Криогенный источник излучения

Авторы патента:

G01J1/08 - источники света, специально предназначенные для фотометрии

Изобретение относится к исследованию инфракрасного и субмиллиметрового излучения . Цель изобретения - расширение частотного диапазона и увеличение времени непрерывной работы криогенного источниИзобретение относится к исследованию электромагнитного излучения инфракрасного и субмиллиметрового диапазонов длин волн. Известны криогенные источники с резистивно нагреваемыми элементами, изготовляемыми из материала с большой излучательной способностью. Наиболее близким к предлагаемому является криогенный источник, содержащий резистивный излучатель, представляющий собой пластинку, вырезанную из угольного резистора и приклеенную лаком СЕ7031 на внутреннюю поверхность медной камеры, ка. Сущность: источник содержит находящуюся в тепловом контакте с криоагентом камеру с выходным отверстием и резистивный излучатель с установленным на нем микротермометром сопротивления. Излучатель вьСпслнен в виде прозрачной диэлектрической пластинки с металлической пленкой на одной стороне. Пленка в плане имеет вид плотно уложенной змейкой ленты. К ее концам термокомпрессией или ультразвуковой сваркой присоединены проволоки для связи с генератором напряжения. Микротермометр приклеен к пленке в точке, равноудаленной от краев излучателя и концов ленты Механическая подвеска излучателя и его тепловая связь с камерой обеспечены посредством тоководов пленки и микротермометра . К выходному отверстию излучатель обращен непокрытой плоскостью пластинки . Камера может иметь изнутри вид полусферы с зеркальной поверхностью и выходным отверстием на сферической части поверхности 1 з.п. ф-лы, 2 ил. которая находится в теплов ом контакте с дном гелиевого резервуара криостата. Для измерения температуры рабочей поверхности излучателя к ней приклеен тем же лаком небольшой терморезистор. Сравнительно малая постоянная времени (0,3 с) позволяет получить поток излучения, изменяемый с частотой 1,3 Гц, путем подачи синусоидальной составляющей напряжения на излучатель и исключить проблему ожидаемого модулятора. Недостатком данных источников является низкая эффективность модуляции излучения без использования специальных ио С 4 СЛ СЛ О О Ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (si)s G 01 J 1/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4641244/25 (22) 20.01.89 (46) 15.08.92. Бюл. М 30 (71) Всесо}озный научный центр "Государетвенный оптический институт им. C. И. Вавилова (72) E. Н. Лавренова, B. Г, Маляров и Н. А. Перова (56) Коноводченко В, А. и др. Сверхпроводниковые приемники излучения, работающие в области температур ниже 1К. вЂ” В сб.:

Тепловые приемники излучения, Л.: ОНТИ

ГОИ, 1983, с. 11.

Rev. Sci, Instrum,, 1977, ч. 48, hL б, р.

700. (54) КРИОГЕННЫЙ ИСТОЧНИК ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к исследованию инфракрасного и субмиллиметрового излучения. Цель изобретения вЂ” расширение частотного диапазона и увеличение времени непрерывной работы криогенного источниИзобретение относится к исследованию электромагнитного излучения инфракрасного и субмиллиметрового диапазонов длин волн.

Известны криогенные источники с резистивно нагреваемыми элементами, изготовляемыми из материала с большой иэлучательной способностью.

Наиболее близким к предлагаемому яв- ляется криогеяный источник, содержащий резистивный излучатель, представляющий собой пластинку, вырезанную из угольного резистора и приклеенную лаком СЕ7031 на внутреннюю поверхность медной камеры, ка. Сущность; источник содержит находящуюся в тепловом контакте с криоагентом камеру с выходн ым отверстием и резистивный излучатель с установленным на нем микротермометром сопротивления. Излучатель вь(полнен в виде прозрачной диэлектрической пластинки с металлической пленкой на одной стороне. Пленка в плане имеет вид плотно уложенной змейкой ленты. К ее концам термокомпрессией или ультразвуковой сваркой присоединены проволоки для связи с генератором напряжения. Микротермометр приклеен к пленке в точке, равноудаленной от краев излучателя и концов ленты, Механическая подвеска излучателя и его тепловая связь с камерой обеспечены посредством тоководов пленки и микротермометра. К выходному отверстию излучатель обращен непокрытой плоскостью пластинки. Камера может иметь изнутри вид полусферы с зеркальной поверхностью и выходным отверстйем на сферической части поверхности. 1 э.п. ф-лы, 2 ил. которая находится в тейловом "контакте с дном гелиевого резервуара криостата.

Для измерения температуры рабочей поверхности излучателя к ней приклеен тем же лаком небольшой терморезистор. Сравнительно малая постоянная времени (0,3 с) позволяет получить поток излучения, изменяемый с частотой 1,3 Гц, путем подачи синусоидальной составляющей напряжения на излучатель и исключить проблему ожидаемого модулятора.

Недостатком данных источников является низкая эффективность модуляции излучения без использования специальных

1755062

55 модуляторов, размещаемых вблизи источника.

Однако теплоемкость излучателя этого источника недостаточно мала, а приведенное значение постоянной времени получено главным образом за счет хорошей тепловой связи излучателя с криоагентом, определяемой в основном тонкой и большой площади прослойкой лака с высокой теплопроводностью. Значительная величина тепловой связи, в свою очередь, требует рассеяния больших электрических мощностей в излучателе, если по условиям полученйя нужных лучистых потоков необходимо заметное превышение температуры его рабочей поверхности над температурой криоагента. Рассеяние больших джоулевых мощностей в конечном счете приводит к снижению ресурса криостата, а также к установлению тепловых связей между источником и испытуемым приемником через вариации температуры криогенной жидкости.

Цель изобретения вЂ” расширение частотного диапазона и увеличение времени непрерывной работы путем уменьшения тепловой нагрузки на криоагент.

Цель достигается тем, что в источнике, содержащем резистивный излучатель с установленным на нем термометром coripoтивления, расположенный в камере с выходным отверстием и имеющий тепловую связь с камерой, которая находится в тепловом контакте с криоагентом, излучатель выполнен в виде прозрачной диэлектрической пластинки с расположенной на одной из сторон. металлической пленкой, представляющей собой s плане плотно уложенную змейкой ленту, к концам которой присоеди.нены электрически связанные с генерато: ром напряжения проволоки, микротермометр с проволочными токовыводами присоединен к пленке в точке, равно удаленной от краев излучателя и концов ленты, а токовыводы пленки и микротермометра имеют тепловую связь с камерой, причем к выходному отверстию камеры излучатель обращен непокрытой стороной пластинки, Для увеличения эффективности преобразования электрической мощности в направленный лучистый поток камера источника изнутри может иметь вид полусферы с зеркальной поверхностью и выходным отверстием на сферической части поверхности, Кроме того, с целью расширения функциональных возможностей путем использования источника в качестве диафрагмы в оптической схеме приемного устройства излучатель может быть выполнен в виде кольца, а камера вЂ” с вторым отверстием, противоположным выходному.

На фиг. 1, 2 изображена конструкция криогенного источника.

Излучатель представляет собой тонкую (0,03 мм) сапфировую пластинку 1 с напыленной на одну из плоских поверхностей танталовой пленкой 2.. В данном варианте излучатель имеет форму круглого (P 2 мм) диска, так как она дает наибольшую эффективность использования площади излучателя; если только нет необходимости иметь выходное отверстие источника специальной конфигурации. Но ограничений на форму излучателя нет и он мог быть квадратным, прямоугольным и т.д, Путем лазерного скрайбирования пленке придан в плане вид ленты, плотно уложенной змейкой. На концах ленты непосредственно к пленке методом ультразвуковой сварки присоединены алюминиевые проволочные контакты 3 диаметром

0,03 мм.

В центре диска излучателя к пленке приклеен германиевый микрокристалл 4 (0,4 х 0,15 х 0,155 мм) с почти экспоненциальной температурной зависимостью со= противления при глубоком охлаждении. Для соединения микрокристалла с пленкой использована прослойка клея БФ2 толщиной менее 1мкм.

К позолоченным торцам кристалла методом термокомпрессии присоединены проволочные контакты 5, Противоположные концы проволочных контактов 5 и 3 присоединены к металлизированным поверхностям кварцевых пластинок 6, которые напаяны на поверхность медной камеры, находящиеся в хорошем контакте с дном резервуара криостата (на фиг. 1, 2 не показаны), К кварцевым пластинкам присоединены также провода 7, соединяющие пленку и термометр соответственно с генератором напряжения и измерительной схемой. Кварцевые пластинки играют роль теплового шунта и электроизолятора, С помощью контактов 5 и 3, с подобранными диаметром, материалом и длиной осуществлена требуемая тепловая связь излучателя с камерой и его механическая подвеска непокрытой стороной пластинки к выходному отверстию.

Действует исто . ник следующим образом.

В исходном состоянии излучатель охлажден до температуры криоагента. Если посредством проволочных контактов 3 подать на пленку 2 постоянное напряжение, то излучатель начнет разогреваться и через некоторое время его температура примет новое установившееся значение. Оно зависит

1755062,от соотношения величин выделяемой в пленке джоулевой мощности, мощности излучаемой согласно закону Стефана-Больцмана и теплопроводности контактов 5 и 3.

При условии независимости от длины волны 5 излучательной способности, установившаяся температура излучения, а она фиксируется термометром 4, будет определять полную мощность излучения источника и его спект, ральный состав. Поскольку речь идет о кри- 10 огенных температурах, то по закону Вина максимум спектральной кривой излучения . будет приходиться на дальнюю инфракрасную или субмиллиметровую область. Для . -. установления температуры 10 К на излуча- 15 теле должна выделяться электрическая мощность около 9 мкВт, для чего на пленку нужно подать напряжение 0,15 В. Таким.:.; образом, выбором величины постоянного напряжения на пленке можно получить по- 20 стоянный поток излучения желаемой плотности, а подавая на пленку еще и переменную составляющую напряжения .нужной частоты вЂ” модулированный поток. излучения. Расчетная постоянная времени 25 источника находится в зависимости от рабочей температуры в пределах 5 вЂ” 8 мс, т.е. частота модуляции s данном примере без заметных потерь может доходить до 30 Гц.

При реализации криогенного. источника 30 могут быть использованы пластинки из сапфира, кварца, алмаза и других прозрачных диэлектриков, имеющих высокую теплопроводность и низкую теплоемкость при глубоком охлаждении. Микротермометр и пленка 35 также могут быть выполнены из других материалов. Для присоединения тоководов в зависимости от материалов можно воспользоваться либо термокомпрессией, либо ультразвуковой сваркой. Для более эффективного преобразования электрической мощности в направленный лучистый поток камера источника может иметь зеркальные внутренние поверхности сферической формы с выходным отверст««ем, располо>«;енным на сферической части поверхности. .. Формула изобретения

1. Криогенный источник излучения, содержащий находящуюся в тепловом контакте с криоагентом камеру с выходным отверстием и резистивный излучатель с нагревателем и термометром, расположенный в камере в тепловом контакте с ней, о т л ич а «о шийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона и увеличения времени непрерывной работы эа счетуменьшения тепловой нагрузки на криоагент, излучатель выполнен в виде прозрачной диэлектрической пластинки, а нагреватель размещен на противоположной выходному отверстию камере стороне пластинки и выполнен в виде эизгазообразной ленты иэ металлической пленки, покрывающей поверхность пластинки, к концам ленты присоединены проволочные контакты, а термометр, также с проволочными контактами; присоединен к пленке в точке, равноудаленной от краев излучателя и концов ленты, при этом тепловой контакт с камерой осуществлен через проволочные контакты ленты и термометра, 2. Источник пои. 1, отл ич а ю щи йс я тем, что, с целью увеличения эффективности преобразования электрической мощности в направленный лучистый. поток, внутренняя полость камеры выполнена в виде полусферы с зеркальной поверхностью и выходным отверстием на сферической части поверхности камеры.

1755062

Составитель Е. Петросян

Техред M,Mîðãåíòàë Корректор, 3. Салко

Редактор М. Циткина

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

ЗакаЗ 2383 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Изобретение относится к фотометрии и может найти применение в физико-химическом анализе различных веществ и в приборах непрерывного действия, предназначенных, например, для контроля состояния окружающей природной среды

Источник света // 1717965

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано в пирометрии в качестве вторичного эталона температуры

Способ измерения отношения сигнал/шум лампы с полым катодом // 1599672

Изобретение относится к технической физике и может быть применено в спектральных измерениях, например, при оценке точностных характеристик атомно-абсорбционных спектрометров или аттестации спектральных ламп

Источник света // 1577472

Изобретение относится к технике оптических измерений и может быть использовано в установках для диагностики физических объектов поляризационными методами

Источник света // 1509617

Изобретение относится к технике световых и спектрофотометрических измерений и позволяет упростить конструкцию устройства стабилизации, поддерживающего постоянной величину сопротивления ленты или нити накала лампы и, следовательно, ее температуру и светоотдачу

Источник калибровочного излучения // 881537

Инфракрасный облучатель // 486257

I йсгюоюзная \;i:,r^ ,:л-.. ^ trv:-;??:?:"!."^! i ;i.n i . - ) i ifis i l.'.-,-! r..' is;-j| // 391412

Высокотемпературный эталон черного тела // 375495

Высокостабильный источник света // 358627

Способ измерения фотометрических характеристик материалов // 2198383

Изобретение относится к области измерения фотометрических характеристик материалов, таких как коэффициенты отражения, пропускания, рассеяния и др

Имитатор солнечного излучения // 2380663

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности к устройствам, позволяющим имитировать реальное солнечное излучение искусственными источниками света

Тепловой излучатель // 2039343

Неосевой имитатор солнечного излучения тепловакуумной камеры // 2468342

Изобретение относится к тепловакуумным камерам космической техники, а точнее к неосевому имитатору солнечного излучения (ИСИ) тепловакуумной камеры (ТВК), и может быть использовано при тепловаккумных испытаниях космического аппарата (КА) или его составных частей

Низкотемпературный перестраиваемый источник излучения черного тела // 2469280

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к фоточувствительным приборам, предназначенным для обнаружения теплового излучения, и охлаждаемым приемникам ИК-излучения

Способ имитации солнечного излучения в термобарокамере // 2476833

Изобретение относится к способам имитации солнечного излучения (ИСИ) в тепловакуумной камере (ТВК) и может быть использовано при тепловакуумных испытаниях космического аппарата (КА) или его составных частей

Устройство фотометра с шаровым осветителем // 2581429

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается фотометра с шаровым осветителем. Фотометр включает в себя осветитель, систему линз, кюветное отделение, фотоприемное устройство и вычислительную систему. Осветитель выполнен в виде фотометрического шара, имеющего диффузно отражающую внутреннюю поверхность, в которой выполнены сквозные отверстия со встроенными в них импульсными светодиодами, имеющими линейные размеры в пределах 0,003-0,006 диаметра фотометрического шара. Площадь внутренней поверхности шара и суммарная площадь отверстий шара с установленными в них источниками излучения находятся в соотношении: где: Sш - площадь внутренней поверхности фотометрического шара осветителя; Sо - площадь отверстий на внутренней поверхности фотометрического шара; ρ - коэффициент отражения внутренней поверхности фотометрического шара. Технический результат заключается в повышении точности измерения, снижении порога чувствительности, повышении стабильности и воспроизводимости результатов измерений. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Вторичный эталон единицы энергии лазерного излучения для калибровки и поверки лазерных джоульметров // 2626064

Изобретение относится к области оптических измерений и касается вторичного эталона единицы энергии лазерного излучения. Эталон включает в себя источник лазерного излучения, делительную пластину, контрольный фотоэлектрический преобразователь, оптический ослабитель, интегрирующую сферу, калориметрический эталонный измерительный преобразователь, блок управления и компьютер. Оптический ослабитель выполнен в виде вращающегося диска, в котором установлены нейтральные фильтры. Интегрирующая сфера снабжена входным, выходным и дополнительным отверстиями. В дополнительном отверстии установлена светоделительная пластина, разделяющая лазерное излучение на прямой проходящий поток, по ходу которого установлен калориметрический эталонный измерительный преобразователь, и диффузно-отраженный поток. Центры входного и дополнительного отверстия расположены на оси прямого проходящего потока. В выходном отверстии установлен вход волоконно-оптического коллектора, содержащего светопроводы, на концах которых установлены нейтральные фильтры и фотоприемные устройства для работы в различных диапазонах энергии. Технический результат заключается в увеличении точности и расширении диапазона энергии, в котором обеспечивается калибровка и поверка. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Эталонный источник лазерного излучения для калибровки измерителей мощности // 2630857

Изобретение относится к области энергетической фотометрии и может быть использовано при калибровке средств ее измерений. Устройство включает непрерывный лазерный излучатель, каскад диафрагм и эталонный преобразователь. Эталонный преобразователь содержит термостат и идентичные рабочий и компенсационный полостные приемные элементы. Каждый приемный элемент включает теплопровод и чувствительный элемент. Длина теплопровода превышает длину его полуокружности. Чувствительный элемент расположен на переднем торце теплопровода. Передний торец теплопровода закреплен в термостате. Остальная часть теплопровода размещена в термостате и отделена от него воздушным зазором. На заднем торце теплопровода установлен тепловой экран, имеющий тепловой контакт с теплопроводом. Теплопровод выполнен в виде полого сквозного цилиндра. Внутри полости теплопровода скомпонованы непрерывный лазерный излучатель, объектив и диафрагмы. Непрерывный лазерный излучатель установлен в заднем торце теплопровода и выполнен с возможностью использования в качестве калибровочного электрического нагревателя. Технический результат заключается в обеспечении возможности уменьшения количества входящих в его состав элементов при сохранении их функций и в повышении производительности его работы. 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

Вторичный эталон единицы энергии лазерного излучения для калибровки и поверки лазерных джоульметров в расширенном спектральном диапазоне // 2634370

Изобретение относится к области измерительной техники и касается вторичного эталона единицы энергии лазерного излучения. Эталон включает в себя источник лазерного излучения, делительную пластину, контрольный измерительный преобразователь энергии лазерного излучения, ослабитель энергии лазерного излучения, калориметрический эталонный измерительный преобразователь, блок управления и компьютер. Ослабитель выполнен в виде вращающегося диска с четырьмя отверстиями, в трех из которых установлены нейтральные фильтры. Эталон снабжен интегрирующей сферой с входным, выходным и дополнительным отверстиями. В дополнительном отверстии установлена светоделительная пластина, разделяющая лазерное излучение на прямой поток, по ходу которого установлен калориметрический эталонный измерительный преобразователь, и диффузно-отраженный поток. В выходном отверстии установлен вход волоконно-оптического коллектора, содержащего по меньшей мере шесть светопроводов, на концах которых установлены нейтральные фильтры, спектральные фильтры и фотоприемные устройства. Технический результат заключается в увеличении точности, расширении диапазона энергий и спектрального диапазона калибровки и поверки рабочих средств измерения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.