Переносной ультрафиолетовый осветитель
Полезная модель относится к переносным осветительным устройствам, предназначенным для визуального обнаружения и идентификации микрообъектов, содержащих в своем составе люминофоры, по их люминесценции под действием ультрафиолетового излучения. Устройство включает корпус с эргономичной профилированной рукояткой, снабженной выключателем и световым индикатором, оптический модуль и источник питания. Оптический модуль содержит вставку, содержащую по крайне мере один светодиод и фокусирующую оптическую систему со сферической или цилиндрической оптикой, и перекрывающую ее защитную шторку. На поверхности оптического модуля размещено средство рассеяния тепла, образованное ребристыми элементами. Источник питания (аккумуляторная батарея) размещен в изолированной камере, присоединяемой к рукоятке снизу. При освещении объекта на расстоянии 500 мм, устройство формирует на его исследуемой поверхности световое пятно диаметром 100 мм (сферическая оптика) или прямоугольное пятно размером 100×10 мм (цилиндрическая оптика). Технический результат состоит в обеспечении фокусировки на образце УФ - излучения при различных удалениях устройства от образца, а также возможности различных режимов исследования за счет замены оптического модуля и/или фокусирующей оптической системы. 1 н.п. ф-лы 5 з.п. ф-лы 2 илл.
Полезная модель относится к переносным осветительным устройствам, предназначенным для визуального обнаружения и идентификации микрообъектов, содержащих в своем составе люминофоры, на основе визуального наблюдения свечения люминесценции под действием ультрафиолетового излучения.
Аппаратурные средства возбуждения люминесценции предусматривают использование источников ультрафиолетового (УФ) излучения, таких как люминесцентные лампы или ртутные лампы высокого давления (RU 2127468, WO 9323730, RU 2219527). К недостаткам светильников такого типа относятся, в частности, небольшой срок службы, плохая устойчивость против воздействия внешних механических и климатических факторов, генерация электромагнитных помех при работе устройств поджига разряда, низкая световая отдача, т.к. эти лампы расходуют 80% энергии на собственный нагрев,
Известно использование светодиодов в качестве источника УФ - излучения (DE 102004043295, US 2010060197). Основные преимущества светодиодов заключаются в малом потреблении энергии, что позволяет использовать аккумуляторы и батарейки в качестве источников питания, в практически неограниченном сроке их жизни, в безинерционости включения и, прежде всего, в узкополосном эмиссионном спектре УФ- излучения в диапазоне UV-A (365 нм) с полушириной эмиссии 8,5 нм, благодаря чему обеспечивается максимально возможный контраст между фоном и стимулированным свечением люминесценции, обеспечивающий индикацию дефекта в материале объекта.
Известен переносной УФ-осветитель, преимущественно, для обнаружения магнитных нарушений (трещин), по аналогии с магнитопорошковым методом и методом окрашивания /US 7301346 В2/. Устройство включает корпус, размещенную в нем и укрепленную на основании линейку светодиодов (или, по крайней мере, один светодиод), длина волны излучения которых лежит в УФ-области, защитную панель в раме, прозрачную для УФ-излучения светодиодов, отражатель, охватывающий защитную панель и соединенный с корпусом, а также размещенные в корпусе датчик УФ-излучения, вентилятор и ребристое устройство охлаждения. Питание устройства производится от батареи.
Известен УФ-осветитель, включающий набор светодиодов, каждый из которых излучает в своем диапазоне электромагнитных волн, возбуждающих флуоресценцию в различных изменяющихся диагностических цветах /US 6979104 В2). С каждым из светодиодов могут быть сопряжены линзы, так что излучение соответствующих светодиодов, проходящее через линзы, попадает на выбранную область исследования на заданном расстоянии от линз. В другом варианте исполнения УФ - осветителя весь набор светодиодов излучает на одной длине волны для возбуждения видимой флуоресценции, а линзы, сопряженные с соответствующим светодиодом, также обеспечивают попадание света на заданную область с заданного расстояния. При этом линзы расположены в обособленном корпусе, за счет чего образуют линзовый адаптер, присоединяемый к осветителю, для обеспечения фокусировки светового потока каждого светодиода на заданную область пространства (объекта) и на заданном расстоянии.
Известно переносное устройство для неразрушающего контроля материалов /DE 102004043295 В4/, которое содержит корпус конической формы, установленный на рукоятке, причем внутренняя поверхность корпуса является отражателем, а во фронтальной части корпуса, в плоскости его раскрыва, установлена опора, на которой укреплен ряд светодиодов, излучающих в УФ - области спектра. Светодиоды связаны через плату с источником питания - электрической батареей, размещенной в рукоятке, снабженной кнопочным выключателем. Оппозитно ряду светодиодов установлена внешняя съемная защитная стенка из специального стекла, которое является фильтром, пропускающим излучение заданного диапазона длин волн, и включает фокусирующие линзы, в частности, линзы Френеля. На опоре, с примыканием к корпусу конической формы, укреплена насадка, в которой расположены светодиоды - источники белого света, позволяющие контролировать наведение устройства на объект, и закрытые также защитным стеклом. По крайней мере, часть УФ - светодиодов излучает на длинах волн, отличных от основного диапазона длин волн, при этом выбор рабочих длин волн осуществляется включением или выключением некоторой группы светодиодов. Количество светодиодов выбирают в соответствии с требуемой интенсивностью света, их относительное расположение может быть любым, в частности, по кругу, в виде матрицы. На тыльной стороне корпуса размещен вентилятор для охлаждения устройства и рассеяния тепла, выделяемого светодиодами. Известное устройство обладает широкими диагностическими возможностями, вследствие чего оно является достаточно сложным и имеет относительно большие габариты.
Известное устройство - переносной УФ-осветитель, включающий профилированный корпус с рукояткой, снабженной выключателем, размещенный в корпусе по крайней мере один светодиод, опору для установки светодиода, фокусирующую линзу, защитное стекло, а также источник питания, размещенный в рукоятке, и средство рассеяния тепла, выбрано в качестве наиболее близкого аналога заявляемой полезной модели.
Задача полезной модели состоит в упрощении устройства, снижении его массогабаритных характеристик и улучшении эксплуатационных характеристик.
Задача решена тем, что переносной УФ-осветитель, включающий корпус с рукояткой, снабженной выключателем, по крайней мере один светодиод, опору для установки светодиода, фокусирующую оптическую систему, защитную шторку, а также источник питания, и средство рассеяния тепла, в соответствии с полезной моделью, снабжен световым индикатором, корпус включает оптический модуль, выполненный с обеспечением сопряжения с рукояткой, в оптическом модуле размещены по крайней мере один светодиод, установленный на опоре, фокусирующая оптическая система и защитная шторка, на его поверхности размещено средство рассеяния тепла, а источник питания размещен в изолированной камере, выполненной в виде легкосъемного модуля с обеспечением присоединения к корпусу в его нижней части и электрической связи с выключателем, светодиодом, контроллером и световым индикатором.
Кроме того, фокусирующая оптическая система выполнена на основе одной или нескольких кварцевых сферических линз.
Кроме того, фокусирующая оптическая система выполнена на основе одной или нескольких кварцевых цилиндрических линз.
Кроме того, средство рассеяния тепла образовано ребристыми элементами, размещенными на внешней поверхности корпуса оптического модуля эквидистантно.
Кроме того, световой индикатор размещен на рукоятке.
Кроме того, в качестве источника питания выбрана аккумуляторная батарея.
Технический результат полезной модели заключается в обеспечении высокого контраста между фоном и люминесценцией примеси (дефекта) при различном удалении источника излучения от объекта.
Сущность полезной модели иллюстрируют фиг.1, на которой представлен внешний вид устройства, фиг.2, на которой представлен оптический модуль, включающий оптоэлектронный блок со сферической оптикой.
Устройство (фиг.1) содержит профилированный корпус 1 с рукояткой 2 и размещенной на рукоятке кнопочным выключателем 3, оптический модуль 4 с оптоэлектронным блоком, съемный источник питания 5.
Оптоэлектронный блок оптического модуля 4 соединен с управляющим контроллером (на фиг.1 не показан), обеспечивающим управление режимами работы осветителя, источник питания - сменный, например, легкосъемный унифицированный аккумуляторный модуль, для которого зарядное устройство является внешним, и выделено в отдельный блок (на фиг.1 не показан).
Оптоэлектронный блок, размещенный в оптическом модуле 4 устройства, содержит (фиг.2) вставку 9, составленную источником УФ - излучения - светодиодом 6, установленным на плате 7, и фокусирующей оптической системой 8, при этом вставка 9 установлена на пластине 10, вмонтированной в корпус оптического модуля 4, который посредством крепежных элементов присоединен к рукоятке 2 корпуса устройства. Пластина 10 обеспечивает хороший тепловой контакт между платой светодиода 7 и средством рассеяния тепла 13. Оптический модуль 4 может быть отделен от рукоятки 2, например, при замене светодиода и т.п.
Фокусирующая оптическая система 8 может быть выполнена с использованием одной или нескольких кварцевых сферических линз (сферическая оптика) (фиг.2), при этом сфокусированный на объекте поток излучения будет освещать область в форме круга. При использовании цилиндрической оптики (в составе одной или нескольких кварцевых цилиндрических линз) освещенная область будет иметь форму прямоугольника. Исходя из конкретных условий исследования рассчитываются оптические характеристики УФ-осветителя, для обеспечения которых выбирают нужное число и тип фокусирующих линз. В качестве источника УФ-излучения может быть выбран по крайней мере один светодиод с длиной волны излучения 365±5 нм и оптической мощностью 300 мВт, например, светодиодная матрица NSCU033A (фирма - Nitcha, Япония).
В оптическом модуле 4 центральное отверстие вставки 9, обеспечивающее пропускание излучения светодиода 6, перекрыто защитной шторкой 11, которая поднимается или защелкивается при срабатывании подпружиненного рычага 12 после нажатия на выступ на краю защитной шторки 11. Защитная шторка 11, выполненная из непрозрачного для УФ излучения материала, служит для предотвращения несанкционированного выхода УФ - излучения за пределы устройства и имеет два фиксированных положения - открытое и закрытое. Средство рассеяния тепла (радиатор) составлен ребристыми элементами (ребрами) 13, установленными на корпусе оптического модуля 4 эквидистантно, что обеспечивает равномерный отвод тепла, выделяющегося при работе светодиода 6. Количество ребер 13, их толщина и расстояние между ними могут быть рассчитаны исходя из теплового режима конкретного устройства. Ребристые элементы 13 имеют форму плоского весла, одно ребро которого, контактное с поверхностью корпуса оптического модуля 4, обеспечивает его плотное прилегание, а другое ребро соединяет верх и низ оптического модуля 4 и придает ей конусообразную форму.
Для работы оператор использует устройство следующим образом. При нажатии кнопки выключателя 3 питание от источника, размещенного в камере 5 (аккумуляторная батарея), поступает на управляющий контроллер, размещенный в рукоятке 2 корпуса 1, при этом происходит запуск тестовой программы, встроенной в управляющий контроллер. По окончании исполнения тестовой программы управляющий контроллер включает светодиод 6 - источник УФ - излучения, поток которого фокусируется системой линз (линзой) 8. О начале работы устройства сигнализирует световой индикатор, размещенный на рукоятке 2 со стороны оператора (на фиг.1 не показан), при повторном нажатии кнопки выключателя 3 происходит выключение устройства.. Оператор работает в защитных очках, профилированный (антропометрический, эргономичный) корпус рукоятки 2 с единственной кнопкой выключателя 3 позволяет удобно удерживать устройство в руке в течение продолжительного времени, повышая производительность труда.
Оператор ориентирует устройство, направляя выходной пучок света на различные участки контролируемой поверхности. Фокусировка УФ - излучения в пределах относительно небольшой области позволяет существенно повысить плотность мощности излучения и яркость освещаемых объектов при различном удалении источника излучения от исследуемого объекта. При этом за счет размещения светодиода 6 и фокусирующей оптической системы 8 во вставке 9 достигается возможность замены вставки 9 в зависимости от задачи или режима исследования. В необходимых случаях изменение задачи или режима исследования может быть реализовано заменой оптического модуля 4.
УФ - осветитель, выполненный по заявляемой конструкции, использовали для визуального обнаружения маркировочных микрообъектов размером порядка 1 мм, содержащих небольшое количество люминофоров, обнаруживаемых по люминесценции при УФ - освещении на длинах волн вблизи 365 нм.. Определяли возможность визуального обнаружения люминесценции микроточек при возбуждении УФ-излучением с расстояния примерно 500 мм между наблюдателем и экраном при изменении расстояния между УФ-осветителем и экраном с микрообъектами. Исследование проводили в помещении с освещенностью 50-100 лк. Микрообъекты представляли собой микроточки, нанесенные на темный, не люминесцирующий под действием УФ излучения экран произвольных размеров. Устройство установили на исходном расстоянии 500 мм от экрана с нанесенными микрообъектами, его оптическая ось была перпендикулярна плоскости экрана. Освещаемая с расстояния 500 мм область имела форму круга диаметром 100 мм при использовании сферической линзы (линз) или форму вытянутого прямоугольника размером 100×10 мм при использовании цилиндрической линзы (линз) на том же расстоянии. Было установлено, что тестовые микрообъекты размером около 1 мм были хорошо различимы по цвету свечения люминесценции при расстоянии от осветителя до экрана в пределах 500-900 мм при практически постоянной яркости свечения люминесценции. Для сравнения эффективности использовали осветитель на основе протяженных источников, в частности, ртутную лампу модели MDL - МС2, для которой расстояние обнаружения тех же микрообъектов было существенно меньше и составляло 50-100 мм.
Устройство является экономичным в отношении энергопотребления, при мощности излучения светодиода 0,3 Вт и напряжении питания 7,4 В и сроке службы, определяемого типом выбранного светодиода (порядка 50000 часов). Конструкция устройства позволила создать облегченный переносной УФ-осветитель массой около 1,0 кг, включая аккумуляторный модуль, и габаритами не более 220×70×70 мм, что обеспечивает удобство и эргономичность в работе оператора, вариабельность методик исследования, высокую ремонтопригодность, за счет чего может быть достигнута высокая экономическая эффективность при инспекционных исследованиях в различных условиях.
1. Переносной УФ-осветитель, включающий корпус с рукояткой, снабженной выключателем, по крайней мере, один светодиод, опору для установки светодиода, фокусирующую оптическую систему, защитную шторку, а также источник питания, и средство рассеяния тепла, отличающийся тем, что он снабжен световым индикатором, корпус включает оптический модуль, выполненный с обеспечением сопряжения с рукояткой, в оптическом модуле размещены, по крайней мере, один светодиод, установленный на опоре, фокусирующая оптическая система и защитная шторка, на ее поверхности размещено средство рассеяния тепла, а источник питания размещен в изолированной камере, выполненной легкосъемной с обеспечением присоединения к корпусу в его нижней части и электрической связи с выключателем, светодиодом и световым индикатором.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фокусирующая оптическая система выполнена на основе одной или нескольких кварцевых сферических линз.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фокусирующая оптическая система выполнена на основе одной или нескольких кварцевых цилиндрических линз.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство рассеяния тепла образовано ребристыми элементами, размещенными на корпусе оптического модуля осветителя эквидистантно.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что световой индикатор размещен на рукоятке.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве источника питания выбрана аккумуляторная батарея.
