Вимірювач ультрафіолетового випромінювання

Корисна модель відноситься до аналітичного приладобудування, зокрема, до приладів вимірювання опроміненності робочих місць промисловими джерелами ультрафіолетового випромінювання. Найбільш близьким по технічній сутності та результату, який досягається, до запропонованого рішення є датчик (монохроматор) [1], який містить в собі корпус, вхідну та вихідну щілини, коліматор, диспергуючий елемент, виконаний у вигляді дисперсійної призми або дифракційних ґрат, пристрою поворота диспергуючого елемента, фокусуючого об'єктива, розташованих в середині корпуса, причому щілина -вхід датчика - через коліматор оптично зв'язана з диспергуючим елементом, який в свою чергу, через фокусуючий об'єктив оптично пов'язаний з вихідною щілиною - ви-хсдо?4 датчика, У датчику диспергуючий елемент (дисперсійна призма або дифракційні грати) просторово розділяє промені різних довжин хвиль, які попадають на вхід датчика від джерела випромінювання, спрямовуючи їх під різними кутами, і в фокальній площині фокусуючого об'єктиву (на вихідній щілині) утворюється спектр сукупність відображень вхідної щілини в променях всіх довжин хвиль, випромінюваних джерелом випромінювання. Потрібний відрізок спектра суміщують з вихідною щілиною поворотом диспергуючого елементу за допомогою пристрою повороту. Недоліком конструкції даного пристрою є наявність в ньому складного пристрою повороту диспергуючого елемента [2, с. 104], [З, с. 43], [4, с. 194] та неможливість одночасової реєстрації УФВ в трьох спектральних областях, характерних для задач охорони праці: УФВ-А (200-280 нм), УФВ-В (280-315 нм), УФВ-С (315-400 ни), так як реєстрація спектра здійснюється скануванням випромінювання, яке виходить з диспергуючого елемента, за допомогою повороту диспергуючого елемента, механічно зв'язаного з пристроєм повороту. Таким чином, відомий пристрій важко застосовувати для контроля УФВ від промислових джерел з розподілом параметрів УФВ на рекомендовані Міжнародною комісією по освітлюванню (МКО) спектральні області УФВ-А, УФВ-В, УФВ-С [5]. В основу рішення поставлено задачу створення вимірювача ультрафіолетового випромінювання, в якому шляхом зміни конструкції датчика та введення нових елементів та взаємозв'язків, забезпечена можливість одночасового виміру параметрів ультрафіолетового випромінювання у трьох спектральних областях: УФВ-А, УФВ-В, УФВ-С. Поставлена задача вирішується тим, що вимірювач ультрафіолетового випромінювання, який містить в собі датчик, що складається з корпуса, вхідної та вихідної щілин, коліматора та диспергуючого елемента, виконаного у вигляді дифракційних ґрат, розташованих у середині корпуса, причому вхідна щілина -- вхід датчика - через коліматор оптично зв'язана з диспергуючим елементом, який, в свою чергу, оптично зв'язаний з вихідною щілиною, згідно корисної моделі, в датчик введені додатково введені дві вихідні щілини, три фотоелектричні приймач! випромінювання, виконаних у вигляді фотодіодів, а також в вимірювач введені три підсилювачі та пристрій обробки інформації, причому вхідна щілина датчика - вхід вимірювача - оптично зв'язана з коліматором, закріпленим на корпусі датчика та оптично зв'язаним з диспергуючим елементом, який в свою чергу, оптично послідовно зв'язаний з трьома вихідними щілинами та розміщеними за ними щільно та скріпленими з ними трьома фотоелектричними приймачами випромінювань, виходи першого, другого та третього фотоелектричних приймачів · випромінювання з'єднані відповідно входами першого, другого та третього підсилювачів, входи яких приєднані відповідно до першого, другого та третього входам пристрою обробки інформації, причому три вихідні щілини з трьома фотоелектричними приймачами випромінювання закріплені на корпусі датчика, та розташовані в трьох областях простору усередині датчика, які відповідають трьом сфокусованим диспергуючим елементом областям ультрафіолетового спектра (УФВ-А, УФВ-В, УФВ-С), а ширина кожної вихідної щілини відповідає лінійній протяжності відповідної області ультрафіолетового спектра, а дифракційні грати виконані угнутими. Технічний результат досягнутий за допомогою даного рішення укладається β забезпеченні за рахунок конструкції, одночасової реєстрації трьох областей (дільниць) спектра УФВ (УФВ-А, УФВ-В, УФВ-С). Дане рішення дозволяє також спростити прилад за рахунок вилучення елементів фокусування реєстрованого випромінювання та пристрою поворота диспергуючого елемента І тим самим зменшити масу та габарити вимірювача. Рішення застосовано на слідуючих теоретичних передумовах. Відомо [4,3], що призма або дифракційні грати розкладають складний (поліхроматичний) пучок випромінювання на монохроматичні складові. Тому у вигляді диспергуючого елемента в вимірювачі УФВ може бути виконані одним з відомих засобів (площинна, угнута, ешелет). Кутова дисперсія ґрат , яка характеризує кутову ширину спектра, для даної довжини хвилі λ залежить від кута падіння випромінювання на грати φ та кута φ ~ між нормаллю до ґрат та напрямком дифракційного пучка (кут дифракції). Умови головних максимріїв для угнутих ґрат, як і для плоских, визначаються виразом де d - відстань між штрихами ґрат, j~ кут падіння випромінювання, y - кут дифракціТ, - довжина хвилі. Розрахунки показують, що для ґрат з числом 600 штрихів на міліметр та кутом падіння ψ = 35°, кути дифракції становлять , Для l=315нм., (j = 8,424° для h = 400 нм. Тому при виборі відповідних фокусних відстаней, які визначаються радіусами кривизни угнутих дифракційних ґрат, можна легко спектр УФВ розділити на області УФВ-А. УФВ-В, УФВ-С. Особливо елективно для цілей реєстрації УФВ застосовувати угнуті грати (грати Роуланда), які виконують одночасово роль дифракційних тратта збиральної лінзи. Якщо помістити джерело світла (вхідну щілину) та угнуті грати радіуса г на колі г/2, то спектр буде фокусуватися на тому ж колі. Реєстрацію УФВ можна вести як в спекграх першого, так і другого порядку, так як накладання Інших довжин хвиль відсутні до довжин хвиль l = 400 нм. В рішенні вхідна та вихідна щілини, з схрещеними з ними фотодіодами, розташовані в середині датчика таким чином, щоб на щілинах фокусувались потрібні області спектра, тобто в вимірювачі реалізована схема Роуланда. В вимірювачі краще використовувати фотодіоді на основі карбіду кремнія, які не реагують видиме світло, тому їх використу-вання різко спрощує конструкцію датчика. Струмова чутливість фотодіодів складає величину ~ 0,02 А/Вт, що дозволяє надійно реєструвати УФВ. Отже, якщо на диспергуючий елемент виконаний у вигляді угнутих дифракційних ґрат, подати контрольоване ультрафіолетове випромінювання, то внаслідок взаємодії випромінювання, з речовиною елемента, формується спектр випромінювання, який може бути розбито на області: УФВ-А, УФВ-В, УФВ-С. На кресленні зображено оптичну та структурну схему вимірювача. Вимірювач УФВ містить в собі датчик 1, який складається з вхідної щілини 2, коліматора 3, закріпленого на корпус!4, диспергуючого елемента 5, вихідних щілин 6, 7, 8, з фотоелектричними приймачами випромінювань (фотодіоди) 9, 10, 11, які закріплено на корпусі датчика, а також ~ підсилювачі 12, 13, 14, пристрій обробки інформації 15, причому вхід датчика 1 - вхідна щілина 2 оптично зв'язана з коліматором З І оптично зв'язана з диспергуючим елементом 5, оптично зв'язаним з вихідними щілинами 6, 7, 8, та фотоелектричними приймачами випромінювань 9, 10, 11, виходи яких відповідним чином підключені до входу підсилювачів 12, 13, 14, виходи яких підключені відповідно до першого, другого та третього входів пристрою обробки Інформації 15, причому диспергуючий елемент 5 - угнуті дифракційні грати, а щілини 6, 7, 8 з фотоелектричними приймачами випромінювань 9,10,11 розміщені усередині датчика 1, таким чином, щоб на них фокусувались три області ультрафіолетового спектру. Вимірювач ультрафіолетового випромінювання працює таким чином. Регульоване випромінювання подають на вхід датчика 1 (вхідну щілину 2). Коліматор 3, закріплений на корпусі 4 датчика 1, оптично зв'язаний з вхідною щілиною 2 формує по перерізу реєстроване випромінювання та подає його на диспергуючий елемент 5, за допомогою останнього УФВ розкладають на три спектральні області, як! виділяються за допомогою трьох вихідних щілин 6, 7, 8. Далі фотоелектричні приймачі випромінювання (фотодіоди) 9,10, 11 перетворюють УФВ в електричні сигнали, пропорційні параметрам (Інтенсивності, потужності) реєстрованого УФВ. ЦІ сигнали підсилюються підсилювачами 12, 13, 14 та подаються на входи пристрою обробки інформації 15, де їх обробляють по визначеному алгоритму і на виході пристрою обробки Інформації 15 формують відомості про реєстровані УФВ з розділом його параметрів, χ на три спектральні області: УФВ-А, УФВ-В, УФВ-С. Перед проведенням вимірів вимірювач градуюють з використанням зразкових джерел УФВ, якими вимірювач може комплектуватися. Рішення може бути реалізовано з використанням виробів, що серійно випускаються. Так, наприклад, у вигляді фотоелектричних приймачів випромінювання можна використовувати будь-які фотодіоди на основі SIC, InAg, GaAs, підсилювачі можуть бути виконані на основі операційних підсилювачів К140УД17, пристрій обробки Інформації - на базі мікропроцесорного набору серії КМ1813ВЕ1. Угнуті дифракційні грати випускаються серійно вітчизняною промисловістю.