Устройство для измерения освещенности Советский патент 1983 года по МПК G01J1/04 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОСВЕЩЕННОСТИ I2

Изобретение относится к области фотометрии и.может быть использовано при измерении освещенности объектов, находящихся в условиях естественного освещения.

Освещенность любого объекта в природных условиях .создается прямым солнечным излучением и распределенным случайным образом по небесной полусфере рассеянным излучением. Рассеянное излучение зависит от множества факторо1в и может существенно изменяться за короткие промежутки времени. Поскольку освещенность пропорциональна косинусу угла падения освещающего потока d tyгoл оС отсчитывается от нормали к входной торцовой плоскости рассеивателя), то точность измерения освещенности зависит от того, насколько точно угловая характеристика измерительного устройства соответствует закону косинуса.

Известно устройство для измерения освещенности, в котором в качестве косинусного преобразователя используют молочное стеклоПЗ.

Однако поскольку молочное стекло плохо пропускает световой поток, чувствительность и точность этого устройства невысоки.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устг ройство. для измерения освещенности, содержащее корпус с симметричной полостью, образованной боковыми стенками, цилиндрический рассеиватель, установленный ь симметричной псшости-так, что его верхняя торцовая поверхность лежит в одной плоскости с

10 верхней границей.бок,окгхс енок, блок монохроматизации и приемник С2.

В указанном устройстве цилиндрический рассеиватель выполнен с открытыми боковыми сторонами и прилегает

15 непосредственно к блоку монохроматизации, а к последнему вплотную прилегает приемник излучения. Цилиндрический рассеиватель, блок монохроматизации и приемник установлены в од20ном корпусе. Между боковой поверхностью цилиндрического рассеивателя и боковыми стенками корпуса имеется зазор. При измерении освещенности этим устройством освещающий поток,

25 проходит через верхнюю торцовую и боковую поверхности цилиндрического рассеивателя через блок монохроматизации к приемнику.

Для точных измерений освещенности

3(1 необходимо, чтобы поток излучения

на выходе цилиндрического рассеива еля (в направлении нормали к выходной плоскости) был пропорционален косинусу угла падения освещающего пучка. Наличие дополнительного потока излучения, проходящего боковую поверхность цилиндрического, рассейвателя, дает возможность корректировать его угловую характеристику, а конструкция корпуса позволяет получать нулевое значение потока излучения на выходе рассеивателя при угле падения освещающего пучка равном 90°. .

Однако при таком способе коррекции трудно добиться хорошей угловой коррекции для всего диапазона углов от нуля до 90°-.

Кроме того, молочное стекло, используемое в качестве цилиндрического рассеивателя, имеет низкое пропу кание светового потока. . .

Целью изобретения является повышение точности и увеличение чувствительности.. .

Указанная цель достигается .тем, что в устр эйстве для измерения освещенности, содержащем корпус с симметричной, полостью, образованной боковыми стенками, цилиндрический рассеиватель, установленный в симметри ной полости так, что его верхняя торцовая поверхность лежит в одной плоскости с верхней границей боковых стенок, блок монохроматизации и приемник, корпус снабжен коаксиально расположенным относитель.но оси симметричной полости цилиндрическим выступом, имеющим отверстие в центре, при этом цилиндрический рассеиватель имеет диаметр больший, чем диаметр, цилиндрического выступа, и установ.лен коаксиально на его торце, а дно симметричной полости выполнено отражающим.

На чертеже схематически представлено предложенное устройство.

Устройство содержит корпус 1с цилиндрической симметричной полостью 2, в центре которой имеется цилиндрический выступ 3 с.центральным отверстием 4 на оси ft симметричной полости. На цилиндрическом выступе установлен цилиндрический рассеиватель 5 . Дно 6 симметричной полости 2 выполнено отражающим, например, с покрытием типа окиси магния. Верхняя граница боковых стенок корпуса 7 лежит в плоскости входной торцовой поверхности цилиндрического рассеивателя 5 Один торец световода 8 вставляется в отверстие 4 в симметричном выступе 3, а другой торец световода 8 свя зан с блоком монохроматизации 9. В кчестве блока монохроматизации можно использовать набор светофильтров или стандартный монохроматор. На выходе

блока монохроматизации 9 установлен приемник 10.

Устройство работает следующим образом.

При измерении освещенности св товой поток на выходе цилиндрического рассеивателя формируетсятремя составЯяющими освещающего потока: потоком , проходящим через верхнюю торцовую поверхность цилиндрического рассеивателя; потоком Ф2,проходящим через боковую поверхность цилиндрического рассеивателя; потоком Фз, падающим на дно симметричной полости и попадающим после отражения на нижнюю торцовую и боковую поверхности цилиндрического рассеивателя.

По мере увеличения угла падения освещающего потока ot вклад каждого

и в общий поток

из потоков f $2

на выходе рассеивателя будет следующим.

Вклад потока Ф уменьшается, заметно отличаясь от косинусной зависимости. Вклад потока Ф2увеличивается в первом приближении пропорционально угла d. arctg

, 1

и в дальнейшем уменьшается (происходит .затенение стенками корпуса) до нуля при d 90°. Вклад потока Ф постепенно уменьшается из-за затемнения стенками корпуса и становится

равным нулю при об arctg л Л , . .

i n-j т П2

Наличие отражаювдей поверхности и установка рассеивателя на выступе в центре полости позволяют увеличить поток излучения на выходе цилиндрического рассеивателя и дополнительно корректировать его угловую характеристику, приближая ее к косинусной зависимости.

С целью сохранения косинусности характеристики цилиндрического рассеивателя при больших углах падения (более 70°) при его повышенном светопропуекании необходимо, чтобы толщина цилиндрического рассеивателя, диаметр и высота выступа, диаметр полоти удовлетворяли неравенству

,)з7о°, (1)

где d - диаметр полости; d., - диаметр выступа;

J

h - толщина цилиндрического рассеивателя;

h - высота выступа.

Отношение диаметра цилиндрического рассеивателя к его толщине обуслолено типом рассеивателя и обычно удовлетворяет неравенству

2,5 7, (2) где d2 - диаметр цилиндрического рассеивателя; h - толщина цилиндрического рассеивателя. . Таким образом/ указанная конструк ция позволяет повысить точность и увеличить чувствительность измерений в результате улучшения соответствия угловой характеристики устройства закону косинуса и првьшения эффектна ности использования светового потока Формула изобретения Устройство для измерения освещенности, содержащее корпус с симметрич ной .полостью, образованной боковыми стенками, цилиндрический рассеиватель, установленный в симметричной полости так, что его верхняя торцовая поверхность лежит в одной плоскости с верхней границей боковых стенок, блок монохроматизации и при емник, отличающееся тем, что, с целью повьаиения точности и увеличения чувствительности измерений, корпус снабжен (коаксиально расположенным относительно оси симметричной полости цилиндрическим выступом, имеющим отверст1|е в центре, при этом цилиндрический рассеиватель имеет диаметр больший, чем диаметр цилиндрического выступа, и установлен коаксиально на его торце, а дно симметричной полости выполнено отражающим. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Войшвилло Н. А., Блинова Л. Д. Угловое распределение света, прошедшего через оптически толстые слои рассеивающих стекол. - Оптико-механическая промышленность, 1978, 2, с. 29-34. 2.А. Leconte. Mesure des eclairements et des luminances. Mesuris, Regulation. Automatism ,Paris, 1970, 35, № 4, p. 81-86 (прототип).

У/77/7///////7////. // XXX /////////////777.