Фотоэлектрический измеритель ультрафиолетовой радиации

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а более конкретно - к переносным устройствам фотометрического контроля электромагнитного излучения в ближней области ультрафиолетового (УФ) спектра, применяемым при люминесцентной дефектоскопии, в том числе при капиллярном методе неразрушающего контроля. Целью изобретения является повышение точности измерений. Устройство дополнительно снабжено фокусирующим растром, введенным во входное окно фотоприемного устройства радиометра. Электронная схема устройства выполнена с возможностью реализации измерений различных параметров УФ-излучения: УФ-освещенности, потока излучения, яркости, а с использованием микроЭВМ - энергетической экспозиции и энергетического освечивания объекта УФ-радиацией. 1 з.п. ф-лы. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 С 01 1 04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ УНТ СССР

Н A ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф (21) 4373197/25-25 (22) 02,02.88 (46) 30.10.90.Бюл. р 40 (71) Научно-исследовательский институт интроскопии (72) Н.A.Валюс, А.А.Кеткович, Н.Ю.Г1олодкина, А. С Г1оисеев и A.Ã.Âàëîñ (53) 535., 242 (088. 8) (56) Прибор Radiometr UVX,êîä UV

250011. Проспект фирмы "Helling", ФРГ, 1981.

Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий/Под ред.

В.В.Клюева, М.: Машиностроение, 1986, т. 1, с ° 173-175. (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИЭМЕРИТЕЛЬ

УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ РАДИАЦИИ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а боИзобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к переносным устройствам фотоэлектрического контроля электромагнитного излучения в ближней области ультрафиолетового (УФ) спектра, применяемым при люминесцентной дефектоскопии, в том числе при капиллярном методе нераэрушающего контроля. .Цель, изобретения — повьппение точности измерений.

На фиг,1 представлена структурная схема фотоэлектрического измерителя

2 лее конкретно к переносным устройствам фотометрического контроля электромагнитного излучения в ближней области ультрафиолетового (УФ) спектра, применяемым при люминесцентной де— фектоскопии, в том числе при капиллярном методе неразрушающего контроля, Целью изобретения является повышение точности измерений„ Устройство дополнительно снабжено фокусирующим растром, введенным во входное окно фотоприемного устройства

М радиометра. Электронная схема устройства выполнена с возможностью реализации измерений различных параметров УФ-излучения: УФ-освешенности, потока излучения, яркости, а с исполь- 19 зованием микроЭВМ вЂ” энергетической экспозиции и энергетического освечивания объекта УФ-радиацией. С:

1 з.п.ф-лы, 6 ил.

УФ-радиации; на фиг.2 — фокусирующий растр с переменным фокусным расстоянием пример исполнения; на фиг.3 и

4 — принципиальные схемы измерения силы УФ-излучения и энергетической яркости источника излучения посредством предлагаемого измерителя; на фиг.5 и 6 — принципиальные схемы работы фокусирующего растра.

Измеритель УФ-радиации (фиг.1) состоит из двух блоков - приемника 1

УФ-излучения, представляющего собой чувствительный к УФ-лучам датчик, 1603197 и измерительного блока 2, соединен-. ных друг с другом кабелем 3. За входным окном 4 корпуса приемника устам новлен светофильтр 5, выполненный из цветного стекла типа УФС, пропускающий УФ-лучи и препятствующий прохожде нию видимого света к фотоэлементу 6, укрепленному непосредственно за светофильтром. В качестве фотоэлемента ис- 10 пользован полупроводниковый фотодиод, чувствительный к УФ-лучам.

В полости входного окна на корпусе укреплен концевой микропереключатель 7 с контактом, замыкаемым при введении в полость окна корпуса фокусирующего растра 8. В измерительном блоке установлен дифференциальный усилитель 9, цепь положительной обратной. связи которого, имеющая резис 20 тор 10, включена через микропереключатель 7., находящийся в приемнике, на дифференциальный вход усилителя.

Выход усилителя 9 подключен к входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 11, снабженного аттенюатором.

Выход АЦП соединен с дисплеем 12, в качестве которого использован жидкокристаллический четырехразрядный ин- . . дикатор, укрепленный на верхней панели корпуса этого блока. Выход АЦП также соединен с интерфейсом 13, предназначенным для подключения фотоэлектрического измерителя УФ-радиации к внешней ЗВМ. УФ-радиация излу35 чается источником 14.

Фокусирующий растр (фиг.2) состоит их двух (или более) раздвигаю.щихся вдоль оси втулок 15 и,16, прижимающих к своему основанию растровые пластины 17 и 18. Между этими пластинами установлен кольцевой пружинящий упор 19, позволяющий поддерживать заданное расстояние между пластинами при вдвижении втулок 15 и 16 одна в другую. Пружинящий упор выполнен в виде цилиндрической пружины 20. Пластина 18 имеет пазы, вырезанные по ее периметру, скользящие по направляющим (не показаны), которыми снабжена внутренняя поверхнОсть втулки 15е

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии в окне корпуса

55 приемника 1 фокусирующего растра 8, как это представлено на фиг.1, измеритель УФ-радиации работает как ..Фотометр„, -определяющий Облучен- 4, ность (энергетическую освещенность) какой-либо поверхности. УФ-излучение от источника 14 свободно проходит через окно ": 4 корпуса и, пройдя через светофильтр 5, пропускающий .

УФ-лучи и задерживающий лучи видимой части спектра, достигает светочувствительной поверхности полупроводникового фотоэлемента б, изменяя его проводимость пропорционально величине его облученности УФ-излучением.

Фотоэлемент соединен через кабель с. входом усилителя 9 измерительного блока 2. Изменение сопротивления фотоэлемента вызывает соответствующее усиление или ослабление тока на выходе усилителя, регистрируемое АЦП 11 с аттенюатором, выход которого свя— зан с четырехразрядным жидкокристаллическим индикатором 12 и интерфейсом

13. В зависимости от величины выходного сигнала усилителя аттенюатор переключает разрядность цифровых величин на табло индикатора по трем поддиапазонам, что фиксируется на панели измерительного блока световыми метками. Режим работы усилителя регулируется так, что считываемые числа на цифровом табло выражают. измеряемую облученность Е = gР/dA в единицах мкВТ/см, где Р— поток .2

УФ-излучения, А — площадь облучаемой поверхности.

При подключении измерительного устройства через интерфейс 13 к внешней микроЗВМ можно осуществлять вы-г числение интеграла от энергетической освещенности по времени в пределах регистрируемого интервала времени, что позволяет определять энергетическую экспозицию в единицах Дж/м".

В случае введения фокусирующего растра 8 во входное окно 4 приемника 1 устройство работает в другом режиме, позволяющем определять силу

УФ-излучения, представляющую отношение потока радиации к пространственному углу, в котором он распространяется, а также энергетическую ярI.ость источника излучения, В этом случае растр 8, взаимодействуя с кьнцевым микропереключателем 7, укрепленным на корпусе приемника 1, замы-. кает цепь положительной обратной связи усилителя 9, регулируемую включенным в нее резистором 10 и под ключенную к второму дифференциально» му входу усилителя 9, что позволяг

f/1+ = а а/с с (2) 50

5 160 ет производить изменение коэффициента усиления сигнала, поступающего на АЦП 11, в соответствии с размерностью измеряемой величины.

Схема измерения энергетической си"=-лы излучения УФ-источника показана на фиг.3. Источник 14 располагается в фокусе растра 8, при этом поток УФ-излучения от источника, проходящий через растр, ограничен те— лесным углом P, опирающимся на периметр входного зрачка фокусирующего растра Я, имеющего диаметр, равный 2 r. УФ-излучение ограничивается, кроме того, скважностью растра, равной отношению суммарной площади его отверстий к общей входной площади растра. Сигнал с фотоприемника 6, регистрирующего прошедшее через растр излучение, поступает на усилитель 9. коэффициент усиления которого регулируется с учетом уменьшения величины сигнала в зависимости от скважности растра и в соответствии с переводом цифрового отсчета единиц облученности в единицы силы излучения. Это позволяет считывать величину измеряемой силы I УФ-излучения с цифрового табло в эне ргетических величинах мкВт/ср.

При подключении измерительного блока 2 через интерфейс 13 к внешней ЭВИ в этом же режиме работы можно определить величину энергетического освечивания УФ-источника за определенный промежуток времени, представляющую интеграл от энергетичес. кой силы излучения по времени в пределах рассматриваемого интервала времени, имующую размерность Дж/ср.

Устройство позволяет осуществлять непосредственное измерение энергетической яркости (L = dI/dA ) УФ-источника, выражаемое в единицах

Вт/ср м, где А - площадь поверхности источника, в качестве которой в устройстве служит фокальное окно, т.е. входная апертура фокусирующего растра. Для совмещения фокального окна с излучающей поверхностью источника 14 достаточно фокус растра совместить с этой поверхностью. Для этого измерительное устройство надо

L расположить на удаление фокусного расстояния f растра от объекта. Размерность измеряемой величины энергетической яркости УФ-источника выражается в единицах Вт/ср.м .

3197 6 деиствие фокусирующего растра в данном случае пояснено фиг.4, где представлена геометрическая схема or5 раничения пучков лучей, проходящих через отверстия двухрядного фокусирующего растра К+ и R от фокуса F к светочувствительной поверхности фотогриемника РЬ. Прослеживая ход лу1О чей через два смежных отверстия двухрядного растра, сфокусированного на точку F, удаленную на расстояние f от базового растра К,. и на расстояние 1 от входного.растра К„, иэ геометрических соотношений, приведенных на фиг.4, имеем

20 Обозначая период основного растра ю а а = Р, период входного растра с с = Р и расстояние между растрами Л» = f — 1„, имеем fP+ =(f-d+)Po !

25 Отсюда фокусное расстояние растра определяется как

Если обозначить Р+/Ро то

Входная апертура растра, т.е. раз-. меры поперечного сечения окна рассеяния;растра в фокусе определяется на схеме по фиг.4 величиной nm- =F. Hs построения, приведенного на этой схеме, следует nF/cd = f/d>, откуда

1 = 2пГ = 2cd/1-ф ) .

Обозначая скважность растров величиной, т.е, Р„/cd Р /аЬ =

cd = Р+/р аЬ Р /g, имеем диа. метр фокального окна (входной апертуры) растровой системы

Полученные результаты дают возможность судить о практических воэ55 можностях использования изобретения для измерения яркости источника излучения без необходимости дополнительной установки перед ним габаритной диафрагмы.

16031

Двухрядный растр имеет помимо центрального входного окна, дополнительно боковые входные окна, которые . образуются благодаря возможности.про° хождения наклонных пучков лучей через

5 косо сдвинутые друг относительно друга отверстия входного и базового растров, например через отверстия

cd и а b и т.д. (фиг .4). Для предотвращения такой возможности пластины растра должны быть достаточно толстыми или в двухрядный растр долж.ны быть введены дополнительные растровые пластины в промежутке между входным и базовым растрами.

Работа многоплоскостного фокусирующего растра поясняется схемой на фиг.5. Иногоплоскостной растр предназначен для пропускания в фотоприем- р0 ник от источника излучения лучей, проходящих только через центральное фокальное окно, и препятствования прохождению лучей других направлений. Это достигается тем,,что растро- 25 вые пластинки располагаются на пути хода лучей от источника последовательно один за другим таким образом, что отверстия в последовательно расположенных пластинах образо- 30 ваны вокруг осей, проходящих через эти пластины от центров отверстий базовой пластины R< и направленных конвергентно на фокус F, удаленный от базовой пластины К на 35 расстояние f. Для выполнения этого условия, т.е. для обеспечения софокусного действия всех растровых пластин, требуется соблюдение соотношения 40

Й-е z

Ф где d — расстояние от пластины Rz с периодом Р до базовой пластины Ка;

z - порядковый номер пластины, считая от базовой.

Растровые пластины образуют софокусную растровую систему с фокусным расстоянием f Й /(1- pg, где а"

= .Р /P > - величина, постоянная для каждой растровой пластины.

Из этого. выражения видно, что фокусное расстояние многоплоскостного растра оказывается прямо пропорцио- . нальным величине отстояния d< растровых пластин от базовой пластины

97 8

Ъ . Изменение этих отстояний, т.е. осевое взаимное, перемещение пластин, ведет к изменению фокусного расстоя— ния растра.

Возможность изменения величины фокусного расстояния фокусирующего растра пояснена схемой на фиг.б. Фокусирующий растр, образован двумя пластинами R и R, с подобно расо положенными на них отверстиями. с отличным периодом (шагом) — на базовой нижней пластине Rä с большим периодом Р и на верхней пласти- а не R с периодом Р, В случае, когда расстояние между пластинами составляет d, пучок лучей, падающих снизу на базовую пластину, сможет свободно пройти через отверстия обеих пластин, собираясь в фокусе F находящемся на расстоянии f< от базовой пластины R . Очевидно, также свободно смогут пройти через пластины лучи и в обратном направлении.

Beличина фокусного расстояния растровой системы в этом случае опреде— ляется согласно (1) величиной

fÄ= а,/(1-Р, /Р ).

Если растровые пластины раздвинуть на расстояние d>, фокусное расстояние системы изменяется до величины Й = и /(1-Р /Р )..

Фокусное расстояние системы из двух растров изменяется пропорционально их раздвижению, следовательно, для любой пары растровых пластин, составленных из базовой пластины R с периодом Р и пластины R с периодом Р для обеспечения заданного фокусного расстояния f необходимо соблюдать величину раздвижения пластин с1 f(1 P /P ) (3)

Следовательно, для перестройки многоплоскостной растровой системы на новое фокусное расстояние, отстояние всех растровых пластин от базовой пластины должно быть изменено i пропорционально изменению фокусного расстояния растровой системы, т.е. должно быть — — — = (1-Р /Р )

Adz

Д У (4)

hf

Применение растра с большим числом пластин позволяет осуществлять более острую наводку на фокус растровой системы и создает условия лучшей

1603197 10 ный блок, соединенные между собой кабелем, причем приемник включает полупроводниковый фотоэлемент и кор5 ректирующий светофильтр, о т л и— я, ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, устройство снабжено фокусирующим растром, размещенным между светофильтром и

10 входным окном и выполненным в виде двух или более параллельных светопоглощающих пластин с регулярно расположенными одинаковыми отверстиями, образующими подобные друг

15 другу структуры, причем отверстия в пластинах расположены соосно на осях, конвергентно сходящихся в общем фокусе, при этом базовая плас— тина с наибольшим периодом Р, следо20 вания отверстий расположена перед светофильтром, а пластины с уменьшающимися периодами P размещены за базовой пластиной в направлении к входному окну на расстояниях d< от нее, определяемых из соотношения

d = f(1-Р /Р ), защиты от пропускания через растр косых лучей рассеянного излучения.

Растр с осевым раэдвижением пластин позволяет осуществлять перефокусировку растра на.различные расстояни что дает возможность проводить изме рения яркости.УФ-источника с разных расстояний.

Предлагаемый измеритель обеспечивает уменьшение влияния внешнего рассеянного излучения на результат измерений, в том числе дает воэможность измерять силу излучения каждого из нескольких источников, действующих совместно, что повышает точность измерения УФ-радиации.

Изобретение позволяет решать про лемы автоматизации люминесцентной дефектоскопии, более точно опреде- лять требуемую при нераэрушающем капиллярном методе контроля изделий оптимальную УФ-облученность, может быть использовано при дозировке

УФ-излучения в медицине и других областях науки и техники.

Фокусирующий растр с переменным фокусным расстоянием может быть применен также в рентгеновской технике и других областях„

Формула изобретения

1. Фотоэлектрический измеритель ультрафиолетовой радиации, содержащий переносной приемник УФ"излучения с входным окном и цифровой измеритель где f — фокусное расстояние растра.

З0 2., Измеритель по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью. расширения области применения, пластины установлены с возможностью перемещения вдоль оси, нормальной к плос35 кости пластин и проходящей через точки, являющиеся центрами симметрии из растровых структур.! б03197

I603I97

16031 97

Составитель А.Шеляков

Текред M,Дидык

Корректор О.Ципле Редактор А.Огар

Заказ 3377 Тираж 429 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретенййм н открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно"издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 101