Розрядно-оптичний пристрій

Реферат: Розрядно-оптичний пристрій містить генератор високої напруги, корпус, фотоприймач, розрядний проміжок, фільтр завад, електрод у вигляді періодичної струмопровідної комірчастої структури та оптичну систему з лінз, у фокусі якої знаходиться фоточутливий елемент фотодіода. UA 77291 U (12) UA 77291 U UA 77291 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до приладів для контролю якості та стану твердих тіл і рідин. Контроль здійснюється за допомогою поверхневого газового розряду, і модель може бути використана у дефектоскопії та приладах контролю якості та стану певних об'єктів. Відомий розрядно-оптичний пристрій, який складається з корпусу, генератора високої напруги, фотоприймача, розрядного проміжку, оптично прозорого електроду та фільтру завад, описаний у патенті України на корисну модель № 11160 «Розрядно-оптичний пристрій» автора Ю.Г. Добровольського, Бюл. № 12 15.12.05. [1]. Згідно згаданій корисній моделі оптично прозорий електрод виконаний з окислів металів або їх сумішей. Недоліки згаданого розрядно-оптичного пристрою полягають у тому, що під впливом струмів високої напруги, які створюють поверхневий розряд, адгезійні властивості нанесених на скло розрядного проміжку шарів окислів металів або їх сумішей погіршуються. Наслідком цього є зміна оптичних властивостей оптично прозорого електроду, а саме збільшення його коефіцієнтові поглинання та розсіювання. Це веде до спотворення результатів вимірювання фотосигналів, які генеруються на поверхні розрядного проміжку. Близьким до запропонованої корисної моделі є розрядно-оптичний пристрій, описаний у патенті України на корисну модель № 59309 «Розрядно-оптичний пристрій» авторів: Ю.Г. Добровольський, В.О. Петренко, Бюл. № 9. 10.05.2011 [2], який містить оптично прозорий у робочому діапазоні довжин хвиль розрядний проміжок та електрод, оптично прозорий для робочого діапазону довжин хвиль, які є електрично ізольованими від корпусу муфтою з діелектричного матеріалу, при цьому оптично прозорий у робочому діапазоні довжин хвиль електрод виконаний періодичною струмопровідною комірчастою сітчатою структурою, яка поглинає і відбиває не більше п'ятдесяти відсотків оптичного потоку, який на неї падає, а фотоприймач розташований від розрядного проміжку на відстані, яка визначається його кутом поля зору та протяжністю електричного поля, створеного у розрядному проміжку. Недоліки згаданого розрядно-оптичного пристрою наступні. - Недостатня чутливість до малих значень інтенсивності оптичного випромінювання, яка генерується в умовах газорозрядної візуалізації. Задача - створення розрядно-оптичного пристрою підвищеної чутливості до малих значень інтенсивності оптичного випромінювання, яка генерується в умовах газорозрядної візуалізації. Вирішення поставленої задачі досягається тим, що: 1. Згідно фіг. 1, під струмопровідним комірчастим електродом (1) міститься оптична система з лінз (2) у фокусі якої (F) знаходиться фоточутливий елемент фотодіода (3), при цьому площа фоточутливого елемента обернено пропорційна до фокусної віддалі лінзи. Відповідність критерію "новизна" запропонованому розрядно-оптичному пристрою забезпечує та обставина, що заявлена сукупність ознак не міститься ні в одному з об'єктів існуючого рівня техніки. Промислове використання корисної моделі не вимагає великих витрат, спеціальних матеріалів та технологій, його реалізація можлива на виробництвах України і за її межами. Приклад конструкції розрядно-оптичного пристрою. Розрядно-оптичний пристрій у корпусі із текстоліту марки А (ГОСТ 5-78), який відрізняється високими значення пробивної напруги - до 15 кВ. Розрядний проміжок виконано з оптичного скла марки КУ-1, яке має коефіцієнт пропускання не менше 0,95 у спектральному діапазоні від 200 до 2000 нм. Його товщина складає близько 700 мкм. Товщина розрядного проміжку визначалась по максимальній освітленості, яка випромінювалась при пробої розрядного проміжку. Вимірювання освітленості здійснювалось яскравоміром Тензор-28 виробництва НВФ «Тензор». Оптично прозорий електрод діаметром 60 мм виготовлявся з латунної сітки Л-80 діаметр волокна якої 0,1 мм. Комірки сітки мають розмір 0,160,16 мм. Електрод з сітки Л-80 з'єднується з генератором високої напруги відповідним провідником із роз'ємом. В конструкції розрядно-оптичного пристрою як фотоприймач використовувався фотодіод ФД-288В на основі кремнію, який є чутливим у спектральному діапазоні 300-1010 нм, характеризується малими зворотними струмами та підвищеною чутливістю в ультрафіолетовій та видимій ділянці спектру. Площа фоточутливого елементу (ФЧЕ) фотодіоду ФД-288В складає 2 100 мм . Оптична система розрядно-оптичного пристрою виконана у вигляді двоопуклої лінзи зі скла марки КУ-1, яке має коефіцієнт пропускання не менше 0,95 у спектральному діапазоні від 200 до 2000 нм, що перекриває діапазон чутливості фотодіода ФД-288В. Фокусна віддаль лінзи складала 30 мм. Джерело випромінювання, створюване в умовах газорозрядної візуалізації, випромінює в усі боки ізотропно. 1 UA 77291 U 5 10 15 20 Тому на ФЧЕ фотодіода потрапляє лише частина генерованого випромінювання, яке падає на ФЧЕ по нормалі. Решта випромінювання розсіюється і поглинається в корпусі розряднооптичного пристрою. При малих значеннях інтенсивності випромінювання чутливості фотодіоду -4 2 може не вистачати. Наприклад, при інтенсивності потоку випромінювання 10 Вт/м на довжині -4 2 -9 хвилі 0,55 мкм фотодіод з площею 10 м може згенерувати фотострум приблизно 10 А при чутливості фотодіоду до згаданої довжини хвилі 0,3 А/Вт. При інтенсивності випромінювання 10 8 2 -13 Вт/м , фотострум буде складати приблизно 10 А, що неможливо зафіксувати на рівні власних шумів фотодіоду. Цю проблему розв'язує оптична система у вигляді двоопуклої лінзи. Вона застосовується для збирання не тільки випромінювання, яке потрапляє на ФЧЕ по нормалі, а і з усієї площі, на якій воно генерується в умовах газорозрядної візуалізації. Згідно проведеним дослідженням, застосування оптичної системи дозволяє збільшити -8 2 -13 -11 величину фотоструму при інтенсивності потоку випромінювання 10 Вт/м з 10 А до 10 А, що цілком достатньо дня попереднього підсилення та подальшої обробки фотосигналу. Із збільшенням фокусної віддалі лінзи потік випромінювання, який лінза фокусує на ФЧЕ, послаблюється. Для компенсації цього явища застосовується фотодіод із більшою площею ФЧЕ, оскільки загальний фотострум, який генерується випромінюванням, залежить від площини ФЧЕ, яку він освітлює. Визначається збільшення площини ФЧЕ згідно закону обернених квадратів, за яким інтенсивність випромінювання (Е), створена джерелом випромінювання, визначається як:  25 30 35 40 45 50 55  r2 cos i, де r - відстань від джерела до об'єкта; I - сила світла точкового джерела; i - кут падіння променів відносно нормалі до поверхні. В запропонованому пристрої був використаний іскровий генератор, з якого на електрод подаються пакети імпульсів тривалістю 5 мс з частотою 50 Гц та напругою до 5000 В, при цьому кожен пакет в свою чергу складається з окремих імпульсів, частота слідування яких регулюється в діапазоні від 50 до 1000 Гц. Перелік графічних матеріалів Креслення представляє схематичну будову пристрою за п. 1 з показанням зображення розрізу розрядно-оптичного пристрою, розташуванням в ньому розрядного проміжку, оптично прозорого електроду, оптичної системи у вигляді двоопуклої лінзи та фотоприймача. При включенні генератора на струмопровідний оптично прозорий електрод (1) через вивід (7) подається висока напруга. В розрядному проміжку (5) з'являється зображення об'єкту, який розташований на його поверхні, відоме під назвою газорозрядної візуалізації, описаної зокрема у статті "Изучение физики процесса газорозрядной визуализации ("Єфект Кирлиан"), авторів Баньковского Η.Г. та Короткова К.Г. Листи в ЖТФ. - 1982. - 8.4. - С. 216-220 [3]. Це зображення створює потік оптичного випромінювання, яке досліджується фотоприймачем (4). Провідний оптично прозорий електрод (1) виконаний у вигляді періодичної струмопровідної комірчастої структури, яка поглинає і відбиває не більше п'ятдесяти відсотків оптичного потоку, який на неї падає. Це забезпечує потрапляння на фотоприймач не менше 50 відсотків оптичного випромінювання, яке генерується в умовах поверхневого газового розряду на поверхні розрядного проміжку (5). Потік оптичного випромінювання, зумовлений явищем газорозрядної візуалізації, який падає в напрямку фотоприймача за нормаллю та під кутом до нього, фокусується оптичною системою у вигляді двоопуклої лінзи (8), яка збирає розсіяне в розрядно-оптичному пристрої випромінювання і направляє його у точку фокусної віддалі (F). Кріплення лінзи (8) у корпусі пристрою (2) забезпечується гайкою (9). Сфокусоване лінзою випромінювання поглинається фотоприймачем (4), який генерує фотострум. По електричним провідникам (6) фотострум передається через фільтр завад на блок реєстрації оптичного випромінювання. Фільтр завад запобігає впливу електромагнітних завад, що можуть утворюватись за рахунок близького розташування розрядного проміжку та фотоприймача, на покази фотоприймача. Таким чином, конструкція запропонованого розрядно-оптичного пристрою має підвищену чутливість до малих значень інтенсивності оптичного випромінювання, яка генерується в умовах газорозрядної візуалізації у порівнянні із прототипом, оскільки в ній застосовано оптичну систему із двоопуклої лінзи, яка, згідно наших досліджень, здатна при малих значеннях інтенсивності збільшити фотострум фотодіоду щонайменше на два порядки на довжині хвилі 0,55 мкм. 2 UA 77291 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Розрядно-оптичний пристрій, який містить генератор високої напруги, корпус, фотоприймач, розрядний проміжок, оптично прозорий у робочому діапазоні довжин хвиль, фільтр завад, оптично прозорий у робочому діапазоні довжин хвиль електрод у вигляді періодичної струмопровідної комірчастої структури, який відрізняється тим, що під струмопровідним комірчастим електродом міститься оптична система з лінз, у фокусі якої знаходиться фоточутливий елемент фотодіода, при цьому площа фоточутливого елемента обернено пропорційна до фокусної віддалі лінзи. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3