RU2062449C1

RU2062449C1 - Device measuring intensity of luminous radiation

Info

Publication number: RU2062449C1
Authority: RU
Inventors: Ф.И. Иванов; К.В. Чмелева; С.Б. Теодорович; Л.Н. Карышев
Original assignee: Сибирский металлургический институт им.С.Орджоникидзе
Priority date: 1992-07-24
Filing date: 1992-07-24
Publication date: 1996-06-20

Abstract

FIELD: physics. SUBSTANCE: device measuring intensity of luminous radiation includes case housing photosensitive element manufactured in the form of photoactive threadlike crystal supported as cantilever. Length of threadlike relates to its thickness as 650-800. EFFECT: simplified design, improved operational reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится и технике измерения интенсивности светового излучения и может быть использовано в различных областях народного хозяйства для регистрации и оценки светового излучения. The invention relates to techniques for measuring the intensity of light radiation and can be used in various fields of the national economy for recording and evaluating light radiation.

Широко известны устройства для регистрации светового излучения, действие которых основано на явлении фотоэлектронной эмиссии (фотоэлектронные умножители, каналовые умножители, вентильные фотоэлементы и др.) (1). Однако такие приборы обладают сравнительно большой инерционностью, порог чувствительности ограничен шумами, нестабильностью, часто отсутствием пропорциональности между фототоком и освещенностью, сложностью в установлении. Widely known are devices for detecting light radiation, the action of which is based on the phenomenon of photoelectron emission (photoelectronic multipliers, channel multipliers, gate photocells, etc.) (1). However, such devices have a relatively large inertia, the sensitivity threshold is limited by noise, instability, often the lack of proportionality between the photocurrent and illumination, and difficulty in establishing it.

Наиболее близким техническим решением является фотоприемное устройство с фоточувствительным нитевидным кристаллом (физический энциклопедический словарь). При освещении фоточувствительного нитевидного кристалла возникает фототок, сила которого пропорциональна освешенности поверхности фоточувствительного элемента (2). The closest technical solution is a photodetector with a photosensitive whisker (physical encyclopedic dictionary). When a photosensitive whisker is illuminated, a photocurrent appears, the strength of which is proportional to the brightness of the surface of the photosensitive element (2).

Но это устройство для измерения интенсивности света привязано к дорогостоящей аппаратуре для считывания и обработки результатов измерений. Высокий показатель преломления материала нитевидного кристалла связан с большими потерями излучения и снижает КПД фотоэлемента. But this device for measuring light intensity is tied to expensive equipment for reading and processing measurement results. The high refractive index of the material of the whisker is associated with large radiation losses and reduces the efficiency of the solar cell.

Задача изобретения упрощение и удешевление измерений, повышение чувствительности измерений. The objective of the invention is the simplification and cheapening of measurements, increasing the sensitivity of measurements.

Сущность изобретения состоит в том, что в основу предлагаемого устройства положен способ измерения абсолютной интенсивности света. The essence of the invention lies in the fact that the basis of the proposed device is a method of measuring the absolute intensity of light.

Предлагаемое устройство состоит из корпуса с размещенным в нем фоточувствительным элементом, системы фокусировки и считывающего узла. The proposed device consists of a housing with a photosensitive element located in it, a focusing system and a reading unit.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для определения интенсивности светового излучения, имеющем систему фокусировки, представляющую собой цилиндрическую линзу или систему линз, считывающий узел, выполненный в воде реперной линзы со шкалой, фоточувствительный элемент выполнен в виде фотоактнвного нитевидного кристалла, закрепленного консольно. The problem is achieved in that in a device for determining the intensity of light radiation having a focusing system, which is a cylindrical lens or lens system, a reading unit made in the water of the reference lens with a scale, the photosensitive element is made in the form of a photo-active whisker fixed cantilever.

Фоточувствительный элемент представляет собой фоточувствительный нитевидный кристалл, закрепленный консольно в фокальной плоскости фокусирующей линзы и параллельно плоскости реперной линзы. При этом отношение длины нитевидного кристалла к его толщине должно выдерживаться в пределах 800 650. Если отношение будет больше 800, то уменьшается чувствительность к свету. При отношении меньше 650 фоточувствительный элемент не удовлетворяет критерию "нитевидного кристалла", а также увеличиваются габариты устройства. Интенсивность излучения определяют по величине отклонения свободного конца кристалла. The photosensitive element is a photosensitive whisker mounted cantilever in the focal plane of the focusing lens and parallel to the plane of the reference lens. In this case, the ratio of the length of the whisker to its thickness should be kept within 800 650. If the ratio is more than 800, then the sensitivity to light decreases. With a ratio of less than 650, the photosensitive element does not satisfy the “whisker” criterion, and the dimensions of the device also increase. The radiation intensity is determined by the deviation of the free end of the crystal.

На чертеже изображено устройство для определения интенсивности падающего излучения, которое состоит из светонепроницаемого корпуса 1, помещенной в него фокусирующей линзы 2, в качестве чувствительного элемента используют фотоактивный нитевидный кристал 3, закрепленный консольно, который установлен в фокальной плоскости фокусирующей цилиндрической линзы. С торцевой стороны корпуса 1 находится входное окно 4. На поверхности корпуса 1 размещен считывающий узел, состоящий из реперной линзы 5 со шкалой 6 и нанесенной точкой 7, которая совмещена перед началом измерений с кристаллом 3. Реперная линза 5 имеет ось вращения. При этом поверхность линзы параллельна плоскости изгиба кристалла и жестко скреплена со шкалой 6. The drawing shows a device for determining the intensity of incident radiation, which consists of a light-tight housing 1, a focusing lens 2 placed in it, a photoactive whisker 3 mounted cantileverly mounted in the focal plane of the focusing cylindrical lens as a sensitive element. On the front side of the housing 1 there is an input window 4. On the surface of the housing 1 there is a reading unit consisting of a reference lens 5 with a scale 6 and a dot 7, which is aligned before the start of measurements with the crystal 3. The reference lens 5 has an axis of rotation. Moreover, the surface of the lens is parallel to the plane of the bend of the crystal and is rigidly bonded to the scale 6.

Устройство функционирует следующим образом. В точке, где нужно измерить интенсивность света, устанавливают входное окно 4. Далее свет проходит через цилиндрическую линзу 2, где он фокусируется. В фокусе находится нитевидный кристалл 3, который под действием света изгибается на определенный угол, зависящий от интенсивности излучения. Наблюдатель делает отсчет по шкале 6, совмещая проекцию нитевидного кристалла с делением шкалы. При этом отклонение нитевидного кристалла 3 от первоначального положения за фиксированное время определяет интенсивность потока монохроматического света. The device operates as follows. At the point where you want to measure the light intensity, set the input window 4. Next, the light passes through a cylindrical lens 2, where it is focused. The focus is a whisker 3, which under the action of light bends at a certain angle, depending on the radiation intensity. The observer counts on a scale of 6, combining the projection of the whisker with the division of the scale. In this case, the deviation of the whisker 3 from the initial position for a fixed time determines the intensity of the flow of monochromatic light.

Для определения интенсивности света определенной длины волны используют различные фотоактивные нитевидные кристаллы. Поэтому, чтобы измерить интенсивность света определенной длины волны, необходимо лишь установить нитевидный кристалл, фоточувствительный к этой области спектра, в устройство. To determine the intensity of light of a certain wavelength, various photoactive whiskers are used. Therefore, in order to measure the light intensity of a certain wavelength, it is only necessary to install a whisker, photosensitive to this region of the spectrum, in the device.

Пример. Определяли абсолютную интенсивность света с помощью нитевидного кристалла KNO₃ стандартных размеров. Помещаем кристалл в наше устройство, направляем во входное окно световой поток, по шкале измеряем отклонение свободного конца нитевидного кристалла за 5 мин, определяемое с точностью до 2 сек. По построенному калибровочному графику для 5-минутного облучения определяется интенсивность света, поглощенного нитевидным кристаллом. По закону Бугера J_n= J_o(1-e ^-кв)можно рассчитать интенсивность света в пучке:

, где J_n поглощенная интенсивность, к коэффициент поглощения для требуемой длины волны и определяется из спектра поглощения нитевидных кристаллов, например KNO₃

.Example. The absolute light intensity was determined using a KNO ₃ whisker _of standard sizes. We place the crystal in our device, direct the light flux into the input window, and on a scale measure the deviation of the free end of the whisker in 5 minutes, determined with an accuracy of 2 seconds. According to the constructed calibration schedule for a 5-minute exposure, the intensity of the light absorbed by the whisker is determined. According to Bouguer’s law J _n = J _o (1-e- ^sq ), you can calculate the light intensity in the beam:

where J _{n is the} absorbed intensity, k is the absorption coefficient for the desired wavelength and is determined from the absorption spectrum of whiskers, for example KNO ₃

.

Необходимо, чтобы кристаллы были одной геометрии, что и те, по которым проводят градуировку шкалы. При этом отношение длины кристалла к его толщине должно выдерживаться в пределах 800 650. Соблюдение приведенных условий позволяет снизить ошибку измерений до 5 10%
Использование предложенного устройства для измерения интенсивности светового излучения обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества: значительное упрощение и удешевление за счет отказа от дополнительной обработки результатов с использованием ФЭУ, источников питания и другой громоздкой аппаратуры, малую инерционность устройства за счет отсутствия дополнительной обработки измерений, что делает возможным производить экспресс-измерения светового излучения, малогабаритность и простоту в обращении.It is necessary that the crystals be of the same geometry as those on which the graduation of the scale is carried out. In this case, the ratio of the crystal length to its thickness should be maintained within 800 650. Observance of the above conditions allows to reduce the measurement error to 5 10%
Using the proposed device for measuring the intensity of light radiation provides the following advantages compared to the prototype: significant simplification and cost reduction due to the refusal of additional processing of the results using PMTs, power supplies and other bulky equipment, low inertia of the device due to the lack of additional processing of measurements, which makes It is possible to make rapid measurements of light radiation, small size and ease of use.

Claims

A device for measuring the intensity of light radiation, comprising a housing with a photosensitive element in the form of a photoactive whisker, a focusing system and a reading unit, characterized in that the photoactive whisker is cantilevered, while the ratio of the length of the whisker to its thickness is 800 650.