақтнинг тугаши билан компьютер экранида мураккаб сигнални ташкил этувчи синусоидал тўлқинларнинг частотаси ва интенсивлигига тегишли қийматлар пайдо бўлади. Одатда шундай қилинадики компьютер экранида 1.а-расмдагидай кўринишга эга бўлган, яъни гармоник тебранишларнинг ўзи чизилган график эмас, балки мураккаб даврий сигналнинг спектри кўринади. Биз қараётган мисолда баландликлари тенг бўлган ва частоталар шкаласининг тегишли жойларига жойлашган иккита тор чизиқдан иборат спектр кўринади. 1.б-расмда келтирилган мураккаб тўлқинни Фурье алмаштириш орқали олинган шундай спектри 2.б-расмда келтирилган. Демак, Фурье алмаштириш вақт бўйича ёйилган спектрни (2.а-расм) частота бўйича ёйилган спектрга (2.б-расм) айлантиради. Шундай қилиб, баён қилинган жараён бир неча секунд вақт олади холос, бунинг устига детектор спектрнинг ҳамма частоталари тўғрисида бир вақтда маълумот беради, компьютер эса уни одатдаги спектр кўринишига айлантиради. Айнан шунинг учун Фурье спектроскопия спектрал маълумотлар олиш жараёнини 10-1000 баравар тезлаштиради.

2-расм. Иккита синусоидал тўлқин йиғиндисини (а) унинг частота бўйича ёйилган спектрига (б) ўзгартириш учун Фурье алмаштириш амалиётининг қўлланилиши.

3-расм. Частота бўйича ёйилган кенг спектрал чизиқнинг шакли (а), тақрибий гистограммаси (б) ва унинг Фурье алмаштиришдан кейинги кўриниши (в).

3.б-расмда қандай қилиб бу тўпламни синусоидал тўлқинларнинг йиғиндиси кўринишида тақдим қилиш кўрсатилган. Бу расмдаги ҳар бир тўғри тўртбурчакнинг юзаси унинг асосини ўртасига тўғри келувчи частотада нур чиқараётган молекулаларнинг сонига пропорционал бўлади. Тўпламнинг максимумига тўғри келувчи частотали нур чиқарувчи молекулалар сони энг кўп ва нурланиш частотаси дан қанча кўп фарқ қилса, бу частоталарда нур чиқарувчи молекулалар сони шунча кам бўлади. Агар биз, шундай пакет томонидан чиқарилаётган нурланишнинг сигнали вақт бўйича қандай кўринишга эга эканлигини билмоқчи бўлсак ва бунга етарли вақтимиз бўлса, бу ҳолда, 3.б-расмдаги ҳар бир частота учун, амплитудаси шу частотада нур чиқараётган молекулалар сонига пропорционал бўлган ўзининг синусоидал тўлқинини чизиш керак, кейин эса бу тўлқинларнинг ҳаммасини қўшиш керак. Лекин бусиз ҳам, қўйилган вазифани бажариш мумкин, чунки Фурье алмаштириш қайтар хоссага эга, у қандай қилиб вақт бўйича ёйилган сигнални частота бўйича ёйилган сигналга айлантирган бўлса, худди шундай муваффақият билан бунинг тескарисини ҳам бажаради. Агар, 3.а-расмда келтирилган частота бўйича ёйилган спектрни компьютерга киритиб у билан Фурье алмаштириш амалини бажарсак унинг натижаси худди синусоидал тўлқинларни қўшганда олинган натижадай бўлади. Вақт бўйича олинган тегишли сигнал 3.в-расмда келтирилган.

Ундан кўриниб турибдики, агар детекторга битта спектр чизиққа эга бўлган нурланиш тушаётган бўлса, ундан чиқувчи сигнал, амплитудаси нолгача бир текис камайиб борадиган вақт бўйича тебранувчи функция кўринишида бўлади. Тебранишлар, частоталари бир-бирига жуда яқин бўлган синусоидал тўлқинларнинг қўшилишидан ҳосил бўлган системанинг биениясини (юрак тепишларини) ифодалайди. Сигнал амплитудасининг камайишини эса қуйидагича тушунтириш мумкин; Агар, аввал бошда тўпламга (пакетга) кирувчи ҳамма тўлқинлар бир хил фазада бўлса, етарли вақт ўтгандан кейин улар, частоталаридаги фарқ ҳисобига «тарқалиб» кетади. Ўртача ҳисобда (тақрибан) уларнинг ярмини амплитудаси мусбат, қолган ярминики манфий ва уларни қўшгандаги амплитуда эса нолга тенг бўлади. Бу натижани тушуниш учун бошқача йўсинда ҳам муҳокама юритиш мумкин; частоталари бир-бирига чексиз яқин бўлган иккита тўлқин аввал бошда бир хил фазада бўлса, чексиз катта вақт ўтгандан кейингина улар яна бир хил фазага эга бўлиши мумкин, бу эса улар ҳеч қачон бир хил фазага эга бўла олмайди деганидир. 3.а-расмда келтирилган тақсимланиш бир-бирига чексиз яқин бўлган кўп частоталарни ўз ичига олади ва шунинг учун ҳам бир неча тебранишдан сўнг ҳеч қандай алоҳида тўлқинлар бир хил фазага тушмайди. Агар, спектр полосаси чексиз катта, яъни чексиз сондаги бир-бирига чексиз яқин қўшнилардан иборат бўлса эди, бошланғич пайтдан бошлаб ҳеч қайси алоҳида тўлқинлар ҳеч қачон бир хил фазага тушмас эди. Бундай «оқ» манбанинг Фурье алмаштиришдан кейинги кўриниши ҳеч қандай биенияга эга бўлмаган бир текисда пасаювчи сигналдан иборат бўларди.

4-расм. Вақт бўйича ажратилган сигнал шаклининг спектр чизиқларининг кенглиги ва частотасига боғлиқ равишда ўзгариши.