Устройство для ослабления излучения Советский патент 1988 года по МПК G01J1/04 

i

С/)

одновременном повишенпи равномерности коэффициента ответвления. Устройство содержит слабители 1 с плоской отражающей поверхностью, концы которого соединены с помощью кронштейнов 10 с двумя держателями 9 (Д), кинематически связанными через две штанги 5 и две пары промежуточных зубчатых колес 8 с двуг-ш неподвижными зубчатыми колесами 7. Ытанги 5 расположены параллельно в одной плоскости

и приводятся в синхронное вращение с помощью цепной передачи и двигателя 12. При этом Л вращаются вдвое быстрее штанг, в одну сторону с ни- i-fli, а ответпитель 1 перемещается в плоскости входного окна 2, перпендикулярно оптической оси устройства, Для повышения равномерности коэффициента ответвление по площади входного окна 2 ось вращения кронштейнов 10 не совпадает с осью вращения Д. 4 ил.

Изобретение относится к энергетической фотометрии непрерывного оптического излучения и предназначено для использования в составе проходных рабочих средств измерения энергетических параметров излучения. Устройство позволяет существенно сократить габариты средств измерения энергетических параметров непрерывного оптического излучения, созданных с ис- пользованием данного устройства, при

,-

1

Изобретение относится к энергетической фотометрии непрерывного оптического излучения, предназначено для использования в составе проходных рабочих средств измерения энерге ги- ческих параметров излучения и может быть также использовано при создании измерителей распределения плотности мощности в сечении пучка излучения, измерителей спектральных, временных и поляризационных характеристик непрерывного излучения, кроме того, позволяет создавать устройства, об- ладающие небольшим относительными габаритами, широким спектральным диа пазоном-и близким к единице коэффициентом пропускания.

Целью изобретения является уменьшение габаритов устройства при повышении равномерности коэффициента от- ветвления средней мощности по площади входного окна.

На фиг.1,2 и 3 приведены схемы исполнения устройства, разрезы| на фиг.4 - графики зависимости неравномерности коэффициента К от координат Y ослабителя относительно оптической оси устройства.

Ослабитель 1 расположен перпендикулярно оптической оси устройства между входным 2 и выходным 3 окнами. Окиа имеют высоту Н и ширину h, а их центры расположены на оптической оси устройства. На расстоянии +М и -М от оптической оси расположены в одно плоскости с оптической осью.парал-б лелыю этой оси две неподвижные оси 4. На осях 4 закреплены на подшипниках две идентичные параллельные штан

10

15

5

35 25

30

ги 5, снабженные противовесами 6. Штанги 5 расположены в плоскости, перпендикулярной оптической оси устройства, -на концах осей 4 расположены два неподвижных зубчатых колеса 7 радиусом г,, находящихся в зацеплении с двумя парами промежуточных колес 8 произвольного радиуса. Удаленные от осей 4 колеса 8 находятся в зацеплении с двумя держателями 9, вьшолненньп-О в виде зубчатых колес радиусом г2 периферии колес 9 расположены два кронштейна 10, жестко связанные с концами ослабителя 1. Оси вращения кронштейнов 10 имеют . точку пересечения с осью ослабителя 1 и расположены на расстоянии b от оси вращения колес 9. Оси колес 9 ,. расположены на одинаковом расстоянии Е. от осей 4. Осп вращения колес 8, держателей 9 и кронштейнов 10 расположены параллельно осям 4. При сборке уст ройства обеспечивается такое начальное угловое положение держателей 9, что при положении оси ослабителя 1 на оптической оси устройства оси вращения колес 8, держателей 9 и кронштейнов 10 расположены в одной плоскости с оптической осью устройства, а ось вращения каждого из кронштейнов 10 находится ца минимальном расстоянии (Р.-Ь) от оси 4. Штанги 5 жестко связаны с двумя зубчатьмн дисками 11, которые кинематически связаны друг с другом и с двигателем 12 с помощью загжнутой цепной передачи 13. Элементы 12 и 13 образуют привод. Корпус 14 устройства снабжен боковьм окном 15, служащим для пропуска ослабленного излучения на внешний преобразователь или анализатор .16 излучения. Размеры окна 15 определяются шириной входного окна h и толщиной с 1 соответственного пучка излучения. Форма сечения ослабителя 1 представлена на фиг.1. Поперечный размер 1 ослабления в 10-20 раз меньше высоположенной, в данном случае, под углом 45 к оптической оси устройства, равна . В общем случае, ослабитель может иметь п, отражающих граней,

ты Н, а ширина отрахсающей грани, y-Z с осью Y, направленной вдоль размера Н, и с началом координат, расположенным на оси вращения штанг 4. Ось X расположена параллельно оптической оси устройства, а ось Z направлена вдоль размера h.

Положение штанг во времени определяется величиной угла их поворота (/(фиг.О. В начальный момент времени угол , ось ослабителя пересекает оптическую ось, а расстояние между осью 4 и осью кронштейна .10 14инимально. Из геометрических соображений следует, что расстояние Y от оси ослабителя до оптической оси устройства связано с углом (f соотношением

35

расположенных под различными углами к оптической оси, что позволяет одновременно измерять п параметров излучения с помощью Пр различньк внеш- ifflx преобразователей излучения. В качестве двигателя 12 может быть ис- 20 пользован синхронный электродвигатель.

Устр ойство работает следующим образом.

Диски 11 с закрепленными на них штангами 5 с помощью двигателя 12 и 25 передачи 13 приводятся во вращение с одинаковой угловой скоростью ы,в одинаковом направлении вращения. При вращении штанг 5 промежуточные зубчатые колеса 8 обкатываются вокруг не- о подвижных колес 7, приводя во вращение держатели 9 с одинаковой угловой скоростью Uj. При этом, так как число промежуточных колес четное (равно двум) и вьшолняется соотношение г, 2г2, то вращение штанг 5 и держателей 9 ПРОИСХОДИТ в одном направлении, а ( и) . При синхронном вращении штанг оси кронштейнов 10, жестко связанные с держателями 9, перемещаются по одинаковым замкнутым криволинергным траекториям, расположенньм в одной плоскости. В общем случае форма траектории будет различно в зависимости от величины отношений R/b и r/rj. При выполнении соотношений ,06М , форма траектории близка к эллипсу, малая полуось которого расположена в одной плоскости с оптической осью устройства. При этом ослабитель 1, жестко связанньм своими концами с кронштейнами 10, совершает возвратно-поступательные движения в плоскости, параллельной плоскости входного окна. За один оборот штанг 5 ослабитель 1 дважды пересекает всю площадь входного окна. Для использования такого устройства в составе рабочих средств измерения энергии

sin (п+Оц,

(1)

где п - соотношение угловых вкорос- тей вращения, ы и а, , (целое число),

п

Wj

То;

iL

(2)

45

50

55

Скорость перемещения ответвителя в направлении оси Y есть его поперечная скорость V , стабильность которой определяет метрологические характеристики устройства. Величина п определяет как форму траектории перемещения концов ответвителя, так и его поперечную скорость V., . При нечетном ,3,5,... скорость V, будет различной при пересечении пучка в различных направлениях. Вследствие этого коэффициент К будет различным для .прямого и обратного пересечений пучка, при этом увеличивается неравномерность коэффищ1ента К по площади входного окна. Поэтому п должно быть четным числом (,4,6...). Однако уже при ,в зависимости от величины b/R неравномерность скорости V.| при HI/P достигает (15-30)%. Таким образом, равномерность повышается только при и г,2г2.

Мохсно показать, что коэффициент К обратно пропорционален скоросуи

и средней мощности излучения необходимо, чтоб, скорость перемещения ослабителя в направлении высоты вход- i ного окна Н была постоянной в пределах всего входного сигнала окна с погрешностью не более 5-6%.

Например, ослабитель.перемещается в плоскости прямоугольных координат

sin (п+Оц,

(1)

где п - соотношение угловых вкорос- тей вращения, ы и а, , (целое число),

Wj

То;

iL

(2)

Скорость перемещения ответвителя в направлении оси Y есть его поперечная скорость V , стабильность которой определяет метрологические характеристики устройства. Величина п определяет как форму траектории перемещения концов ответвителя, так и его поперечную скорость V., . При нечетном ,3,5,... скорость V, будет различной при пересечении пучка в различных направлениях. Вследствие этого коэффициент К будет различным для .прямого и обратного пересечений пучка, при этом увеличивается неравномерность коэффищ1ента К по площади входного окна. Поэтому п должно быть четным числом (,4,6...). Однако уже при ,в зависимости от величины b/R неравномерность скорости V.| при HI/P достигает (15-30)%. Таким образом, равномерность повышается только при и г,2г2.

Мохсно показать, что коэффициент К обратно пропорционален скоросуи

V в данной точке входного окна. При этом относительное отклонение (У коэффициента К от его значения при If -O численно равно отклонению скорости Vj от его значения для (0. Отсюда следует, что величина оП определяется соотношением

Л v (i{|y -0-100%, (3)

Величина Y; определяется для дан

где V,(Y)- скорость ослабителя в точке, находящейся на расстоянии от оптической оси устройства Vj(O)- скорость ослабителя при и (/ 0.

г

i

ного cf. из соотношения (1). Из соотношения (1) при путем дифферен- цирования по времени t Ч /1 следует соотношение для

dY dt .( cos ZLf) .(4)

Нз соотношений (3) и (4) следует ( ).1оо%(5)

По определению величина (%) есть неравномерность коэффициента К

по площади входного окна устройства, В каждый момент времени величины Y и с/ ц однозначно определяются соотношениями (1) и (5) через заданные параметры Pv,b и ) о Неравномерность коэффициента К будет минимальной, если для заданных R и Н величина b будет такова, что наибольшее отрицап л ivitli

тельное значение численно равно наибольшему положительному значению

На фиг.4 представлены полученные из соотношений (1) и (5) графики зависимости величины (%) , от расстояния Y (отн„ед,) от оптической оси устройства до оси ослабителя при различных величинах b. Для удобства сравнения на всех графиках величина (Р+Ь), определяющая габариты устройства, одинакова и равна единице. Точки, соответствунщие величинам + tf J к - (f отмечены точками а...а5И c.-.Cj соответственно. График при соответствует движе

0

5

нию концов ослабителя по окружности. Нз графиков на фиг.2 следует, что в области значений ,06R величина ± ( превышает 6% при максимальной высоте входного окна Н i ril ,5(R+b) .Значение Ь,06Кдля данного устройства является максимально допустимым, так как при Ь70,06Р при незначительном увеличении размера Н существенно возрастает абсолютное значение величин ± «/ JJ , что ухуд шает метрологические характеристики устройства.

Нз соотношений (1) и (5) и графиков на фиг.2 следует, что при любом ,06R. габариты предлагаемого устройства будут всегда меньше,-чем у известного, а равномерность коэффициента ослабления выше. При использовании устройства в составе рабочего средства измерений наиболее целесообразно выбирать значения b в интервале b(0,05-0,06)R, при этом величина

пмыкс

лежит в пределах (2-6)%, а

0

5

0

5

0 5

размер Н входного окна лежит в пределах 1,2-1,5 (R+b).

Из фиг.1 следует, что габариты устройства определяются его наибольшими размером - шириной В, измеряемой вдоль размера h. Высота устройства, равная 2(R+b), и его толщина L будут всегда меньше В. Для того, чтобы при вращении штанг не происходило попадания подвижных элементов устройства в пределы входного окна, оси 4 (фиг,1) должны быть удалены на достаточное расстояние И от оптической оси устройства.

Величины М и В определяются геометрическими следующими соотношениями:

M7/0,5h + R + г, ,(6)

В /411 - h(7)

при и ,2-, при и ,1j при и ,4

Ширина В п известного определяется допустимой относительной неравномерностью + (%) коэффициента К на края:: и в центре входного окна шириной h

/ Г (--Н- -1) -1007 i--1oo%.

L L

(8)

Из соотношения (8) следует, что для заданной ширины h ширина В равна

(.. + 1) к

.. ,

I -Я/,6Ь

В„ 26,0h

,7/51, Oh

Из сравнения величин В и В для одного и того же заданного значения ширины входного окна и заданной неравномерности следует, что

габариты предлагаемого устройства могут быть вьтолнены существенно (в 5-10 раз) меньЕшми, чем в известном .

Применение устройства позволяет создать на его основе малогабаритные проходные средства измерения энерге, тических и ряда других параметров оптического излучения, обладакшще близким к единице коэффициентом пропуска- ния, что способствует их более широ-г кому распространению. Это, в свою очередь, содействует обеспечению единства измерений в области энергетической фотометрии непрерывного из- лученияо Повышенная равномерность коэффициента ослабления по площади входного окна обеспечивает более высокую точность измерений параметров непрерьшного оптического излучения, что дает положительньй эффект при использовании проходных-средств измерен ния в процессе испытаний и промьшшен- ной эксплуатации различных источников непрерывного оптического излуче- ния.

Устройство может быть использовано и автономно (в качестве высокоточного малогабаритного ответвителя) в тех случаях, где требуется повышен- ная равномерность коэффициента ответвления по площади входного окна, например, при проведении научных исследований, что повышает точность таких исследований.Формула изобретения

Устройство для ослабления излучения, содержащее размещенные в корпусе

10

fS

20- 25 г 30эг дО

д

между входным и выходныь окнами, рас- положенныьш па оптической оси устрой- ства ослабитель с плоской отражающей поверхностью, расположенной под острым углом к оптической оси, при этом площадь отражающей поверхности меньше площади сечения пучка излучения, и блок перемещения ослабителя, кинематически связанный с приводом, отличающ ееся тем, что, с целью уменьшения габаритов устройства при повышении равномерности коэффициента ослабления мощности по площади входного окна, блок перемещения ослабителя выполнен в виде двух идентичных симметрично расположенных относительно оптической оси устройства передаточных механизмов, включающих кинематически связанные две параллельные штанги, два неподвижных зубчатьЕХ колеса, две пары промежуточных зубчатых колес, два держателя, два кронштейна и два диска, жестко связанньсс со штангами, и с приводом, при этом концы ослабителя жестко связаны с кронштейнами, штанги расположены в одной плоскости, перпендикулярной оптической оси устройства, оси их вращения лежат на одинаковом расстоянии от оптической оси устройства, оси вращения промежуточных зубчатых колес, держателей и кронштей- юв параллельны оси вращения штанг, а геометрические параметры устройства связаны соотношениями

,06R, r,2r, fP/0,5h+R+r2 ,

где b - расстояние от оси вращения дерх ателя до оси вращения кронштейна;

R - расстояние от оси вращения

штанги до оси вращения дерхса- теля ,

радиус неподвижного зубчатого

колеса;

радиус держателя; М - расстояние от оптической оси

устройства до оси вращения

штанги-, h - ширина входного окна.

;v

у, отн. ед

I

v

5

-д -б 8 5к.7с Неравномерность коздз1рициента К 6 зависимости Ofn положения огпЗетЗителя ФиъЛ