Способ измерения мощности излучения
О П И С А Н И Е ii>86494l
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союе Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 25.04.80 (21) 2916136/18-25 с присоединением заявки № (51) М. Кл.
G 01J 5/10
ССЕР (43) Опубликовано 23.09.82. Бюллетень № 35 (53) УДК 535.232.6. .537 (088.8) пв делам изобретений и открытий (45) Дата опубликования описания 23.09.82 (72) Авторы изобретения
Л. С. Кременчугский, А. Я. Шульга и Л. В. Щедрина
1
Институт физики АН Украинской ССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ
ГосудаРстеенный комитет (23) Приоритет
Изобретение относится к методам радиационной пирометрии, в частности к способам измерения излучения с помощью сегнетоэлектрических приемников и может быть использовано для измерения мощности потоков электромагнитного, например лазерного, излучения в широком диапазоне от крайнего ультрафиолета до дальней инфракрасной области спектра.
Известны методы измерений с помощью и сегнетоэлектрических приемников (или болометров) (1), обеспечивающие значительное быстродействие при высокой чувствительности, Однако, указанные методы непригодны для измерения мощности кратковременных импульсов (наносекундного и субнаносекундного диапазонов 10 — — 10 —" с), так как величина электрической постоянной времени приемника, зависящая от величины на- 20 грузочного сопротивления, намного превышает длительность измеряемых импульсов.
Следовательно, для измерения кратковременных импульсов необходимо уменьшить величину электрической постоянной времени, что возможно только путем уменьшения нагрузочного сопротивления. Однако при этом уменьшается чувствительность приемника, которая пропорциональна величине нагрузочного сопротивления. Так, например, если для приемника из триглицинсульфата размером 1)(1 мм2 и толщиной—
50 мкм вольт-ваттная чувствительность при
R=10 Ом составляет на низких частотах модуляции величину — 10 В/Вт; то при нагрузке R=100 Ом эта величина составляет -10 — В/Вт. При измерении импульсных мощностей — 10- - Вт уже возникает проблема усиления слабых сигналов, снимаемых с пироприемника.
Наиболее близким техническим решением является способ измерения мощности излучения с помощью сегнетоэлектрического приемника путем установления начальной рабочей температуры сегнетоэлектрика, нагрева по измеряемым лучистым потокам измерения характеристики генерируемого им электрического сигнала (2). Начальная температура сегнетоэлектрика выбирается вдали от точки фазового перехода, который, поглощая энергию, нагревается и вырабатывает электрический сигнал U, пропорциональный мощности излучения W:
: W= —, где S — коэффициент преобразоваS ния. При этом нагрев сегнетоэлектрика допускается лишь до области фазовых переходов, так как вблизи точки Кюри (в области фазовых переходов) нарушается линейность характеристики выходного сигнала.
864941 с (то- — Tp) или Ж =
xt,„
25
Поэтому измерения проводят в диапазоне температур, лежащих вдали от точки Кюри — в полярной фазе, что позволяет однозначно судить о мощности измеряемого потока. Изменение температуры кристалла при работе в линейном режиме составляет
10-5 — 10-2 К .
Однако, для измерения кратковременных импульсов (10 — — 10 —" с) этот способ непригоден, так как чувствительность приемника при использовании его в описанных режимах недостаточна.
Цель — повышение чувствительности и расширение диапазона измерения характеристик до области субнаносекундных импульсов.
Цель достигается тем, что в способе измерения мощности излучения устанавливают начальную рабочую температуру приемника, например, для кристалла триглицинсульфата — 40 С, измеряют время нарастания фронта электрического сигнала и определяют мощность излучения в соответствии с зависимостью
c(T0 — Т )
W=
Х1т где W — мощность излучения;
То — температура максимума электрического сигнала;
Тр — начальная рабочая температура сегнетоэлектрика;
С вЂ” теплоемкость сегнетоэлектрика; х — коэффициент поглощения сегнетоэлектрика;
4 — время нарастания фронта электрического сигнала.
На фиг. 1 изображен график зависимости пироэлектрического коэффициента у и диэлектрической, проницаемости в от температуры; на фиг. 2 — кривые напряжения сигналов измерения пироэлектрического тока U „и диэлектрической проницаемости
U.; на фиг. 3 — кривая нагрева сегнетоэлектрического кристалла при облучении последнего радиационным потоком.
Способ измерения мощности с помощью сегнетоэлектрического приемника заключается в установлении начальной рабочей температуры сегнетоэлектрика Тр, которая различна для различных кристаллов (например, для кристалла триглицинсульфата—
40 С), нагреве чувствительного элемента, вырабатывающего электрический сигнал, измеряемым лучистым потоком до температуры максимума электрического сигнала
То, соответствующего, например, температуре максимума пироэлектрического коэффициента у — То (см. фиг. 1) или температуре максимума диэлектрической проницаемости е — То" (см. фиг. 1). Этим экстремальным величинам соответствуют напряжения выходных сигналов У„и U,- (см. фиг. 2), по времени нарастания фронта которых tm и гщ (cM. фиг. 2) мощность из30
05 лучения определяется в соответствии с формулой
W= с <то — т,)
xt,„
При этом, как показано на фиг. 3, I
Tp — Тр Tp — 7 р Тц — Тр
II 7 iл tm т. е. вне зависимости от того, по максимуму какого сигнала U> или U. определяется время, результат измерения будет одним и тем же.
Способ обладает значительно более высокой чувствительностью, чем известный, основанный на линейном пироэффекте, и обеспечивает измерение мощности излучения очень коротких импульсов. Например, при измерении мощности излучения линейным пироприемником на основе триглицинсульфата при длительности импульса 10 — с его чувствительность составляет 10 — В/Вт, в то время как при измерениях по предлагаемому способу чувствительность того же приемника 10- — 1 В/Вт, что позволяет измерять импульсы длительностью 10 — —
10-" с.
B этой связи способ может быть использован для измерения мощности лазерных пучков в импульсном режиме.
Способ измерения мощности излучения с помощью сегнетоэлектрического приемника излучения по сравнению с прототипом обеспечивает повышение чувствительности и расширение диапазона измерений импульсов излучения вплоть до импульсов субнаносекундной длительности, Экономический эффект, ожидаемый от использования предложенного технического решения, составляет от 10 тыс. до 50 тыс. рублей в год.
Формула изобретения
Способ измерения мощности излучения путем определения начальной рабочей температуры сегнетоэлектрика, нагрева его измеряемым лучистым потоком и измерения характеристики генерируемого им электрического сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения диапазона измерений до субнаносекундных импульсов, устанавливают начальную рабочую температуру сегнетоэлектрика вблизи фазового перехода в полярной фазе, измеряют время нарастания фронта электрического сигнала и определяют мощность излучения в соответствии с зависимостью
W=
C(To — Т ) х т где W — мощность излучения;
То — температура максимума электрического сигнала;
864941
Щиг / тО
Юыг Z
Составитель Н. Дроздова
Техред А. Камышникова Корректор Л. Исаева
Редактор Л. Письман
Заказ 1442/17 Изд. № 222 Тираж 883 Подписное
НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2
Тр — начальная рабочая температура сегнетоэлектрика;
С вЂ” теплоемкость сегнетоэлектрика; х — коэффициент поглощения сегнетоэлектрика;
4, — время нарастания фронта электрического сигнала.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР № 441458, кл. G 01J 5/44, 1971.
5 2. Кременчугский Л. С. Сегнетоэлектрические приемники излучения. — Киев. «Наукова думка», 1971, с. 218 — 223 (прототип).
