Люминесцентный датчик ультрафиолетового излучения Советский патент 1992 года по МПК G01N21/64 

(Л

С

Изобретение относится к способам изготовления датчиков светового излучения, действующим с помощью фотоэлект- ропреобразователей (ФЭП) излучения, в частности к люминесцентным датчикам ультрафиолетового (УФ) излучения. Цель - повышение степени светосбора. Преобразователь УФ-излучения выполнен из люминесцирующего оптически прозрачного и однородного материала в виде прямой призмы или цилиндра, на боковых гранях которого размещены ФЭП. Датчик имеет повышенную чуствительность, которая достигается исключением светового фон а, являющегося основной причиной шума в выходном электрическом сигнале ФЭП. 1 ил.

Изобретение относится к flat4HK3M светового излучения, преобразующим световое излучение в электрический сигнал.

Известен датчик ультрафиолетового излучения, в котором по ходу падающего излу- чения .располагают светофильтр, пропускающий УФ излучение в диапазоне 200-400 нм, слой люминесцирующего материала, который поглощает излучение, прошедшее через светофильтр, и излучает в видимом Диапазоне спектра, второй светофильтр , пропускающий видимый свет и поглощающий УФ в инфракрасное излучение, фотоэлектропреобразователь (ФЭП), вырабатывающий электрический сигнал, пропорциональный интенсивности падающего на него видимого света.

Указанные элементы датчика расположены последовательно.

Недостатком известного датчика является низкая чувствительность, которая обусловлена наличием светофильтров и расположением элементов, вследствие чего в выходном электрическом сигнале получается большой шум от светового фона, так как спектральные характеристики всех элементов имеют плавно меняющиеся границы.

Цель изобретения - повышение чувствительности датчика ультрафиолетового из- лучения путем повышения степени

vi го со ел о

4

светосбора при одновременном снижении уровня шумового сигнала.

Цель достигается тем, что последовательно вдоль оптической оси расположены входное окно, светофильтр, пропускающий УФ излучение, диафрагма и преобразователь УФ излучения, который изготовлен из люминесцирующего, оптически прозрачного и однородного материала с оптическим показателем преломления щ в виде прямой призмы или цилиндра, причем на боковых поверхностях преобразователя и оптическом контакте размещены фотоэлектропре- образователи, а оптический контакт создается средой с оптическим показателем преломления па, которая выбирается согласно соотношениям

УпГП2о

П1

п0У2

где п0 - показатель переломления окружающего воздуха.

Эти условия получаются из следующих требований, что при угле падения

Q светового луча на светоприемную поверхность преобразователя излучения угол падения этого же луча на внутреннюю поверхность боковой грани преобразователя должен удовлетворять условию полного внутреннего отражения.

Выполнение этих условий повышает степень светосбора при одновременном снижении уровня шумового сигнала.

На чертеже приведено схематическое изображение люминесцентного датчика УФ излучения.

Датчик состоит из входного окна 1, за которым расположены светофильтр 3, диаграмма 4 и преобразователь 5 УФ излучения в форме прямой призмы или цилиндра, на боковых гранях которого находятся ФЭП 7, имеющие контакт с преобразователем 5 с помощью оптической среды 6. Все элементы помещены в корпус 2, а электрический сигнал выводится от ФЭП через токовыво- ды8.

Принцип действия предложенного датчика состоит в следующем. Падающее на датчик световое излучение проходит через окно 1 и попадает на светофильтр 3, который пропускает УФ излучение на преобразователь 5 УФ излучения. Диафрагма 4 служит для предотвращения попадания света на ФЭП 7 и оптическую среду 6. Падающее на преобразователь УФ излучение поглощается в его объеме, переизлучается в области чувствительности ФЭП и через боковую поверхность и оптическую среду

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

попадает на светочувствительную поверхность ФЭП.

Ниже приводится пример исполнения люминесцентного датчика УФ излучения.

Корпус и входное окно датчика выполнены из светонепроницаемого материала, светофильтр - из оптического стекла с соответствующими характеристиками, диафрагма - из светонепроницаемого материала, преобразователь УФ излучения -.из монокристаллического рубина с показателем преломления ги в форме прямой призмы, оптическая среда, создающая оптический контакт - из синтетического низкомолекулярного каучука с показателем преломления па - ni фотопреобразователи - из кремния с максимумом спектральной чувствительности в области переизлучения рубина.

Таким образом, повышение чувствительности люминесцентного датчика УФ излучения достигается путем повышения степени светосбора при одновременном снижении уровня шумового сигнала, что достигается: а)созданием оптического контакта с помощью материала с определенными оптическими характеристиками для создания оптического контакта между преобразователем УФ излучения и светочувствительной поверхностью ФЭП; б) размещением ФЭП на боковых поверхностях преобразователя УФ излучения, выполненного в форме прямой призмы или цилиндра, что с применением вышеупомянутого материала исключает шумовой электрический сигнал от светового фона; в) применением материала преобразователя УФ излучения, излучающего в области максимальной спектральной чувствительности ФЭП.

Предложенный люминесцентный датчик УФ излучения отличается повышенной чувствительностью и меньшим числом рабочих элементов.

Формула изобретения

Люминесцентный датчик ультрафиолетового излучения, включающий оптически связанные светофильтр, преобразователь ультрафиолетового излучения и фотоэлект- ропреобразователь, отличающийся тем, что, с целью повышения степени светосбора при одновременном снижении уровня шумового сигнала, преобразователь ультрафиолетового излучения выполнен в виде прямой призмы или цилиндра, на боковых гранях которого расположены фото- электропреобразователи, а оптический контакт между преобразователем и фотоэлектропреобразователем осуществлен посредством оптической среды с показателем преломления П2. который удовлетворяет условию П2 Тгг1-По , П1 П0У2 ,

где п0, ni, - показатели преломления окружающего воздуха, преобразователя ультрафиолетового излучения и оптической среды соответственно.