Приемный оптический блок фотометра Советский патент 1990 года по МПК G01J1/04 

положение относительно ослабителя и фотоприемника подчи1гены новым расчетным соотношениям. Этими мерами обеспечивается частичное устранение зависимости измер-яемой энергии от положения пучка излучения в плоскости апертуры блока и становится возможньм расширение диапазонов размеров и перемещений поступающих на вход пучков излучения. Оптический блок применяться в качестве оптической части фотометров, измеряющих энергию широких пучков, или с флуктуирующей в пространстве диаграммой направленности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике измерения энергетических параметров пучков оптического излучения. Целью является повышение точности измерения энергий пучков излучения размером больше размера приемной площадки фотоприемника. Оптический блок состоит из бленды 1, диффузно-рассеивающего ослабителя 2, диафрагмы 3 и фотоприемника 4. Новым в блоке является оригинальная объемная форма диафрагмы, расположение в одной из плоскостей диафрагмы четырех идентичных фигурных отверстий, а так же то, что размеры элементов диафрагмы и ее расположение относительно ослабителя и фотоприемника подчинены новым расчетным соотношениям. Этими мерами обеспечивается частичное устранение зависимости измеряемой энергии от положения пучка излучения в плоскости апертуры блока и становится возможным расширение диапазонов размеров и перемещений поступающих на вход пучков излучения. Оптический блок может применяться в качестве оптической части фотометров, измеряющих энергию широких пучков, или с флуктуирующей в пространстве диаграммой направленности. 2 ил.

20

25

Изобретение относится к измеритель-15 ной технике в частности техники измеения энергетических параметров пучков оНтического излучения.

Целью является повышение точности измерений пучков излучения диаметром свыше 10 мм«

На фиг. .1 представлена схема-оптического -блока; на фиг. 2 - конс.трук- ция диафрагмы

Блок (фиг.. 1) состоит из светозащитной бленды 1, рассеивающего ослабителя 2, диафрагмы 3 и фотодиода 4. Светозащитная бленда служит для устранения паразитных боковых засветок рассеивающего ослабителя 2, который представляет собой пластину из диф- фузно-рас.сеивающего материала произвольной, .например круглой или квадратной формы. Оптимальная с точки- зрения погрешности измерения форма - квадратная. Диафрагма 3 выполнена в виде полой усеченной пирамиды с квадратными основаниями с размерами сторон (Ъ + с) 2 и 2с и высотой А . 3 плоскости большего основания пирамиды расположены четыре симметричных фигурных отверстий высотой г, обращенных вершинами к центру- диафрагмы Расстояние .от вершины каждого отверстия до центра диафрагмы Ъ + с. Диафрагма 3 может быть выполнена методом штам- повки и выр.убки из тонкой- листовой стали. Фотодиод 4 выполнен с квадратной приемной площадкой, стороны которой параллельны сторонам оснований . диафрагмы 3 и осям рассеивающего ослабителя 2. Все конструктивные эле- менты расположены на одной оптической осио Конструктивные параметры устройства связаны соотношениями. Конфигурация фигурных отверстий описьшается функцией.

Блок (фиг. 1) работает следующим

образом.

Пусть распределение плотности энергии в сечении пучка излучения на по- ,верхности рассеивающего ослабителя 2 описьшается функцией f(x, у), где х и у - координаты точки в плоскости ослабителя 2.

Поток излучения из элементарной площадки dS ослабителя 2, проходящий на приемную площадку фотодиода 4, описывается формулой

df В.. dS О.-

(1)

где В - яркость излучения;

О. - телесный угол, в котором рас- пространяется поток излучения от элементарной площадки dS до приемной площадки фотодиода;

U - угол между нормалью к ослабителю 2 и направлением из точки ослабителя с координатами X, у в центр приемной площадки фотодиода.

В

IP- f W А (х, у) . J ,.ч

д.S

(2)

где I /S - сила света в направлении нормали к рассеивателю 2 с eдиниць площадки S ос- лабителя 2, пропорциональная плотности энергии в - точке ослабителя 2 с координатами X и у;.

А - коэффициент пропорциональности, характеризующий соотношение между световыми и энергетическими единицами измерения; . .

f (Ц)) - индикатрисса рассеивания материала ослабителя 2.

fed) с учетом (2) получают

1) А. f(x, y)-Q. f(q) - dS . (3)

Для

свисающего материала

f{l|)) const, Torha

Обозначим и координаты в плоскости диафрагмы 3, соответствующие

. . .. . 4- j J Dd JL 1

ламбертовского (диффузного) рас- координатам ослабителя х и у и связанные с ними следующими соотношениями:

10

(9)

2 1 1 - . I 2 la

1Ф A f(x, y)Q.) dS.(4)

Из определения телесного угла 52

( (а + 1,,)2

(5)

где Cj площадь основания, на кото-20

рое опирается телесный угол,Поток пр.оходит через центральа - расстояние от ослабителя 2ное отверстие диафрагмы 3 и не зави™

до первой поверхности диаф-сит от координат х, у элементарной

рагмы 3;площадки (фиг. 1). Поток d , расIj - расстояние от первой плоско-25 пространяется в телесном угле, опирасти диафрагмы 3 до приемнойющемся на площадку G g в плоскости поверхности фотодиода 4. фотодиода 4 3 (3) получают .

d(p dip, + 4 d(p. (11)

A- f(x, y)

(a 4 1 ). ° V j

s (6)

CP /( 1)/

I x2 + у2 + (a + 1J2 /

1

х + у (а + 1)2

+ 1

(7)

Тогда

Р А f (х, у)

(а + 1,)

(а + 1) dS xz + y2 + (а + lj)2 j 2

Af(x, у) б (a + IJ

x2 + у2 + (a + l)iJ 2

;i геометрических построений

50

S (pj

Гт) d

( (14)

(8)

a + 1„ 4 г2

б t 4.(.±).4

V a / 1

И; геометрических построений

(фиг. 1) следует, что величина пло- 55 хГ 2j g In 41 щади 0 зависит от координат х, у эле- 2 4 1 2 4

ментгрной площадки dS. Это обеспечи вается формой диафрагмы 3 и расположением конструктивных элементов устройГ я Используя соотношение - :г-г

t 3 т Хр

16084356

ства в соответствии с соотношениями, приведенньми в формуле, изобретения.

Обозначим и координаты в плоскости диафрагмы 3, соответствующие

. . .. . 4- j J Dd JL 1

координатам ослабителя х и у и связанные с ними следующими соотношениями:

(9)

2 1 1 - . I 2 la

Площадь (j основания телесного угла можно представить как

б , (У. XtD Соответств енно весь поток dp мсхно представить как сумму

d(p dip, + 4 d(p. (11)

30

)i.,.

(12)

Поток d (pу проходит через фигурные отверстия, расположенные вертикально, и создает на приемной площадке фото- 35 диода освещенный участок площадью СГ

Г

,-: (Г I

УЗ

ТГг) ч,

(13)

45

Аналогично создает освещенный участок площадью

S (pj

Гт) d

( (14)

a + 1„ 4 г2

б t 4.(.±).4

V a / 1

Г я Используя соотношение - :г-г,

t 3 т Хр

получают из (14) выражение,подставляя которое в (8) получают

d

At f(x- 2) (а 4- 1,)2

2 х2yZdS

-

(16)

.ха + у2 + (а +

f . 2

О х, у; - j-x2 + у2 + (а + 1)

(17)

где S методическая погрешность мерения энергетических.пара- .метров, эависящая от коорди-- нат X, у.

Рассчитывают максимальное значение для различных значений конструктивных параметров у блока. Для точек -на оси X или у 0. При угле поля зрения фотометраЫ. ± 21,8, §-не превышает 2,9%.

Для протяженных.размеров.пятна излучения в плоскости ослабителя 2 по- ток излучения, попадающий на прием- ную площадку фотодиода, равен

d 1ГТТ)

-lS(x, y)f(xi y)ds

At2 -

5

X Шоо

где A

(a + 1)2

J(x, y)f(x, y)dS,

m.p- энергия излучения. , Из (18) следует, что поток / не , зависит от координат точек пятна из- лучения. Предлагаемьй блок позволяет измерять энерг.етические характеристи ки пучков излучения в широком диапазоне расходимост ей и флуктуации ОДН. Каждая конкретная конструкция рассчи тывается по формулам, исходя из требований к полю зрения прибора, габаритам и погрешности.

Формула изо б р е т е н и.я

0

5

ром больше аазмера приемной площадки фотоприемника,приемная площадка фотоприемника выполнена квадратной, диафрагма выполнена в виде полой усеченной пирамиды с квадратными основаниями, размерами сторон 2 (Ь + с) и 2с высотой Д, ось которой совпадает с оптической осью блока, при этом в поверхности, лежащей в плоскости больше-® го основания пирамиды, выполнено четыре симметричных относительно оптической оси блока фигурных отверстия высотой г, вершины которых прим 1кают к большему основанию пирамиды, обращены . к центру основания пирамиды и распо- ложены от него на расстоянии b с, стороны оснований пирамиды, а также оси симметрии фигурных отверстий па-- раллельны соответствующим сторонам приемной площадки фотоприемника, при этом расстояние а от диффузного рас- сеивателя до поверхности диафрагмы, содержащей фигурные отверстия, расстояние 1| от меньшего основания пирамиды диафрагмы до.плоскости фото- приемника связаны с конструктивными параметрами блока следующими соотношениями:

30

R

:- b t

a + 1,

b + с

Rl b+c 1; - 1 a+1 t 1

2с - размер центрального квадратного отверстия диафрагмы в задней плоскости диафрагмы где 2R - размер диффузного рассеивателя;2t - сторона приемной площадки

фотоприемника.

()

2 So , fc-3 Р„ .

),

где So (Ъ + с)2;

- координата в плоскости фигурных отверстий диафрагмы.

z

z

Фи&.2

N

.