Способ определения интенсивности ультрафиолетового излучения

 

Использование: изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для измерения интенсивности ультрафиолетового диапазона спектра излучения естественных и искусственных источников. Сущность изобретения: измеряемое ультрафиолетовое излучение (УФИ) с помощью оптического преобразователя частот преобразуют в видимый диапазон спектра, подают на фильтр, пропускающий излучение видимого спектра с длинами волн не более 0,6 мкм, которое затем подают на фотодиод, регистрирующий видимый диапазон спектра, интенсивность которого пропорциональна интенсивности измеряемого УФИ. 2 ил.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для измерения интенсивности ультрафиолетового диапазона спектра излучения естественных и искусственных источников.

Для обнаружения ультрафиолетового излучения (УФИ) и регистрации его интенсивности используют способ преобразования УФИ в видимый диапазон спектра с последующей регистрацией видимого диапазона спектра фотоприемниками [1] Диапазон ультрафиолетового спектра излучения предварительно выделяют из общего излучения спектральными приборами или специальными фильтрами [1] в качестве которых могут быть использованы абсорбционные фильтры [2] Использование громоздких спектральных приборов, в которых УФИ выделяется оптическими системами с призмами или дифракционными решетками, не позволяет в принципе создать портативные устройства для регистрации УФИ. Интерференционные фильтры [1] выделяют узкий спектральный диапазон и не позволяют проводить измерение интенсивности во всем УФ-диапазоне.

Сложность измерения УФИ с помощью способа, в котором УФИ предварительно выделяется абсорбционными фильтрами, преобразовывается в видимый диапазон и видимый диапазон регистрируется фотоприемником, заключается в следующем. Используемые обычно фотоприемники обладают высокой чувствительностью не только к видимому спектру излучения, но и к более длинноволновому излучению, например к ближнему инфракрасному излучению (ИКИ), т.е. они регистрируют излучение в диапазоне спектра до 1 мкм. Доля УФИ в излучении обычных источников (ламп, солнца) мала. Так, в солнечном спектре доля всего УФИ составляет менее 3% от излучения в видимом и ближнем ИК-диапазонах спектра. Все известные абсорбционные фильтры УФИ [2] пропускают не только излучение УФ-диапазона спектра, но и излучение с длинами волн более 0,60-0,65 мкм. Поэтому применение фильтров не позволяет полностью выделить только УФИ.

Как показал поиск по патентной и научно-технической литературе, предлагаемый способ измерения УФИ не известен на уровне современной техники, следовательно, изобретение обладает новизной.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является способ определения интенсивности ультрафиолетового излучения, при осуществлении которого ультрафиолетовое излучение выделяют фильтрами из общего спектра, преобразуют его в видимое излучение, интенсивность которого пропорциональна интенсивности ультрафиолетового излучения, и регистрируют фотоприемником [1] Однако использование абсорбционных фильтров УФИ, как было указано выше, не позволяет полностью избавиться от излучения с длинами волн больше 0,6 мкм. При использовании такого способа интенсивность регистрируемого излучения с длинами волн больше 0,6 мкм сравнима с интенсивностью регистрируемого УФИ, что существенно снижает чувствительность способа.

Целью изобретения является повышение чувствительности измерения интенсивности УФИ во всем диапазоне спектра УФИ.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения интенсивности ультрафиолетового излучения, при осуществлении которого ультрафиолетовое излучение выделяют из общего спектра специальными фильтрами, преобразуют его в видимое излучение, интенсивность которого пропорциональна интенсивности ультрафиолетового излучения, затем подают на фильтр, установленный перед фотоприемником и пропускающий только видимое излучение с длинами волн, меньшими 0,6 мкм, и регистрируют фотоприемником, при этом выделение УФИ осуществляется с помощью абсорбционных фильтров.

Сущность предлагаемого способа поясняется фиг. 1 и 2.

Способ включает выделение абсорбционным фильтром УФИ, преобразование всего выделенного УФИ диапазона спектра (0,25-0,4 мкм) в видимый диапазон спектра (0,5-0,55 мкм), выделение видимого диапазона спектра с длинами волн до 0,6 мкм фильтром и регистрацию видимого диапазона фотоприемником.

Из излучения, полученного от естественного или искусственного источника, с помощью абсорбционного фильтра 1 (см. фиг. 1) выделяется ультрафиолетовая часть спектра (см. фиг. 2). При этом пропускается не менее 10% ИКИ с длинами волн, большими 0,6 мкм, а излучение видимого диапазона (0,5-0,6 мкм) задерживается фильтром 1, т.е. его пропускание не более 0,0001 [2] Затем с помощью оптического преобразователя частоты 2 УФИ (0,25-0,4 мкм) преобразуется в видимый диапазон (0,50-0,55 мкм). При этом ультрафиолетовое излучение поглощается преобразователем [2] (см. фиг. 2). Полученное излучение проходит через фильтр 3, пропускающий излучение с длинами волн не более 0,6 мкм. Спектр сформированного излучения показан на фиг. 2. После фильтра 3 излучение в диапазоне спектра 0,5-0,55 мкм, интенсивность которого пропорциональна интенсивности ультрафиолетового излучения в диапазоне спектра 0,2 0,4 мкм, поступает на фотоприемник 4, регистрирующий видимый диапазон спектра.

Интервал значений выбран, исходя из условия отсутствия за его пределами возможности получения указанного технического решения.

Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что поскольку непосредственно фотоприемником измеряется интенсивность излучения видимого диапазона спектра, пропорциональная интенсивности УФИ, которое преобразуется в измеряемое фотодиодом видимое излучение, излучения с длинами волн, большими 0,6 мкм, за счет фильтра 3 не пропускаются и не регистрируются. В способе, принятом за прототип, одновременно с УФИ регистрируется излучение с длинами волн, большими 0,6 мкм, доля которого составляет не менее 10% от всего падающего излучения.

В излучении естественных и искусственных источников света доля УФИ по сравнению с излучением ИК-области спектра мала. И именно комбинация: абсорбционный фильтр УФИ (1) + оптический преобразователь(2) + фильтр длинноволнового излучения (3) + фотоприемник (4) позволяет в предложенном способе повысить чувствительность измерений интенсивности УФИ, что особенно важно при измерении интенсивности УФИ, составляющего малую долю в сложном спектре излучения источников. При этом предлагаемый способ не требует применения громоздкой и сложной аппаратуры и позволяет регистрировать УФИ в широком диапазоне спектра 0,25-0,4 мкм.

Возможность осуществления изобретения подтверждается следующими примерами.

Проводилось измерение интенсивности излучения УФ-диапазона спектра от ртутной лампы ПРК-4 мощностью 400 Вт, лампы накаливания мощностью 100 Вт и солнечного излучения. Регистрация фототока, вызванного воздействием излучения на фотоприемник, в качестве которого использовался кремниевый фотодиод, осуществлялась с помощью стандартного цифрового вольтметра.

В первом примере источником излучения являлось излучение ртутной лампы установленной на расстоянии 1 м от приемника излучения.

При использовании системы-прототипа: фильтр УФИ (стекло УФС-1) + преобразователь излучения (стекло ЖС-19) + фотоприемник, показания цифрового вольтметра составляли 100 мВ. При этом показания вольтметра менялись на 7% с временем. После того, как перед приемником излучения был добавочно установлен фильтр ЖЗС-19, пропускающий излучение только с длинами волн, большими 0,4 мкм, показания приемника составляли 80 мВ. т.е. приемник регистрировал излучение длинноволнового диапазона спектра, интенсивность которого превышала интенсивность измеряемого УФ-излучения, а его колебания со временем сравнимы с самим УФИ.

При использовании предлагаемой системы: фильтр УФИ (стекло УФС-1) + преобразователь излучения (стекло ЖС-19) + фильтр длинноволнового излучения (стекло СЗС-22) + фотоприемник, показания фотоприемника составили 8 мВ. После того, как перед приемником УФИ был установлен добавочно фильтр ЖЗС-19, пропускающий излучение только с длинами волн,большими 0,4 мкм, показания с фотодиода составили 0,06 мВ. Т.е. в предлагаемом способе не регистрировалось излучение с длинами волн, большими 0,4 мкм, которое пропускает фильтр УФС-1. Уменьшение показаний приемника в области УФИ связано с тем, что часть видимого излучения, преобразованного из УФИ-поглощалась фильтром длинноволнового излучения СЗС-22.

Во втором примере источником излучения являлась лампа накаливания мощностью 100 Вт, установленная на расстоянии 1 м. Показания приемника УФИ, изготовленного по способу-прототипу, составили 45 мВ. После установки перед приемником дополнительно фильтра ЖС-19 показания приемника УФИ составили 35 мВ. Показания приемника, изготовленного по предлагаемому способу, составили 4 мВ. Они соответствовали излучению 0,37-0,40 мкм, которое присутствует в лампе накаливания. После установки перед приемником фильтра ЖЗС-19 его показания составили 0,01 мВ.

С помощью предложенного способа измерялась также интенсивность УФИ в солнечном свете. Показания вольтметра в зависимости от времени суток колебалось от 5 до 40 мВ. Показание интенсивности излучения, измеренного по способу прототипу, в подавляющем случае составлял 200 мВ, что соответствовало насыщению фотодиода за счет падающего ИК-излучения. Последний пример говорит о невозможности измерения УФ-диапазона спектра в прямом солнечном излучении по способу-прототипу.

Результаты приведенных примеров показывают, что предложенный способ измерения интенсивности УФ-излучения в сложном спектре не менее, чем на порядок повышает чувствительность измерений по сравнению с известным способом, изложенным в прототипе.

Формула изобретения

Способ определения интенсивности ультрафиолетового излучения, при осуществлении которого ультрафиолетовое излучение выделяют фильтрами из общего спектра, преобразуют его в видимое излучение, интенсивность которого пропорциональна интенсивности ультрафиолетового излучения, и регистрируют фотоприемником, отличающийся тем, что видимое излучение перед регистрацией подают на фильтр, установленный перед фотоприемником и пропускающий видимое излучение только с длинами волн менее 0,6 мкм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2