Устройство для измерения спектральной чувствительности приемников излучения

 

Изобретение относится к энергетической спек рофотометрии и может быть применено в качестве средства измерения спектральной чувствительности приемников излучения. Целью изобретения является повышение точности и упрощение конструкции . Излучение от источника 1 пррходит первую фокусирующую систему 6, монохроматор 3, вторую фокусирующую систему 11, коммутатор 7 и регистрируется исследуемым приемником 8. В другом положении коммутатора 7 излучение от источника 1 проходит указанный путь, отражается от зеркала 13, опять поступает на коммутатор 7 и в обратном ходе лучей проходит систему 11, монохроматор 3 и систему 6. При этом регистрация ведется с помощью опорного приемника 12. В третьем положении коммутатора 7 излучение от эталонного источника 9 проходит коммутатор 7, систему 11, монохроматор 3, систему 6 и регистрируется опорным приемником 12. Устройство позволяет полностью исключить погрешность, связанную с влиянием атмосферы. 1 з.п. флы, 3 ил. СП с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕспуБлик (5!)5 G 01 J 1/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В б

К АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (21) 4657244/25 (22) 02.03.89 (46) 15.06.91. Бюл. М 22 (72) Ю.Н.Долганин и А.Г.Тулубенский (53) 535.853 (088,8) (56) Эпштейн М.И. Измерения оптического излучения в электронике. M., Энергия, 1975, с, 184.

Авторское свидетельство СССР

М 1314237, кл. G 01 J 1/10, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СПЕКТРАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ

ПРИЕМНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к энергетической спектрофотометрии и может быть при-. менено в качестве средства измерения спектральной чувствительности приемников излучения. Целью изобретения является повышение точности и упрощение конст„„5U„„1656339 А1 рукции. Излучение от источника 1 пррходит первую фокусирующую систему 6, монохроматор 3, вторую фокусирующую систему 11, коммутатор 7 и регистрируется исследуе мым приемником 8. В другом положении коммутатора 7 излучение от источника 1 проходит указанный путь, отражается от зеркала 13, опять поступает на коммутатор

7 и в обратном ходе лучей проходит систему

11, монохроматор 3 и систему 6. При этом регистрация ведется с помощью опорного приемника 12. В третьем положении коммутатора 7 излучение от эталонного источника

9 проходит коммутатор 7, систему 11, монохроматор 3, систему 6 и регистрируется опорным приемником 12. Устройство позволяет полностью исключить погрешность, связанную с влиянием атмосферы. 1 з.п. ф-

llbl, 3 Pill.

1656339

Изобретение относится к энергетической спектрофотометрии и может быть применено в качестве средства измерения спектральной чувствительности приемников излучения в широкой области спектра.

Цель изобретения — повышение точности и упрощение конструкции.

На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства для измерения спектральной чувствительности приемников излучения; на фиг.2 — схема обработки измеряемых сигналов; на фиг.3 — дисковый модулятор.

Устройство содержит последовательно расположенные источник 1 излучения с выходной диафрагмой 2, монохроматор 3 с входной и. выходной щелями 4 и 5, первую фокусирующую систему 6, оптический коммутатор 7, исследуемый приемник 8 излучения, эталонный источник 9 излучения с выходной диафрагмой 10, вторую фокусирующую систему 11, опорный приемник 12 излучения, первое плоское зеркало 13 и второе плоское зеркало 14, Опорный приемник

12 излучения и исследуемый приемник 8 излучения электрически соединены с блоком 15 обработки измеряемых сигналов, Первая фокусирующая система 6 содержит плоское зеркало, грань которого пересекает оптическую ось перпендикулярно входной щели 4 монохроматора 5. Излучение источника 1 излучения, отражаясь от плоского зеркала и фокусируясь сферическим зеркалом, попадает на входную щель

4 монохроматора 3. Излучение, исходящее из входной щели 4 монохроматора 3, фокусируясь сферическим зеркалом, проходит мимо плоского зеркала и попадает на чувствительную поверхность опорного приемника 12 излучения. В. плоскости, оптически сопряженной с выходной щелью 5 монохроматора 3, установлено первое плоское зеркало 13, а в оптической ветви эталонного источника излучения 9 — второе плоское зеркало 14.

Блок 15 содержит последовательно соединенные (фиг.2) усилитель 16 переменноготока, синхронный детектор 17, связанный с датчиком 18 фазы, расположенный на зеркальном модуляторе 7, Синхронный детектор 17 последовательно соединен с первым измерителем 19 отношения и вторым измерителем 20 отношения, другой вход которого соединен через усилитель 21 с исследуемым приемником 8 излучения, Выход второго измерителя 20 отношений является выходом блока 15 обработки сигналов, В коммутаторе 7 (фиг.3) период Т содержит три зеркальных сектора 22, 23 и 24 с угловым размером Т З, каждый из которых

55 наклонен к оси вращения коммутатора 7 на углы p>., pz и у>з соответственно, которые выби аются иэ условия

2 р — р2 = а2, (1) где ai и а2 (фиг,1)-углы между нормалями к чувствительной площадке исследуемого приемника 8 излучения и к первому зеркалу

13 и нормалями к первому плоскому зеркалу

13 и к выходной диафрагме 10 эталонного источника 9 излучения соответственно, Коммутатор 7. может быть выполнен также в виде плоского зеркала, установленного на поворотной платформе.

Устройство работает следующим образом.

Коммутатор 7 последовательно визирует чувствительную поверхность исследуемого приемника 8 излучения, первое плоское зеркало 13 и выходную диафрагму

10 эталонного источника 9 излучения.

В первую треть периода работы коммутатора 7 излучение источника 1 излучения с помощью первой фокусирующей системы 6 отклоняется плоским зеркалом и поступает нэ входную щель 4 монохроматорэ 3. С выхода монохроматора 3 излучение при помощи второй фокусирующей системы 11 и коммутатора 7 попадает на исследуемый приемник 8 излучения. При этом сигнал с исследуемого приемника 8 излучения равен

Опр (Л} = Snp (Л) К1 Апр L1 (Л) A (Л) г м (Л) <2 (Л} Х хр7(л) г (л)лл, (2) где Япр(Л) — абсолютная спектральная чувствительность исследуемого приемника 8 излучения;

Ф

Апр — площадь чувствительной площадки исследуемого приемника 9 излучения;

Lq(1) — спектральная плотность излучения источника 1 излучения; х1 (Л), тг(Л) — спектральные коэффициен- . ты пропускания первой и второй фокусирующих систем 6 и 11 соответственно;

К1 — коэффициент, учитывающий геометрические свойства устройства;

t (Л) — спектральный коэффициент пропускания монохроматора 3; рз (Л) — спектральный коэффициент отражения граней коммутатора 7; та (Л) — спектральный коэффициент пропускания атмосферы;

Л(Л) — выделяемый спектральный интервал монохроматора 3.

В следующую часть периода работы коммутатора 7 излучение от источника 1 и излучения через первую фокусирующую систему 6, монохромэтор 3, вторую фокусирующую систему 11 и грань коммутатора 7 собирается на первом зеркале 13. отража1656339 ясь от которого оно через коммутатор 7 и вторую фокусирующую систему 11 попадает в выходную щель 5 монохроматора 3.

Монохроматор 3 в этом случае работает в обратном ходе лучей и выполняет функции спектрорадиометра прототипа.

Излучение, исходящее из входной щели

4 монохроматора 3, после фокусировки Ilpoходит мимо плоского зеркала и собирается на опорном приемнике 12 излучения. Первая фокусирующая система 6 позволяет одновременно посылать излучение источника

1 излучения во входную щель 4 монохроматора 3 и излучение, исходящее из входной щели 4 на опорный приемник 12 излучения за счет виньетирования излучения, что уменьшает облученность опорного и исследуемого приемников 12 и 8 в 2 раза.

Однако зто уменьшение облученности приемников излучения не приводит к снижению точности измерения, так как режим работы приемников излучения остается оптимальным (измерения проводятся при отношении сигнал/шум более 100).

Монохроматор 3 имеет s прямом и в обратном ходе лучей одинаковый спектральный коэффициент пропускания, поэто- му сигнал от источника 1 излучения, снимаемый с опорного приемника 12 излучения может быть записан в виае

Оо, (Л) = Я„(Л) к2 A L, (Л) g (Л) т2 (Л) g (Л) х р (Л) р13(Л) Й (A) ЛЛ, (3) где Яоо(Л) — абсолютная спектральная чувствительность опорного приемника 12 излучения;.

Аоп — площадь чувствительной площадки опорного приемника 12 излучения; риаз (Л) — спектральный коэффициент отражения первого плоского зеркала 13;

Кг — геометрический коэффициент устройства при проходе излучения от источника 1 излучения до опорного приемника 12 излучения.

B третьей фазе периода работы коммутатора 7 излучение эталонного источника 9 излучения, отражаясь от второго плоского зеркала 14.и грани коммутатора 7, собирается второй фокусирующей системой 11 в выходной щели 5 монохроматора 3. Далее монохроматическое излучение, выходящее из щели 4, первой фокусирующей системой

6 собирается на опорном приемнике 12 излучения. При этом монохроматор 3 работает также в обратном ходе лучей. Сигнал с этого приемника излучения определяется выражением о.. (Л} =Ы(Л}5.. (Л) Кз А,.р(Л}р(Л} х е (Л) тм (Л} А (Л) гз (Л) ЛЛ, (4) 55

М (Л) = . (6) и (Л) а спектральная чувствительность исследуемого приемника излучения определяется вйражением где L2(k) — спектральная яркость излучения эталонного источника 9 излучения; р14 (Л) — спектраль ный коэффициент отражения второго плоского зеркала 14;

5 Кз — геометрический коэффициент устройства при распространении излучения от эталонного источника 9 излучения до опорного приемника 12 излучения.

Учитывая идентичность технологии из10 готовления первого и второго плоских зеркал 13 и 14 (р1з(Л) =р14(Л)), равенство оптических путей (2-4), (12-4) и (5-8), (5-13), (5-9), соответственно, что ведет при всех измерениях к одинаковому коэффициенту

15 пропускания атмосферы r,(Л), условие

Ps =, — (где j4 и j3

/ 11 второй фокусирующих систем 6 и 11 соответственно), принимая во внимание, что апертуры всех оптических элементов (первой и второй фокусирующих систем 6 и 11 и монохроматора 3) согласованы, и используя соотношения (2)-(4), можно записать

lg) 0 А 0о (Л) lgl 2 1 0ол (Л) й)ос Апр ЛЛ где иаэс — входной апертурный угол устройства.

Определение коэффициентов К1, Кр и Кз

3р устройства производят по известным метах дикам энергетических расчетов оптических систем.

Сигналы Uo,s (Л) и <ол (Л) опорного приемника 12 излучения, предварительно уси35 ленные усигителем 16 переменного тока (фиг.2), подаются на измерительный вход синхронного детектора 17. В качестве опорных используются сигналы, синфазные с измеряемыми, поступающими от датчика 18

40 фазы, расположенного на коммутаторе 7.С выхода синхронного детектора 17 сигналы поступают на соответствующие входы измерителя 19 отношения, где происходит их деление, Сигнал, пропорциональный ре45 Я Л зультату деления (, ), подается на ио. (Л) первый вход второго измерителя 20 отношений, на другой вход которого поступает уси5р ленный в усилителе 21 сигнал аппп(Л) исследуемого приемника 8 излучения 8. В результате фиксируется измеряемая величина

1б56339

Зпл () (7) ° Изобретение позволяет измерять абсолютную спектральную чувствительность приемников излучения. При этом полностью исключается погрешность, связанная с влиянием атмосферы на результаты измерений, так как обеспечивается равенство оптических путей от выходной диафрагмы источника излучения и чувствительной площадки опорного приемника излучения до входной щели монохроматора и от выходной щели монохроматора до чувствительной площадки исследуемого приемника излучения, первого плоского зеркала и выходной диафрагмы эталонного источника излучения.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения спектральной чувствительности приемников излучения, содержащее оптически связанные источник излучения с выходной диафрагмой, первую фэкусирующую систему, монохроматор с входной и выходной щелями, вторую фокусирующую систему, оптический коммутатор, исследуемый приемник излучения и эталонный источник излучения с выходной диафрагмой, а также опорный приемник излучения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и упрощения конструкции, оно дополнительно содержит первое и второе плоские зеркала, первое плоское зеркало оптически связано через оптический коммутатор и вторую фокусирующую систему с, Bûõoäíoé щелью монохроматора и размещено так, что его рабочая поверхность перпендикулярна оптической оси и оптически сопряжена с выходной щелью. монохроматора, второе плоское зеркало размещено по ходу излучения между эталонным источником излучения и оптическим коммутатором, опорный

5 приемник излучения через первую фокусирующую систему оптически связан с входной щелью монохроматора, первая фокусирующая система выполнена так, что одновременно оптически связаны с входной

10 щелью монохроматора источник излучения и опорный приемник излучения, а оптический коммутатор выполнен так, что nooseредно оптически связаны с выходной щелью монохроматора исследуемый приемник из15 лучения, первое плоское зеркало и выходная диафрагма эталонного источника излучения, при этом оптические пути от выходной диафрагмы источника излучения и чувствительной поверхности опорного при20 емника излучения до входной щели монохроматора и от выходной щели монохроматора до чувствительной поверхности исследуемого приемника излучения, рабочей поверхности первого плоского зер25 кала и выходной диафрагмы эталонного источника излучения соответственно равны.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что оптический коммутатор выполнен в виде дискового модулятора, угловой периЬд

30 которого разделен на три равных зеркальных сектора, каждый из которых наклонен на угол относительно оси вращения дискового модулятора, обеспечивающий поочередную оптическую связь с выходной щелью

35 монохроматора чувствительной поверхности исследуемого приемника излучения, первого плоского зеркала и выходной диафрагмы эталонного источника излучения, 1656339

В-о

Составитель С, Иванов

Редактор М, Келемеш Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т. Палий

Заказ 2045 Тираж 338 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101