Прилад для контролю енергетичних характеристик оптичного випромінювання, створюваного в умовах газорозрядної візуалізації

Реферат: Прилад для контролю енергетичних характеристик оптичного випромінювання, створюваного в умовах газорозрядної візуалізації містить розрядно-оптичний пристрій, джерела електричного поля високої напруженості, засоби вимірювання з фотодіодом, попередній підсилювач фотоструму фотодіода, аналогово-цифровий перетворювач, мікроконтролер та адаптери USB/COM портів. UA 77327 U (12) UA 77327 U UA 77327 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до приладів для контролю енергетичних характеристик оптичного випромінювання, створюваного в умовах газорозрядної візуалізації, і може бути використана у приладах контролю якості та стану рідин та твердих тіл. Відомий розрядно-оптичний пристрій, який складається з джерела електричного поля високої напруженості, переривача імпульсів напруги та засобу вимірювання, блока порівняння вимірюваного сигналу з еталонним, описаний у патенті України на корисну модель № 11159 "Прилад для контролю якості поверхні", авторів Добровольського Ю.Г. та Шабашкевича Б.Г. Бюл. № 12 15.12.05. [1]. Згідно з згаданою корисною моделлю розрядно-оптичний пристрій об'єднаний з фотоприймальним блоком. Недоліки згаданого розрядно-оптичного пристрою полягають у тому, що він не може реєструвати малі фотосигнали, які виникають у фотоприймачі в умовах газорозрядної візуалізації при слабкому світінні об'єкту дослідження. Зокрема, згаданий розрядно-оптичний -9 пристрій забезпечує вимірювання фотострумів, що найменше від 10 А. Окрім того, згаданий пристрій не забезпечує сполучення з персональним комп'ютером, що обмежує можливості аналізу отриманого фотосигналу. Близьким до запропонованої корисної моделі є прилад для контролю енергетичних характеристик оптичного випромінювання, створюваного в умовах газорозрядної візуалізації, описаний у статті "Устройство для экспресс исследования функционального состояния организма человека", авторів Добровольского Ю.Г. та Шабашкевича Б.Г. Актуальні проблеми транспортної медицини. - № 4. - Т. 2. - 2010. - с. 116-121 [2], який містить генератор імпульсів, разрядно-оптичий пристрій, об'єднаний з фотоприймальним блоком, вимірювальний блок, переривач імпульсів напруги, блок порівняння виміряного сигналу з еталонним, при цьому як фотоприймальний блок виступає фотометрична головка, що складається з кремнієвого фотодіоду зі світлофільтром, корегуючим спектральну характеристику фотодіода під криву видності ока. Недоліки згаданого приладу для контролю енергетичних характеристик оптичного випромінювання, створюваного в умовах газорозрядної візуалізації наступні. Недостатня чутливість до малих значень інтенсивності оптичного випромінювання, яка генерується в умовах газорозрядної візуалізації. Відсутність функції передачі результатів вимірювання до персонального комп'ютера, що обмежує аналіз результатів вимірювання. Задача корисної моделі забезпечити підвищену чутливість приладу для контролю енергетичних характеристик оптичного випромінювання, створюваного в умовах газорозрядної візуалізації, до малих значень інтенсивності оптичного випромінювання, яка виникає у фотоприймачі в умовах газорозрядної візуалізації при слабкому світінні об'єкту дослідження, а також забезпечення передачі результатів вимірювання до персонального комп'ютера. Поставлена задача вирішується тим, що: прилад для контролю енергетичних характеристик оптичного випромінювання, створюваного в умовах газорозрядної візуалізації, згідно з корисною моделлю, фотоприймальний блок (3) містить засіб вимірювання споряджений попереднім підсилювачем фотоструму фотодіода (4) та аналогово-цифровим перетворювачем (5), мікроконтролером (6) та адаптером USB порту (7), при цьому попередня обробка фотосигналу здійснюється за допомогою відповідного програмного забезпечення у персональному комп'ютері (8). Промислове використання корисної моделі не вимагає великих витрат, спеціальних матеріалів та технологій, його реалізація можлива на виробництвах України і за її межами. Приклад конструкції приладу для контролю енергетичних характеристик оптичного випромінювання, створюваного в умовах газорозрядної візуалізації. Прилад для контролю енергетичних характеристик оптичного випромінювання, створюваного в умовах газорозрядної візуалізації містить іскровий генератор, з якого на електрод розрядно-оптичного пристрою 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. Розряднооптичний пристрій виконаний 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. 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 іскровим генератором високої напруги відповідним провідником із роз'ємом. До складу фотоприймального блоку входить фотодіод ФД288В на основі кремнію, який є чутливим у спектральному діапазоні 300-1010 нм, 1 UA 77327 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 характеризується малими зворотними струмами та підвищеною чутливість в ультрафіолетовій та видимій ділянці спектру. У конструкції приладу використаний попередній підсилювача на -12 основі мікросхеми МАХ 420 СРА, яка здійснює попереднє підсилення фотосигналу від 10 до -10 410 А. Подальше підсилення фотосигналу до потрібної величини забезпечується підсилювачем постійної напруги КР140УД1408А. Блок цифрування представлений 16розрядним аналогово-цифровим перетворювачем AD7705. Які мікроконтролер використано прилад фірми Atmel AT90USB1286, який має вбудовані контролери USB/СОМ. Саме мікроконтролер містить програмне забезпечення для попередньої обробки фотосигналу та передачі його до персонального комп'ютера. Представлена блок-схема приладу для контролю енергетичних характеристик оптичного випромінювання, створюваного в умовах газорозрядної візуалізації з показом руху електричного струму від іскрового генератора до розрядно-оптичного пристрою, а також із рухом та перетворенням фотоструму від його генерації у фотоприймальному блоці до потрапляння цифрованого сигналу у персональний комп'ютер. При включенні іскрового генератора (1) на електрод розрядно-оптичного пристрою 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. При цьому в розрядному проміжку розряднооптичного пристрою (2) 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 Н.Г. та Короткова К.Г. Листи в ЖТФ. - 1982. - 8. 4. - С. 216-220 [3]. Це зображення створює потік оптичного випромінювання, яке створює фотострум у фотодіоді ФД-288В, який входить до складу фотоприймального блоку (3). Фотосигнал, отриманий у фотоприймальному блоці (3) поступає на попередній підсилювач (4), який загально описаний у статті "Модуль сопряжения измерительного прибора с персональным комп'ютером", авторів Воробця Г.І., Воропаєвої С.Л., Добровольського Ю.Г., Шабашкевича Б.Г., Юрьева В.Г. в Науковому віснику Чернівецького університету. Комп'ютерні системи та компоненти. - 2011. - Т. 2. - Вип. 2. - С. 53-56 [4]. У конструкції приладу використаний попередній підсилювача на основі мікросхеми МАХ 420 СРА, яка здійснює попереднє -12 -10 підсилення фотосигналу від 10 до 410 А, що на два порядки більше, ніж у відомих аналогів. Подальше підсилення фотосигналу до потрібної величини забезпечується підсилювачем постійної напруги КР140УД1408А. В подальшому підсилений фотосигнал цифрується за допомогою 16-розрядного аналоговоцифрового перетворювача AD7705 (5) і передається до мікроконтролера фірми Atmel AT90USB1286 (6), який має вбудовані контролери USB/COM (7). У мікроконтролері цифрований фотосигнал обробляється за допомогою відповідного програмного забезпечення та перетворюється на енергетичні одиниці, які за допомогою вбудованих контролерів USB/СОМ портів, передається до персонального комп'ютера (8). Зокрема вимірювання може 2 здійснюватись в одиницях інтенсивності оптичного випромінювання - Вт/м . При цьому враховується фотосигнал, який визначається за чутливістю фотодіоду до певної довжини хвилі -4 2 у А/Вт та площа фоточутливого елементу фотодіоду, яка у ФД-288В складає 10 м . Мікроконтролер фірми Atmel AT90USB1286 має розвинену периферію, що дозволяє 2 комфортно працювати з шиною І С, клавіатурою та LCD. Саме мікроконтролер містить програмне забезпечення для керування тривалістю імпульсів вихідної напруги джерела електричного поля та програмний блок для попередньої обробки фотосигналу. За необхідності, прилад може бути дообладнаний мікроклавіатурою та LCD екраном для спостерігання за результатами вимірювання без застосування ПК та керування процесом вимірювання (задавання режимів роботи іскрового генератора, зчитування результатів вимірювання, їх запам'ятовування, тощо). Використання попереднього підсилювача на основі мікросхеми МАХ 420 СРА, яка здійснює -12 -10 попереднє підсилення фотосигналу від 10 до 410 А, дозволяє підвищити граничну чутливість приладу у цілому до малих значень інтенсивності оптичного випромінювання, яка генерується в умовах газорозрядної візуалізації, не менше ніж на два порядки у порівнянні із відомими аналогами, що відповідає задачі корисної моделі. Застосування цифрової обробки фотосигналу та перетворення його у програмні коди за допомогою мікроконтролера, а також адоптація отриманого сигналу для передачі в персональний комп'ютер через USB, або СОМ порти, дозволяє забезпечити не лише сполучення приладу з комп'ютером, що відповідає задачі корисної моделі, а подальшу обробку 2 UA 77327 U 5 результатів вимірювання енергетичних характеристик оптичного випромінювання, створюваного в умовах газорозрядної візуалізації. Таким чином, конструкція приладу для контролю енергетичних характеристик оптичного випромінювання, створюваного в умовах газорозрядної візуалізації, забезпечує вимірювання величини інтенсивності оптичного випромінювання, яка є енергетичною одиницею, що найменше на два порядки менше, ніж відомі аналоги. Окрім того, завдяки застосуванню цифрового обладнання (амплітудно-частотного перетворювача та мікроконтролера із вбудованим в нього контролерів USB/СОМ портів), вирішується завдання забезпечення передачі результатів вимірювання до персонального комп'ютера. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Прилад для контролю енергетичних характеристик оптичного випромінювання, створюваного в умовах газорозрядної візуалізації, який складається з розрядно-оптичного пристрою, джерела електричного поля високої напруженості та засобу вимірювання з фотодіодом, який відрізняється тим, що додатково містить попередній підсилювач фотоструму фотодіода, аналогово-цифровий перетворювач, мікроконтролер та адаптери USB/COM портів, при цьому попередня обробка фотосигналу здійснюється за допомогою відповідного програмного забезпечення. Комп’ютерна верстка В. Мацело 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