Способ измерения плотности потока излучения в условиях взаимно изменяющейся ориентации источника и фотоприемного устройства Советский патент 1992 года по МПК G01N21/59 G01J1/04 

Изобретение относится к фотометрической технике, в частности к фотометрам для регистрации пространственной плотности потока излучения от удаленного источника в условиях случайно меняющейся взаимной ориентации источника излучения и фотометра. Предлагаемый фотометр может быть использован при решении геофизических и других задач.

Известен способ измерения плотности потока излучения при помощи фотометра, фотоприемная часть которого представляет собой полусферу с множеством расположенных на ее поверхности фотоприемников с неперекрывающимися полями зрения.

Недостатком известного способа является невысокая точность измерений, обусловленная изменчивостью чувствительности системы при переходе от одного фотоприемника к другому (наличием мертвых зон) и сложностью подбора большого числа

фотоприемников с совпадающими характеристиками.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ измерения пространственной плотности потока излучения, заключающийся в том, что измеряют величину потока излучения, падающего на приемную площадку фотоприемного устройства, снабженного оптическим компенсатором в виде фотографического негатива с повышающимся от центра к периферии пропусканием.

Недостатки известного способа заключаются в том, что точность измерений повышается только при условии применения фотоприемников с косинусной углевой характеристикой, и в том, что диапазон вырав нивания угловой характеристики фотометра ограничен 50-55°. Кроме того, не учитывается изменение эффективности отражения от поверхности плоского негатива при изменеXJXJ

О 00

сл

нии угла падения излучения, в результате чего погрешность измерений составляет 5- 10%.

Целью изобретения является повышение точности измерений путем повышения эффективности выравнивания угловой характеристики фотометра в рабочем интервале углов падения до 70°.

Указанная цель достигается тем. что в способе измерения плотности потока излучения а условиях взаимно изменяющейся ориентации источника и фотоприемного устройства, заключающемся в том, что измеряют интенсивность потока излучения, падающего на приемную площадку фотоприемного устройства, снабженного оптическим компенсатором с переменным пропусканием, уменьшающимся от периферии к центру в рабочем интервале изменения углов падения излучения, и судят о пространственной плотности потока излучения по величине измеренного сигнала и расстоянию до источника излучения, измерение интенсивности падающего потока из- лучения проводят с оптическим компенсатором, выполненным в виде полусферы с нанесенным на ее внутреннюю по- верхность покрытием, пропускание которого Т(а) характеризуется следующим соотношением:

Т(а) A/W(a),

где а - угол падения пучка излучения на чувствительную площадку фотоприемного устройства;

W(ct) - зависимость чувствительности фотоприемного устройства от угла падения излучения:

А - коэффициент, равный произведению угловой чувствительности и пропускания при максимально допустимом угле падения.

На чертеже показано устройство для осуществления предлагаемого способа.

Устройство содержит фотоприемник 1, в качестве которого используется кремниевый фотодиод ФД-22 с диаметром входного окна 2 10 мм. Фотодиод закреплен в центральном отверстии металлической пластины 3, представляющей собой цилиндр высотой 5 мм, поверхность которого покрыта поглощающим слоем. На цилиндр соосно со стороны входного окна фотодиода установлен оптический компенсатор - изготовленная из кварца КУ прозрачная полусфера 4 с внутренним радиусом 50 мм и толщиной стенки 5 мм. На внутреннюю поверхность полусферы методом вакуумного напыления нанесен слой алюминия 5, толщина которого в зависимости от угла а. рассчитана по

экспериментально измеренной зависимости коэффициента ослабления для нормального падения излучения.

Фотометр работает следующим образом. Излучение, падающее на фотоприемник под углом а, падает нормально на участок поверхности компенсатора с толщиной поглощающего покрытия D(a). Часть энергии излучения отражается нанесенным

покрытием, часть поглощается внутри слоя. В результате поверхности фотоприемника достигает излучение, пространственная плотность потока которого ослаблена в . Сигнал S(ct). регистрируемый фотометром, пропорционален произведению пространственной плотности потока, падающего на фотоприемник излучения, и численного значения чувствительности фотоприемника для заданного угла падения

излучения:

5(«НТР х I х W(ct),

где 1 - плотность потока излучения, падающего на поверхность ослабляющего слоя. Учитывая, что толщина покрытия D(a)

является корнем уравнения (1), находят, что S(d) 1 и не зависит от угла падения излу- ченмя в рабочем интервале углов.

Придание полусферической формы оптическому компенсатору расширяет диапазон рабочих углов фотоприемника вплоть до границ, определяемых конструкцией фотоприемника, но не превышающих 90°. Методика расчета толщины поглощающего слоя по экспериментально измеренной угловой

чувствительности используемого фотоприемника позволяет достичь высокой точности измерений, ограничиваемой лишь техническими возможностями нанесения ослабляющего слоя с изменяющейся по заданному закону толщиной. Характеристики изготовленного образца фотометра показывают принципиальную возможность снижения погрешности измерений до уровня ниже 3% в широком интервале изменения

углов.

Формула изобретения Способ измерения плотности потока излучения в условиях взаимно изменяющейся ориентации источника и фотоприемного устройства, заключйющийся в том, что измеряют интенсивность падающего потока излучения на приемную площадку фотоприемного устройства, снабженного оптическим компенсатором с переменным

пропусканием, уменьшающимся от периферии к центру в рабочем интервале изменения углов падения излучения, и определяют плотность потока излучения по отношению измеренного значения интенсивности к

площади чувствительной площадки фотоприемного устройства. отличаюЩий- с я тем, что, с целью повышения точности измерений путем повышения эффективности выравнивания угловой характеристики фотометра в рабочем интервале углов падения до 70°, измерение интенсивности падающего потока излучения проводят с оптическим компенсатором, выполненным в виде полусферы с нанесенным на ее внутреннюю поверхность покрытием, пропускание которого Т(а) характеризуется следующим соотношением:

Т(о) - A/W(ct),

где а - угол падения пучка излучения на чувствительную площадку фотспрмрмного устройства;

W(G) - зависимость чувствительности фотоприемного устройства от угла падения излучения;

А - коэффициент, равный произведению угловой чувствительности и пропускания при максимально допустимом угле падения.

Использование: регистрация плотности потока излучения от удаленного источника в условиях случайно меняющейся ориентации фотометра. Сущность изобретения: фотометр содержит фотоприемник с соосно расположенным над ним компенсатором, выполненным в виде полусферы с нанесенным на ее внутренней поверхности покрытием, пропускание которою Т(а) характеризуется соотношением Т(а) A/W(a), где а- угол падения пучкл излучения на чувствительную площадку фотоприемного устройства; W(7) - зависимость чувствительности фотоприемного устройства от угла падения излучения; А - коэффици- ент, равный произведению угловой чувствительности и пропускания при максимально допустимом угле падения. 1 ил.