УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК G01J5/02 

Изобретение относится к аналитической технике, а именно к устройствам для визуализации инфракрасного излучения, преимущественно в дальней области.

Известно устройство для визуализации и оценки распределения плотности мощности инфракрасного излучения, содержащее набор последовательно установленных тонкостенных экранов, на которые воздействуют излучением.

Недостатком известного устройства является его одноразовость и невозможность непрерывного контроля излучения.

Известно также устройство для визуализации инфракрасного излучения, содержащее подложку с нанесенным на нее чувствительным к излучению с данной длиной волны покрытием-специальные фотопленки [1] .

Недостатком известного устройства является необходимость ослабления излучения до весьма малых уровней плотности мощности, а также невозможность синхронного с воздействием контроля за излучением, поскольку требуется обработка пленки.

Известно устройство для визуализации инфракрасного излучения, принятое авторами за прототип, содержащее подложку и нанесенное на нее покрытие - термографический люминофор и систему дистанционной регистрации. При регистрации происходит тушение люминесценции в месте локального нагрева, вызванного поглощением инфракрасного излучения [2] .

Недостатком известного устройства является необходимость использования дополнительного источника ультрафиолетового излучения для освещения люминофора, а также невозможность использования устройства при уже относительно невысоких плотностях мощности из-за разрушения покрытия и подложки.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и диапазона измерений.

Цель достигается тем, что устройство снабжено системой регистрации температуры внешней поверхности покрытия и ее распределения, механизмом одновременного вращательного и поступательного перемещения подложки в плоскости, перпендикулярной излучению, и механизмом поступательного перемещения по направлению излучения, подложка выполнена из высокотеплопроводного материала, покрытие - из материала с малой теплопроводностью и высоким коэффициентом поглощения инфракрасного излучения; подложка снабжена каналами для прокачки охлаждающего агента; механизм перемещения подложки в плоскости, перпендикулярной излучению, выполнен с возможностью последовательных перемещений с шагом, большим апертуры пятна излучения; поверхность подложки, обращенная к покрытию, выполнена зеркально отражающей; покрытие выполнено в виде слоя частиц; частицы дискретно распределены по подложке с заданным затенением ее поверхности.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - схема механизмов перемещения; на фиг. 3 - схема подложки и покрытия из частиц; на фиг. 4 - схема дискретного расположения частиц на подложке.

Устройство для визуализации инфракрасного излучения содержит подложку 1, чувствительное к излучению тонкостенное покрытие 2, систему 3 регистрации температуры внешней поверхности покрытия и ее распределения, механизм 4 перемещения подложки в плоскости, перпендикулярной излучению, механизм 5 перемещения по направлению излучения, каналы 6 для прокачки охлаждающего агента, частицы 7 покрытия.

Система регистрации температуры и ее распределения может быть выполнена, например, на основе тепло- или телевизионной системы и включать в себя камеру 8, магнитофон 9, дисплей 10 или/и ЭВМ 11. Механизм перемещения в плоскости, перпендикулярной излучению, может содержать электродвигатель 12, вал которого посредством кулачка 13 связан с рычагом 14, один конец которого закреплен в шарнире 15, а на другом закреплена с возможностью вращения подложка 1, связанная, например, посредством шкива с валом электродвигателя 12. Вся система установлена на платформе 16, рычаг 14 и платформа 16 связаны пружиной 17. Механизм 5 перемещения по направлению излучения может содержать электродвигатель 18, связанный с опорами, на которых установлена платформа 16 с возможностью ее перемещения.

Устройство работает следующим образом. Под воздействием инфракрасного излучения (например, с длиной волны λ = 10,6 мкм) покрытие разогревается и начинает излучать в видимом диапазоне длин волн. Температура покрытия в данной точке пропорциональна плотности мощности падающего излучения и, таким образом, по уровню температуры покрытия в данной точке определяют уровень мощности излучения в соответствующей точке луча, а по распределению температуры по покрытию определяют распределение мощности в луче. Выполнение покрытия из материала с малой теплопроводностью и высоким коэффициентом поглощения падающего излучения позволяет обеспечить быстрый разогрев покрытия, при этом снижается переток тепла вдоль покрытия, что повышает точность регистрации неоднородностей нагрева, а следовательно, и распределения мощности в луче. Тепло, воспринимаемое покрытием, за счет теплопроводности сбрасывается в подложку. При малых временах работы и высоких уровнях мощности излучения подложка может выполняться неохлаждаемой и работать на теплоемкость. Выполнение подложки из высокотеплопроводного материала обеспечивает быстрый отток тепла от покрытия и его равномерное распределение по всему объему подложки. При высоких уровнях мощности и больших временах работы тепло, поступающее в подложку, может сниматься с помощью охлаждающего агента, прокачиваемого по специальным образом выполненным в подложке каналам.

Перемещение подложки в плоскости, перпендикулярной излучению, в том числе с шагом, большим апертуры пятна излучения, т. е. постоянное перемещение пятна излучения по покрытию и подложке, позволяет обеспечить термическую стойкость покрытия и подложки, повысить разрешающую способность и уменьшить постоянную времени устройства. При этом перемещение устройства (пятна излучения) из одной зоны покрытия на другую, не подвергавшуюся воздействию зоны, целесообразно осуществлять за время, меньшее постоянной времени регистрирующей температуру системы.

Выполнение поверхности подложки, обращенной к чувствительному к излучению покрытию, зеркально отражающей позволяет обеспечить лучший и равномерный контакт покрытия и подложки, оптимальные условия для перетока тепла. Выполнение покрытия в виде слоя частиц позволяет повысить разрешающую способность устройства благодаря тому, что теплообмен между соседними частицами хуже, чем между соседними участками сплошного покрытия. В качестве материала частиц покрытия целесообразно выбирать материалы с анизотропными свойствами, например, различной теплопроводностью поперек и по направлению падающего излучения.

Выполнение поверхности подложки зеркально отражающей излучению и дискретное распределение частиц по подложке с заданным затенением ее поверхности позволяют использовать устройство не только для визуализации излучения, но и как формирующую систему для одновременного с визуальным контролем использования излучения в целях технологии, изучения воздействия на материалы и т. п. Такое выполнение устройства целесообразно, помимо прикладных задач, при работе вдали от фокуса-при большой апертуре пятна и невысоких плотностях мощности излучения.

Механизм перемещения по направлению излучения позволяет точно определять место нахождения фокуса луча, воздействующего на покрытие. При этом совместная работа двух механизмов перемещения - вдоль и поперек луча - позволяет за счет быстрого прохождения фокуса исключить повреждение элементов устройства. В качестве материалов покрытия могут использоваться, например, окись алюминия, магния, покрытия и др. В качестве частиц покрытия могут использоваться, например, сажистые частицы, осаждаемые на подложку из пламени углеродов, другие специальные частицы, внедряемые в подложку, например, бомбардировкой и т. п.

Степень затенения поверхности частицами определяется потребной точностью измерения распределения параметров в луче или из условий потребного ослабления излучения, формируемого для дальнейшего использования.

В качестве системы охлаждения подложки целесообразно использовать системы на основе фазовых переходов охлаждающего агента. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1107623, кл. G 01 J 5/12, 1976.

2. Тезисы докладов III Всесоюзной научно-технической конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение". М. : ВНИИОФИ, 1979, с. 262-263.

Сущность: в устройстве для визуализации излучения, содержащем мишень и систему дистанционной регистрации излучения мишени, для расширения функциональных возможностей и повышения точности мишень выполнена с возможностью одновременного поступательного и вращательного перемещения в плоскости, перпендикулярной оптической оси устройства, и поступательного перемещения вдоль оси устройства, причем на приемной поверхности мишени выполнено поглощающее покрытие, теплопроводность которого много меньше теплопроводности мишени, мишень выполнена с возможностью дискретных перемещений, а шаг перемещения превосходит диаметр входной апертуры устройства, на приемной поверхности мишени выполнены зеркально отражающие участки, равномерно распределенные по ее поверхности. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее мишень и систему дистанционной регистрации излучения мишени, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности, мишень выполнена с возможностью одновременного поступательного и вращательного перемещения в плоскости, перпендикулярной к оптической оси устройства, и поступательного перемещения вдоль оптической оси устройства, а на приемной поверхности мишени выполнено поглощающее покрытие, теплопроводность которого много меньше теплопроводности мишени. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что мишень выполнена с возможностью дискретных перемещений в плоскости, перпендикулярной к оптической оси устройства, а шаг перемещения превосходит диаметр входной апертуры устройства. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что на мишени выполнены зеркально отражающие участки, равномерно распределенные по ее поверхности.