Координатное устройство для регистрации вакуумного ультрафиолетового излучения

Изобретение относится к области фотометрии и касается координатного устройства для регистрации вакуумного ультрафиолетового излучения. Координатное устройство содержит блок детектирования, блок электроники, блок питания и модуль отображения, или компьютер, или блок связи с внешними устройствами. Блок детектирования имеет корпус, заполненный аргоном под давлением 0,9-1,1 МПа с фоточувствительными добавками, на лицевой панели которого размещено стекло, прозрачное для вакуумного ультрафиолета, покрытое со стороны, обращенной внутрь корпуса, слоем фотокатода CsI толщиной 0,5±0,2 мкм. Под стеклом по ходу излучения размещены дырочные пластины, а под ними многоэлементный коллектор, позволяющий определять координату излучения фотона, подключенный к блоку электроники, обеспечивающему управление и обработку данных, полученных с блока детектирования. Блок электроники соединен с модулем отображения, или компьютером, или блоком связи с внешними устройствами. Технический результат заключается в упрощении устройства и обеспечении возможности регистрации вакуумного ультрафиолетового излучения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Заявляемое изобретение относится к фотометрии, а более конкретно, к устройству для детектирования ультрафиолетового излучения в вакуумном УФ диапазоне.

Актуальность создания устройства, обладающего высокой чувствительностью, дешевизной, простотой изготовления, обусловлена необходимостью решения таких важных прикладных задач, как регистрация появления опасных явлений в окружающей среде, в частности, для регистрации возникновения очагов пожаров с возможностью определения их координат. Кроме того, достоинством заявляемого изобретения является возможность его работы в условиях интенсивного солнечного излучения, т.е. созданное на ее основе устройство является «солнечно слепым», поскольку подавляющая часть солнечной радиации УФ-диапазона поглощается озоновым слоем атмосферы Земли.

Известно устройство для детектирования ультрафиолетового излучения в УФ-С диапазоне (патент РФ № 104709, МПК G01J1/00; опубл. 20 мая 2010 г.), которое предназначено для регистрации УФ-С излучения в диапазоне 250 – 280 нм. Устройство содержит объектив, блок детектирования излучения и блок питания. В качестве блока детектирования излучения применен монофотонный время-координатно-чувствительный датчик, который подключен к блоку электроники, обеспечивающему управление и обработку данных, полученных с блока детектирования, причем блок электроники соединен с внешним модулем отображения или компьютером. Это устройство позволяет регистрировать ультрафиолетовое излучение и определять его угловые координаты.

Однако, это устройство является сложным и высоко затратным, так как при изготовлении требует высокого вакуума порядка 10^-7 мм рт. ст., наличия сложного объектива, включающего высокотехнологичные кристаллы и фильтры, а также микроканальные пластины. Кроме того, работающего в диапазоне УФ-С излучения 250 – 290 нм.

Технической задачей настоящего изобретения является создание недорогого чувствительного устройства для детектирования пламени в вакуумном УФ диапазоне (с длиной волны среза 190 нм) с возможностью определения координат регистрируемого УФ излучения пламени.

Техническим результатом является устройство, предназначенное для обнаружения источников излучения пламени малой интенсивности в вакуумной УФ диапазоне и определения их координат. При этом предлагаемое устройство не требует наличия сложного и дорогостоящего объектива, обязательного использования микроканальных пластин, а также применения высокого вакуума при его изготовлении.

Решение поставленной технической задачи достигается в результате того, что в устройстве для регистрации вакуумного ультрафиолетового излучения, содержащем блок детектирования, блок электроники, блок питания и модуль отображения или компьютер, или блок связи с внешними устройствами, блок детектирования имеет корпус, заполненный аргоном под давлением 0,9-1,1 МПа с фоточувствительными добавками, на лицевой панели которого размещено стекло, прозрачное для вакуумного ультрафиолета, покрытое со стороны, обращенной внутрь корпуса, слоем фотокатода CsI толщиной 0,5±0,2 мкм., под стеклом по ходу излучения размещены дырочные пластины, а под ними многоэлементный коллектор, позволяющий определять координату излучения фотона, подключенный к блоку электроники, обеспечивающему управление и обработку данных, полученных с блока детектирования, а блок электроники соединен с модулем отображения или компьютером, или блоком связи с внешними устройствами. В качестве дырочных пластин применены микроканальные пластины, а в качестве многоэлементного коллектора применен четырехквадрантный коллектор.

Существо изобретения поясняется на фигурах.

Фиг. 1- блок схема устройства;

фиг. 2 – схема блока детектирования;

фиг. 3, 4 - фото блока детектирования

Устройство содержит (см. фиг. 1): блок детектирования – 1, блок электроники - 2, модуль отображения или компьютер - 3, блок питания - 4.

Блок детектирования показан на фиг. 2. Он состоит из корпуса 5, внутри которого через штенгель – 6 под давлением порядка 1 атм закачен газ Ar с фоточувствительной добавкой с малым потенциалом ионизации; УФ-прозрачного стекла - 7, с нанесенным на его внутреннюю поверхность слоем фотокатода CsI – 8; дырочные пластины - 9, в качестве которых могут использоваться промышленные микроканальные пластины (МКП); многоэлементный электродный коллектор – 10 (в качестве которого может применяться четырехквадрантный коллектор). На элементы устройства подаются электрические потенциалы V₁ – V₆, служащие для ускорения электронов.

Устройство работает следующим образом.

Фотон ν от пламени с длиной волны в области вакуумного ультрафиолета проходит через УФ прозрачное стекло, попадает на CsI фотокатод и выбивает из него фотоэлектрон, который, взаимодействуя с газовой смесью с малым потенциалом ионизации (Ar + фоточувствительные добавки), образует лавину электронов. Эта лавина, под действием разности высоковольтных потенциалов от V₁ до V₆, проходит через формирующие дырочные пластины. Далее лавина электронов, величина которой достигает порядка 10⁷ - 10⁸, поступает на коллектор. Коллектор имеет сложную многоэлементную конструкцию, которая позволяет определять центр электронной лавины, соответствующий координате попавшего на фотокатод фотона. Выходные сигналы с элементов коллектора поступают на блок электроники. Полученная информация, содержащая координаты события, далее поступает на модуль отображения или компьютер. Вместо модуля отображения или компьютера может использоваться блок связи с внешними устройствами.

Предложенное устройство может быть снабжено видеокамерой, синхронизированной по времени с работой сенсора. Это позволяет документировать результаты съемок.

На фиг. 3, 4 приведены фотографии разработанного устройства для детектирования излучения в вакуумном УФ диапазоне.

Разработанное устройство обладает рядом преимуществ по сравнению с известными аналогами, отличаясь от них высокой чувствительностью за счет использования в качестве усилительного элемента фоточувствительной газовой смеси для создания электронной лавины (порядка 10⁷ - 10⁸), простотой изготовления, поскольку не требует использования высокого вакуума. Напыление фотокатода CsI также не требует вакуумных условий. Вследствие этого заявляемое устройство является достаточно дешевым в изготовлении по сравнению с аналогами.

Заявляемое устройство может найти применение в самых различных областях, науки и техники. Одним из практически важных приложений является использование этого устройства для дистанционного обнаружения пламени, в частности, очагов возгорания и пожаров.

1. Координатное устройство для регистрации вакуумного ультрафиолетового излучения, содержащее блок детектирования, блок электроники, блок питания и модуль отображения, или компьютер, или блок связи с внешними устройствами, отличающееся тем, что блок детектирования имеет корпус, заполненный аргоном под давлением 0,9-1,1 МПа с фоточувствительными добавками, на лицевой панели которого размещено стекло, прозрачное для вакуумного ультрафиолета, покрытое со стороны, обращенной внутрь корпуса, слоем фотокатода CsI толщиной 0,5±0,2 мкм, под стеклом по ходу излучения размещены дырочные пластины, а под ними многоэлементный коллектор, позволяющий определять координату излучения фотона, подключенный к блоку электроники, обеспечивающему управление и обработку данных, полученных с блока детектирования, а блок электроники соединен с модулем отображения, или компьютером, или блоком связи с внешними устройствами.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве дырочных пластин применены микроканальные пластины.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве многоэлементного коллектора применен четырехквадрантный коллектор.