УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ И ВИЗУАЛЬНОГО НАБЛЮДЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ИНФРАКРАСНОГО ДИАПАЗОНА Российский патент 1994 года по МПК G01J1/58 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения плотности мощности и визуализации пространственного распределения мощности инфракрасного, миллиметрового, сверхвысокочастотного излучения.

Известен приемник для визуального наблюдения и регистрации электромагнитного излучения [1], содержащий люминесцентный экран и источник ультрафиолетового излучения для возбуждения люминесцентного экрана. Термочувствительный люминесцентный экран помещен в термозащитную кювету с окнами из прозрачной пленки, снабженную терморегулятором для поддержания заданной
температуры, обеспечивающей максимальный термографический эффект термочувствительного люминесцентного экрана. Регистрацию электромагнитного излучения инфракрасного, сверхвысокочастотного диапазона ведут путем визуального наблюдения, фотографирования или другой регистрации изменения интенсивности люминесценции термочувствительного люминесцентного экрана. Для количественной оценки проводят фотографирование и сравнение снимков
термочувствительного люминесцентного экрана, полученного для эталонного и исследуемого источников.

Для такого приемника характерны недостаточная точность и низкий динамический диапазон измеряемой плотности мощности инфракрасного, сверхвысокочастотного излучения. Малый динамический диапазон измеряемой плотности мощности обусловлен
термическим характером воздействия регистрируемого излучения. Недостаточная точность количественных измерений обусловлена рядом причин: во-первых, количественные измерения предполагают фотографирование термочувствительного люминесцентного экрана с последующим фотографированием снимка. В то же время фотоматериалы имеют разброс фоточувствительности по поверхности. Во-вторых, термочувствительный люминесцентный экран характеризуется пространственной неоднородностью интенсивности люминесценции, т.е. количественные
измерения зависят от места нахождения фотоприемника. В-третьих, сложно обеспечивать равномерную засветку термочувствительного люминесцентного экрана ультрафиолетовым излучением, что обуславливает неоднородность его свечения по всей площади и соответственно вызывает ошибки при регистрации инфракрасного, сверхвысокочастотного излучения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для регистрации инфракрасного излучения, содержащее оптически связанные источники ультрафиолетового излучения, прерыватель-ослабитель потоков регистрируемого и ультрафиолетового излучений, люминесцентный экран, установленный в термостатируемой кювете с окнами для ввода ультрафиолетового, регистрируемого излучения, визуального наблюдения и измерения интенсивности люминесценции, путем прерыватель-ослабитель потоков регистрируемого и ультрафиолетового излучений расположен перед окном для ввода регистрируемого излучения, люминесцентный экран и окно для ввода регистрируемого излучения расположены на одной оптической оси, источник ультрафиолетового излучения оптически связан через окно для ввода ультрафиолетового излучения с люминесцентным экраном.

Недостатком этого устройства является низкая точность количественной оценки плотности мощности регистрируемого излучения, обусловленная позиционной чувствительностью используемых фотоприемников и связанная с неоднородностью индикатрисы люминесценции термочувствительного люминесцентного экрана, а также неоднородностью чувствительности фотоприемников по рабочей поверхности (фотоэмульсии, фотокатоды). Кроме того, при использовании в качестве источников ультрафиолетового излучения как лазеров, так и газоразрядных ламп и ламп накаливания сложно обеспечить равномерную засветку термочувствительного люминесцент- ного экрана по всей площади, что приводит к погрешности в измерении плотности мощности регистрируемого излучения и искажению при визуализации истинной картины пространственного распределения его мощности. Также оказывается невозможной визуализации двумерных распределе ний плотности мощности регистрируемых пучков, так как при вращении экрана картина смазывается и при ΔtωR≥ D, где Δ t - длительность регистрируемого импульса, ω - угловая скорость вращения; R - радиус вращательного экрана; D - диаметр входного окна, на экране происходит интегрирование распределения по одной из координат. Вследствие этого устройство не применимо для визуализации стационарных инфракрасных потоков, т.е. оно не обеспечивает требуемого качества наблюдения. Кроме того, такое устройство не может обеспечить точную регистрацию и визуализацию СВЧ-излучения.

Цель изобретения - повышение точности регистрации и качества наблюдения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для регистрации и визуального наблюдения электромагнитного излучения инфракрасного диапазона, содержащем оптически связанные источник ультрафиолетового излучения, прерыватель-ослабитель потоков регистрируемого и ультрафиолетового излучений, люминесцентный экран, установленный в термостатируемой кювете с окнами для ввода ультрафиолетового, регистрируемого излучения, визуального наблюдения и измерения интенсивности люминесценции, причем прерыватель-ослабитель потоков регистрируемого и ультрафиолетового излучений расположен перед окном для ввода регистрируемого излучения, люминесцентный экран и окно для ввода регистрируемого излучения расположены на одной оптической оси, источник ультрафиолетового излучения оптически связан через окно для ввода ультрафиолетового излучения с люминесцентным экраном, дополнительно введены второй прерыватель-ослабитель и фотоприемник для регистрации излучения люминесценции, а термостатируемая кювета выполнена в виде фотометрического шара с внутренним диффузно рассеивающим покрытием, при этом второй прерыватель-ослабитель расположен между источником ультрафиолетового излучения и окном для ввода ультрафиолетового излучения и оптически связан с ними, фотоприемник для регистрации люминесценции расположен в окне для регистрации люминесценции.

Кроме того, для расширения диапазона регистрируемых излучений на диапазон сверхвысоких частот фотометрический шар с окнами и диффузно-рассеивающее покрытие выполнены из материала прозрачного для сверхвысокочастотных колебаний.

На чертеже показана принципиальная схема устройства для регистрации инфракрасного сверхвысокочастотного излучения.

Устройство представляет собой термостатируемую кювету, выполненную в виде фотометрического шара 1 с внутренним светорассеивающим покрытием, например из ВаSO₄ или MgO, и окошками 2,3,4 соответственно для люминесцентного экрана 5, ввода инфракрасного излучения и ультрафиолетового излучения от источника 6, а также окошками 7,8 соответственно для фотоприемника и визуального наблюдения люминесцентного экрана. В окошках 4,7 и 8 установлены светофильтры 9 и 10,11 для выделения ультрафиолетового излучения и излучения люминесценции. Кроме того, устройство содержит модуляторы 12,13 для модуляции потоков ультрафиолетового и регистрируемого излучения, образующие соответственно второй и первый прерыватели. Окошки 2 и 3, снабженные прерывателями-ослабителями потоков лучистой энергии, обеспечивающими возможность постоянной, импульсной одновременной и попеременной засветки регистрирующего экрана с различной длительностью и скважностью, расположены друг против друга по оси фотометрического шара, окошко 8 - под углом менее π стерадиан к оси фотометрического шара со стороны ввода регистрируемого излучения, окошки 4,7 - под углом более 3 π стерадиан к оси фотометрического шара со стороны ввода регистрируемого излучения.

Устройство позволяет работать с термочувствительным люминесцентным экраном, основанным как на эффекте высвечивания запасения светосуммы при термовоздействии, так и на эффекте термотушенимя люминесценции.

В случае применения термочувствительного люминесцентного экрана на эффекте высвечивания запасенной светосуммы предлагаемое устройство работает следующим образом. Модуляторы 12 и 13 находятся в противофазе таким образом, что регистрируемое излучение перекрыто, а ультрафиолетовое излучение падает на диффузно-рассеивающее покрытие фотометрического шара, где рассеивается и равномерно освещается термочувствительный люминесцентный экран 5, обуславливая равномерное по площади термо- чувствительного люминесцентного экрана запасение светосуммы. В последующем цикле модуляторы 12 и 13 находятся в фазе, когда перекрыт ультрафиолетовый поток, а регистрируемое излучение падает на термочувствительный люминесцентный экран, приводя к высвечиванию запасенной светосуммы. Люминесцентное излучение, попадая на внутреннее покрытие фотометрического шара, рассеивается и равномерно засвечивает окошко 10 для фотоприемника, что позволяет точно регистрировать интенсивность люминесцентного излучения независимо от индикатрисы люминесценции и неоднородности фоточувствительности фотокатода используемого приемника. Визуальное наблюдение и фотографическая либо телевизионная регистрации пространственного распределения плотности мощности инфракрасного сверхвысокочастотного излучения осуществляются через окошко 8.

В случае применения термочувствительного люминесцентного экрана на эффекте термотушения люминесценции, предлагаемое устройство работает следующим образом.

В случае, когда оба модулятора отключены и выставлены в режим "пропускание", ультрафиолетовое излучение возбуждает люминесценцию термочувствительного люминесцентного экрана, а инфракрасное сверхвысокочастотное излучение нагревает термочувствительный люминесцентный экран и обуславливает тушение люминесценции. Измерения проводят по относительному изменению интенсивности люминесценции термочувствительного люминесцентного экрана.

Когда модулятор 12 выключен и выставлен на "пропускание", а модулятор 13 включен, энергия регистрируемого инфракрасного сверхвысокочастотного потока уменьшается, что позволяет расширить динамический диапазон мощности измеряемого потока, который определяется скважностью импульсов.

В области сверхвысоких частот непосредственное применение предлагаемого устройства для визуализации и измерения распределения плотности мощности не представляется возможным, так как при увеличении длины волны λ исследуемого излучения до величины, сравнимой с апертурой входного окна d вклад дифрагировавшего на апертуре излучения в распределении плотности мощности на регистрирующем экране становится все более ощутимым, искажая картину, и при λ > d и апертуру можно считать изотропным излучателем вне зависимости от реального распределения плотности мощности в исследуемом электромагнитном поле. Это приводит к полной потере информации о распределении плотности мощности. Путем преодоления данного затруднения устраняется апертурные ограничения входного окна, что достигается изготовлением интегрирующей сферы и ее внутреннего диффузного покрытия из материалов, прозрачных в исследуемом диапазоне частот.

Сущность изобретения: в качестве термостатируемой кюветы используют фотометрический шар (ФМШ). Регистрируемое излучение через модулятор и отверстие в ФМШ падает на люминесцентный экран, который равномерно засвечивается ультрафиолетовым излучением (УФ) источника, падающего на стенку ФМШ. Засветка экрана регистрируемым излучением и УФ разделены во времени благодаря применению двух модуляторов с постоянной разностью фаз. Для визуального наблюдения и фотоэлектрической регистрации служат окошки со светофильтрами, пропускающими только излучение люминесценции экрана. При регистрации сверхвысокочастотных полей ФМШ и диффузно рассеивающее покрытие выполнены из материала, прозрачного для сверхвысокочастотных колебаний. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ И ВИЗУАЛЬНОГО НАБЛЮДЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ИНФРАКРАСНОГО ДИАПАЗОНА, содержащее оптически связанные источник ультрафиолетового излучения, прерыватель-ослабитель потоков регистрируемого и ультрафиолетового излучений, люминесцентный экран, установленный в термостатируемой кювете с окнами для ввода ультрафиолетового, регистрируемого излучения, визуального наблюдения и измерения интенсивности люминесценции, причем прерыватель-ослабитель потоков регистрируемого и ультрафиолетового излучений расположен перед окном для ввода регистрируемого излучения, люминесцентный экран и окно для ввода регистрируемого излучения расположены на одной оптической оси, источник ультрафиолетового излучения оптически связан через окно для ввода ультрафиолетового излучения с люминесцентным экраном, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регистрации и качества наблюдения, устройство дополнительно содержит второй прерыватель-ослабитель и фотоприемник для регистрации излучения люминесценции, а термостатируемая кювета выполнена в виде фотометрического шара с внутренним диффузно рассеивающим покрытием, при этом второй прерыватель-ослабитель расположен между источником ультрафиолетового излучения и окном для ввода ультрафиолетового излучения и оптически связан с ними, фотоприемник для регистрации люминесценции расположен в окне для регистрации люминесценции. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона регистрируемых излучений на диапазон сверхвысоких частот, фотометрический шар с окнами и диффузно рассеивающее покрытие выполнены из материала прозрачного для сверхвысокочастотных колебаний.