Калориметричний вимірювальний перетворювач

1. Калориметричний вимірювальний перетворювач для вимірювання енергетичних характеристик лазерного випромінювання, що містить розміщені в термостаті ідентичні робочий і компенсаційний приймальні елементи, розташовану між ними термоелектричну секцію, який від C2 1 3 вхідного лазерного випромінювання. Термоелектричні секції перетворювача ПІ-4, подібно до секцій перетворювача ІМО-2Н, контактують кожна з одним приймальним елементом і корпусом, з'єднані послідовно і електрично ввімкнені назустріч одна до одної. Недоліком цього аналога, властивим також і вимірювачу ІМО-2Н, є неідентичність характеристик термоелектричних секцій робочого і компенсаційного приймальних елементів, зокрема нестабільність характеристик у часі, що приводить до збільшення похибки вимірювань унаслідок неточної компенсації впливу зміни параметрів навколишнього середовища. За прототип взято калориметричний вимірювальний перетворювач [4], що зображено на фіг. 1, на якому показано робочий 1 і компенсаційний 2 приймальний елементи і розташовану між ними термоелектричну секцію 3, які розміщені в термостаті 4. Недоліком прототипу, характерним, втім, для всіх відомих твердотільних калориметричних вимірювальних перетворювачів, є відмінність коефіцієнта чорноти приймального елементу від одиниці (тобто частина вхідного лазерного випромінювання не поглинається приймальним елементом, а розсівається назад в простір) і наявність зонної характеристики приймального елементу (тобто зміна коефіцієнта чорноти по апертурі приймального елементу). Похибка вимірювання енергії лазерного випромінювання, обумовлена вказаними чинниками, домінує серед всіх інших складових загальної похибки вимірювання [5], що підтверджує важливість усунення цього недоліку твердотільних калориметричних вимірювальних перетворювачів. В основу винаходу покладена задача підвищення точності і надійності вимірювання енергетичних параметрів лазерного випромінювання. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в калориметричний вимірювальний перетворювач для вимірювання енергетичних характеристик лазерного випромінювання, що містить розміщені в термостаті ідентичні робочий і компенсаційний приймальні елементи і розташовану між ними термоелектричну секцію, згідно з винаходом, кожний приймальний елемент виконано у вигляді повного и урізаного конусів, що суміщені основами, а отвір урізаного конуса є вхідним вікном вимірювального перетворювача. Крім того, поставлена задача вирішується за рахунок того, що вісі урізаного і повного конусів приймального елементу перетинаються під кутом, параметри якого вибрані так, що урізаний і повний конуси мають загальну дотичну площину, компенсаційний приймальний елемент виконано ідентичним з робочим приймальним елементом і встановлено біля нього з проміжком дзеркально симетрично так, що дотичні площини компенсаційного і робочого приймальних елементів паралельні, а термоелектрична секція розташована між робочим і компенсаційним елементами і укладена по всій довжині останніх. Оскільки пучок лазерного випромінювання, енергія якого вимірюється, має малу кутову розбі 88058 4 жність, а розсіяне приймальним елементом випромінювання розповсюджується у великому просторовому куті, то для зменшення частки неконтрольованого розсіяного випромінювання необхідне вхідне вікно вимірювального перетворювача віднести як можна далі від місця падіння пучка випромінювання на поверхню приймального елементу, а випромінювання, що розсіяне приймальним елементом, або повернути назад в приймальний елемент, або зміряти його енергію і внести поправку в результат вимірювання. Зрушення місця попадання вимірюваного пучка від підстави конічного приймального елементу до його вершини (щоб віддалити область розсіяння від вхідного вікна) не вирішує проблеми, оскільки при такому зрушенні зменшується число переотраженій в конусі приймального елементу, в область вершини конуса потрапляє більше випромінювання і розсіювання збільшується (оскільки вершина конуса приймального елементу - найбільш неблагополучна область з погляду розсіювання). Таким чином, виникає технічна суперечність щоб зменшити розсіювання, треба відсунути місце попадання пучка від вхідного вікна, але відсовувати його не можна, оскільки зростає розсіювання від області вершини конуса. Технічна суперечність, що виникла, усувається зміною форми приймального елементу. Приймальний елемент виконується у вигляді двох тонкостінних конусів (у окремому випадку, ідентичних), суміщених основами, що дозволяє зберегти високу чутливість і технологічність приймального елементу в порівнянні з будь-якою іншою його формою. Для утворення вхідного вікна вершина одного з конусів відсікається, а термоелектрична секція укладається по всій довжині приймального елементу з двох суміщених підставами конусів. Платити за розв’язання технічної суперечності доводиться деяким збільшенням довжини (в розумних межах) приймального елементу, але це збільшення не критично, оскільки пучок вимірюваного лазерного випромінювання має високу спрямованість. Калориметричний вимірювальний перетворювач, який запропоновано, (можливий варіант) зображено на фіг. 2, де робочий приймальний елемент 1 виконано у вигляді двох тонкостінних конусів (у окремому випадку, ідентичних), суміщених основами. Верхівка одного з конусів відрізана для утворення вхідного вікна, а осі урізаного і повного конусів перетинаються під кутом, який вибраний так, що урізаний і повний конуси мають загальну дотичну площину. Компенсаційний приймальний елемент 2 виконано ідентичним з робочим приймальним елементом і встановлено біля нього так, що дотичні площини компенсаційного і робочого приймальних елементів паралельні. У проміжку між робочим і компенсаційним приймальними елементами по всій довжині останніх укладена термоелектрична секція 3, що контактує з обома приймальними елементами. 5 88058 Обидва приймальні елементи і термоелектрична секція розміщені в масивному корпусі 4, який служить пасивним термостатом. Працює запропонований пристрій таким чином. Вимірюване лазерне випромінювання поступає в робочий приймальний елемент 1 уздовж стінки вхідного урізаного конуса і нагріває робочий приймальний елемент. Частина випромінювання, розсіяна назад, поглинається стінками вхідного урізаного конуса і додатково нагріває приймальний елемент. Термоелектрична секція 3 виробляє сигнал, пропорційний різниці температур робочого 1 і компенсаційного 2 приймальних елементів. Фонове засвічення потрапляє одночасно в робочий 1 і в компенсаційний 2 приймальні елементи і, отже, не впливає на величину вихідного сигналу термоелектричної секції. Таким чином, завдяки тому, що в пропонованому калориметричному вимірювальному перетворювачі приймальний елемент виконано у вигляді двох суміщених основами тонкостінних Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 6 конусів, в одному з яких поглинається, в основному, падаюче лазерне випромінювання, а в другому - усрізаному, - розсіяна назад частина падаючого випромінювання, що додатково нагріває приймальний елемент, і досягається зменшення похибки вимірювань, обумовлене відмінністю коефіцієнта чорноти приймального елементу від одиниці і наявністю зонної характеристики приймального елементу. Література 1. Іващенко П.А, Калінін Ю.А., Морозов Б.Н. "Вимірювання параметрів лазерів", Москва, Видавництво стандартів, 1982р., стор.45. 2. Паспорт ІМО-2Н 3. Паспорт П1-4ТН 33.000 ПС 4. Заявка на патент №а200613679 від 25.12.06р. 5. Загорській Я.Т., Котюк А.Ф. "Основи метрологічного забезпечення лазерної енергетичної фотометрії", Москва, Видавництво стандартів, 1990р., стор.100. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601