Устройство с термочувствительным элементом для измерения интенсивности ультрафиолетового излучения
Полезная модель направлена на расширение количества технических средств, предназначенных для регистрации и измерения интенсивности ультрафиолетового излучения, и относится к области радиационной пирометрии с использованием поглощения света.
Устройство с термочувствительным элементом для измерения интенсивности ультрафиолетового излучения состоит из источника когерентного излучения (полупроводниковый лазер), приемника ультрафиолетового излучения (термочувствительный элемент), устройства стабилизации рабочей точки термочувствительного элемента, включающего фотодиод, подключенный к дифференциальному усилителю, пьезоэлектрический двигатель и блок управления пьезоэлектрическим двигателем. В качестве приемника ультрафиолетового излучения используется плоскопараллельная пластина из ниобата лития (LiNbO3) с поверхностью легированной фоторефрактивными примесями (Fe и Cu). Использование пластины LiNbO3 в качестве приемника ультрафиолетового излучения перспективно в связи с тем, что область максимального поглощения допированных Сu образцов LiNbO3 - сине-зеленая часть спектра, при этом световая мощность регистрируемого ультрафиолетового излучения максимально преобразуется в тепло, поглощаясь в легированной области приемника ультрафиолетового излучения.
Техническим результатом является регистрация и измерение интенсивности ультрафиолетового излучения. Указанный технический результат достигается за счет использования в качестве приемника ультрафиолетового излучения пластины LiNbO3 с поверхностью легированной фоторефрактивными примесями, температура которой увеличивается вследствие поглощения ультрафиолетового излучения в легированном слое пластины, при этом оптическое пропускание пластины изменяется. Регистрация изменения оптического пропускания пластины позволяет оценить величину интенсивности ультрафиолетового излучения.
Полезная модель относится к области радиационной пирометрии с использованием поглощения света и может быть применена в датчиках регистрации и измерения интенсивности ультрафиолетового излучения.
Кристаллы ниобата лития (LiNbO3) позволяют создать на их основе термочувствительные элементы для регистрации и измерения мощности ультрафиолетового излучения, путем легирования поверхностного слоя фоторефрактивными примесями для повышения поглощения коротковолнового излучения.
Известен способ и устройство «способ регистрации ультрафиолетового излучения и устройство для его осуществления» [1], выбранное за аналог, заключающееся в том, что в оптической системе для выделения нужного интервала ультрафиолетового излучения используют фильтрующий кристалл и систему интерференционных фильтров ультрафиолетового излучения, а в качестве системы детектирования ультрафиолетового излучения используют монофотонный время-координатно-чувствительный детектор.
К недостаткам этого устройства относится сложность методики измерения и использование большого количества элементов для выделения нужного интервала ультрафиолетового излучения, что увеличивает его стоимость.
Известен способ «способ измерения интенсивности ультрафиолетового излучения» [2], заключающийся в детектировании с помощью фотодиода, работающего на основе внутреннего фотоэффекта, ультрафиолетового диапазона спектра, выделенного фильтрами из сложного спектра. Новым в способе является то, что измеряемое ультрафиолетовое излучение сначала с помощью оптического преобразователя частот преобразуют в видимый диапазон спектра, затем подают на фильтр, пропускающий излучение видимого спектра только с длинами волн не более 0,6 мкм, которое затем подают на фотодиод, регистрирующий видимый диапазон спектра, интенсивность которого пропорциональна интенсивности измеряемого ультрафиолетового излучения.
Основным недостатком этого способа является сложность исполнения связанная с преобразованием ультрафиолетового излучения в видимый диапазон спектра, которое затем подают на фотодиод, что повышает дороговизну устройства.
Наиболее близким аналогом является способ и устройство «способ измерения ультрафиолетового излучения, устройство для его реализации, фотопреобразователь» [3], выбранное за аналог, заключающееся в том, что излучение принимают, подвергают спектрально независимому преобразованию и последующему фотопреобразованию в электрический сигнал, измеряют параметры электрического сигнала и индицируют результаты измерения, отличающийся тем, что дополнительно перед фотопреобразованием осуществляют спектрально зависимое корригирование в спектральной области 280-440 нм в соответствии с заданной мерой для измерения, определяемой кривой относительной спектральной ультрафиолетовой эффективности, соответствующей кривой относительной ультрафиолетовой эффективности излучения Direct Pigmentation, а само измерение осуществляют в эффективных единицах, определяемых той же мерой.
Недостатком устройства является сложность его исполнения в связи с необходимостью преобразования ультрафиолетового излучения в видимый свет.
Задачей полезной модели является расширение арсенала технических средств, а также упрощение схемы устройства для измерения интенсивности ультрафиолетового излучения, осуществляющего измерение без преобразования ультрафиолетового излучения в видимый свет.
Поставленная задача решена за счет того, что измерение интенсивности ультрафиолетового излучения основано на его поглощении термочувствительным элементом, в качестве которого используется пластина LiNbO3 с поверхностью, легированной фоторефрактивными примесями. Регистрируемое ультрафиолетовое излучение, поглощаясь в пластине, нагревает ее, вследствие чего изменяется оптическое пропускание пластины. Регистрация изменения оптического пропускания пластины зондирующим пучком когерентного света, изменение интенсивности которого измеряется фотоэлементом, преобразующим зондирующий пучок света в ток, позволяет оценить величину интенсивности ультрафиолетового излучения. При таком способе измерения нет необходимости в преобразовании регистрируемого ультрафиолетового излучения в видимый свет.
На фиг.1 изображена функциональная схема устройства с термочувствительным элементом для измерения интенсивности ультрафиолетового излучения.
Функциональная схема заявляемого устройства представлена на фиг.1. Блок 1 - источник когерентного излучения (полупроводниковый лазер); УФ - регистрируемое ультрафиолетовое излучение; 2 - пьезоэлектрический двигатель; 3 - приемник ультрафиолетового излучения (термочувствительный элемент); 4 - фото приемник; 5 -устройство управления пьезоэлектрическим двигателем; 6 - дифференциальный усилитель.
Пояснить работу устройства с термочувствительным элементом для регистрации ультрафиолетового излучения можно следующим образом. В режиме работы устройства, когда на приемный элемент (3) ультрафиолетовое излучение не воздействует, ток фотодиода Iin равен опорному току Iоп, при этом полезный сигнал на выходе усилителя (6) отсутствует. При воздействии ультрафиолетового излучения на приемник, вследствие оптического поглощения ультрафиолетового излучения в локальной области воздействия температура пластины LiNbO3 увеличивается и ее оптическое пропускание изменяется. На выходе дифференциального усилителя появляется ток Iout , по величине которого определяется наличие ультрафиолетового излучения и величина его мощности.
Источники-информации, использованные при составлении описания полезной модели:
1. Родионов И.Д., Родионов А.И., Калинин А.П. Способ регистрации ультрафиолетового излучения и устройство для его осуществления. Заявка на изобретение 
2008151851. Дата публикации: 10.07.2010
2. Котликов Е.Н., Кузнецов Ю.А., Шестун А.Н. Способ измерения интенсивности ультрафиолетового излучения. Заявка на изобретение 93007465. Дата публикации: 27.01.1995
3. Томский К.А. Способ измерения ультрафиолетового излучения, устройство для его реализации, фотопреобразователь. Заявка на изобретение 97113711. Дата публикации: 27.06.1999
Устройство с термочувствительным элементом для измерения интенсивности ультрафиолетового излучения, состоящее из источника когерентного излучения и приемника ультрафиолетового излучения, отличающееся тем, что в качестве приемника ультрафиолетового излучения используется плоскопараллельная пластина из ниобата лития (LiNbO3 ) с поверхностью, легированной фоторефрактивными примесями (Fe и Сu), и устройства стабилизации рабочей точки приемника ультрафиолетового излучения.
