Устройство для визуализации инфракрасного излучения

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

<и1993360 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено. 27.03. 81 (21) 3293401/18-21 (и) м.к.

Н Ol J!31/49 с присоединением заявки Йо

Государствеииый комитет

СССР ао делам изобретеиий и открытий (23) Приоритет (%31 УДК б 21. 383.

° 811 (088. 8) Опубликовано 3001.83- Бюллетень йо 4

Дата опубликования описания 30 ° 01;83

l

Е. Б. Шелемин, А. К. Балыгин и A. К. Семенов (72) Авторы изобретения с

М

Ф 1, ) (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ИНФРАКРАСНОГО

ИЗЛУЧЕНИ Я

Изобретение относится к техничес<кой физике, точнее к средствам для визуализации инфракрасного (ИК) излучения, и может быть использовано для регистрации распределения плотности мощности излучения и энергии в пучках когерентного излучения.

Известно устройство для визуализации ИК излучения, содержащее поглощающую пленку с нанесенным на нее слоем теплочувствительного люминофора, обращенное поверхностью пленки к исследуемому излучению (1).

Недостатками данного устройства являются низкие значения допустимой мощности ИК излучения, низкое пространственное разрешение и невозм<вкность работы в проходном режиме.

Известно также устройство для визуализации ИК излучения, содержащее элемент преобразования ИК излучения в видимое, выполненный в виде частиц, кристаллофосфора на основе ЕпЯ, частично прозрачных для исследуемого излучения, нанесенных на подложку, установленную в пучок исследуемого излучения (2).

Недостатками указанного устройства являются относительно небольшие значения плотностей мощности и энергии в визуализируемых пучках излучения и невозможность обеспечения проходного режима работы.

Цель изобретения - расширение динамического диапазона и функциональных возможностей устройства.

Укаэанная цель достигается. тем, что в устройстве для визуализации ИК излучения, содержащем элемент преобразования ИК излучения в видимое, элемент преобразования ИК излучения выполнен в виде,по крайней мере, одной горелки с плоским пламенем, снабженной формирователем пламени и расположенной под углом к оси излучения.

Количество горелок определяется требуемым количеством визуализируемых сечений.

На чертеже схематически показано п редла гаемое устрой ство.

Устройство содержит источник 1 когерентного излучения, оптическую формирующую систему 2, систему горелок.

3, регулятор 4 интенсивности горения и источник 5 горючего. Система горелок 3, регулятор 4 интенсивности горения и источник 5 горючего пневматически связаны между собой с помощью трубопроводов. Непосредственным эле993360

< „ë -" То ЬТ, ментом . преобразования ИК излучения в видимое является пламя б горелок 3.

Горелки 3 снабжены формирователями 7 пламени б и отверстиями для подачи окислителя (воздуха) . Горелки 3 расположены на пути оптического иэлу- 5 чения таким образом, что пламя б перекрывает область пучка оптического излучения.

Формирователи 7 пламени б имеют плоскую форму (прямоугольник) и рас- 10 полагаются под углом к оси излучения.

Система горелок 3 может быть. расположена вдоль оси пучка излучения источ" ника 1 и, таким образом, может быть визуализирована каустика в области фокуса оптической формирующей системы 2.

В качестве горючего могут быть использованы углеводородосодержащие вещества: гаэ, жидкость или твердое вещество . При визуализации результат (распределение, мощности или энергии исследуемого излучения) может быть зафиксирован, например, с помощью фото-или кинокамеры.

Устройство работает следующим образом.

Горючее (например газ).из источника 5 горючего попадает в систему горелок 3 через связующие трубопроводы и регуляторы 4 интенсивности ЭО горения, воспламеняют его на выходе формирователя 7 пламени б.

Формирователи 7 создают устойчивую зону горения пламени б, температуру 3$ которого Т устанавливают регулятором 4 интенсивности горения, Излучение ИК диапазона подают от источника 1 через оптическую формирующую систему 2 в зону пламени б, образующе- 4р гося на выходе формирователей 7, установленных вдоль оси пучка излучения под углом к оси пучка излучения.

В зоне пламени б(в сечениях пучка когерентного излучения) образуются свелые пятна распределение яркости в которых соответствует распределению: плотности мощности или энергии в пучке излучения. При этом основная часть исследуемого излучения. источника f (до 95%). проходит через пламя -5О и направляется на рабочую нагрузку, чем обеспечивается проходной режим измерений. Визуализация структуры пучка когерентного излучения в зоне пламени 6 в предлагаемом устройстве возможна по следующей причине: на несгоревшие участки углерода-сажи, имеющие температуру соответствующей зоны пламени Т воздействует ИК изо лучение вызывающее дополнительный 60 нагрев частиц сажи на температуру аТ.

При этом яркость сечения частиц аул определяется из соотношения где (— постоянная Больцмана -5,6» х10. Вт/cM+ град A;

ЬТ вЂ” величина, пропорциональная плотностй мощности когерентного излучения.

Для единицы объема области свечения >Риур пропорциональна

H=SG 0.М.м(r>dr, где G (r) — эффективное свечение площади частицы (при сферических частицах (Г(т)

4%" )1 и (r) — функция распределения частиц по размерам.

Динамический диапазон визуалйзации определяется следующим соотношением о(т4 т+ д „.тФ где Tp — температура пламени;

T> — температура испарения углерода.

При Т = 6000 К и Т, = 600 К D=10

Пространственное разрешение при визуализации определяется как размерами частиц, так и скоростями их движения в пламени. Дня частиц d = 10

-УГ

10 cM скорость составляет от 10 до 10 линий на 1 мм. Время прогрева частицы где а —. коэффициент температуропроводности .

При d .10- см б 10 с.

Устройство может быть использовано при работе как с непрерывным, так. и с импульсным излучением с использованием соответствующих средств регистрации: фото- и кинокамер и т .п .

В настоящее, время изготовлен и испытан макет устройства для визуализации ИК излучения с использованием пламени в качестве визуализатора.

Пламя генерируют газовой горелкой с регулятором интенсивности и источником горючего, температура пламени

ТО 1000 К.

Виэуалиэируют излучение Л =10, б мкм газового лазера типа ЛГ-22. Плотность мощности в предлагаемом уст,ройстве в зоне каустики 1-10 ° 10 Вт/см, в то время как в известном йредельно допустимая мощность непрерывного иэ— лучения не превышает. 10 Вт/см

Изобретение может быть исполъзовано в физических исследованиях и промышленности для контроля распределения плотности мощности и энергии в пучках импульсного и непрерывного когерентных излучений.

Формула изобретения

Устройство для визуализации инфракрасного излучения, содержащее эле993360

Составитель В. Белоконь

Редактор N. Рачкулинец Техред T. Маточка Корректор М. Демчик

Заказ 491/70 Тираж 701 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

-113035, Москва, 7(-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 мент преобразования инфракрасного излучения в видимое, о т л и ч а ющ е е.с я.тем, что, с целыд расширения динамического диапазона и функциональных возможностей, элемент преббразования инфракрасного излучения выполнен в виде, по крайней мере, одной горелки с плоским пламенем, . снабженной формирователем пламени и расположенной под углом к оси излучения.

Источники информациР, . t0 принятые во внимание при экспертизе

1. Клюкнн Л.М. и Ключников В.М.

Параметры люминесцентных экранов, предназначенных для термографии при различных режимах облучения. - Кван- товая электроника, 3, 9 5, 1976, с. 21-25.

2. Бажулин А.П. и др. Получение видимого изображения ИК, СВЧ изЛученнй с помощью термочувствительных люминофоров. Препринт В 68, ФИАН СССР, 1975 (прототип)