Измерване на енергийни параметри на лъчение
Тема:Измерване на енергийните параметри на радиацията
OED използва непрекъснато или модулирано излъчване. Непрекъснатото излъчване се характеризира с мощност F. Импулсно модулираното излъчване се описва с енергията на излъчване на единичен импулс W и моментната мощност на излъчване Phi(t), максималната мощност Phi max и средната мощност на изследвания импулс
Phi cf = Wi/
където
Периодичното импулсно излъчване се характеризира със средна мощност на излъчване:
Fsr =Fi.sr
където Fi е честотата на повторение на импулса.
Отклонението на мощността (енергията) на излъчването
Най-голямата трудност е измерването на параметрите на импулсното излъчване, така че нека разгледаме този въпрос.
На практика методите за измерване на енергийните параметри на радиацията се основават на преобразуването на радиацията в електрически сигнал, който след това се измерва с електрически измервателни уреди. Най-често срещаните са термично и фотоелектрично преобразуване.
Основният елемент на термомерите е абсорбер, в който оптичната енергия се преобразува в топлинна енергия, поради което температурата на абсорбера се повишава. Повишаването на температурата се регистрира чрез термоелектрически или други средства. Абсорбаторът е направен под формата на конус с малък ъгълили сфери с вход. И понякога плоски
Измерената радиация се абсорбира от повърхността на конуса. Повишаването на температурата на конуса се измерва с помощта на батерия от термодвойки 3, докато техните горещи връзки са в непосредствена близост до конуса, а студените - до масивната част 4, която има значителен топлинен капацитет. Входът на конуса 2 е затворен от прозорец от слюда 1, за да се предотврати загубата на топлина навън. Отворът на спомагателния конус 7 на калориметъра е затворен от непрозрачна пластина 8, така че в неговата кухина не навлиза радиация. Температурата на конус 7 се измерва от термодвойка 6, чиито студени връзки са съседни на част 4. И двете термодвойки 3 и 6 са включени в мостовата верига. Изходното напрежение на моста се подава към пиковия волтметър IP. Поради въвеждането на компенсационния конус 7, абсолютното повишаване на температурата на основния конус 2, когато той абсорбира измереното лъчение, не зависи от промените в околната температура.
За калибриране на калориметъра нагревателната намотка 5 е разположена близо до конуса 2. Електрически импулс с известна енергия се подава към намотката, когато кондензаторът C се разрежда, който е предварително зареден до напрежение Vp от външен източник през резистора R.
Калориметрите, предназначени да измерват параметрите на непрекъснатото излъчване, както и средната мощност на импулсно модулираните потоци, имат устройства, които премахват топлината от работния конус.
Предимствата на калориметричните измервателни уреди включват възможността за измерване в широк диапазон от дължини на вълните (тяхната неселективност), възможността за извършване на абсолютни енергийни измервания, както ивисока линейност на характеристиките в широк диапазон от промени в енергията (мощността) на радиацията.
Основните недостатъци на такива измервателни уреди са ниската чувствителност в сравнение с фотоелектрическите измервателни уреди и значителната инерция, в резултат на което импулсната енергия може да се измерва с честота не повече от 0,5-1,0 измервания за 1 минута.
Фотоелектричният метод се основава на фотоелектричния ефект. Тоест върху директното преобразуване на радиацията в електрически сигнал. Като преобразуватели се използват приемници на фотоелектрично лъчение:за импулсно лъчение- широколентови фотоелементи с коаксиален изход от типа FEC, високоскоростни фотоумножители, а също и полупроводникови приемници - силициеви фотодиоди;за непрекъснато излъчване във видимата област на спектъра- селенови фотоклетки.
Диаграмата на фотоелектрически измервател на импулсно модулирано лъчение - импулсен фотометър е показана на фиг. 2.
Ориз. 2 Фотоелектрически измервателни уреди
Входният елемент на измервателния уред е светлоразсейваща пластина от 1-млечно или матирано стъкло, която действа като пространствен интегратор и осигурява независимост на показанията от пространствената структура (нехомогенност) на измерваното лъчение. В същото време стъклото елиминира ефекта от неравномерната чувствителност на фотокатода върху неговата повърхност и накрая деполяризира падащото лъчение, което също подобрява точността. Като правило, излъчващото устройство OED се характеризира с висока мощност на излъчване и ако се приложи директно към фотодетектора 3, то ще излезе извън линейната част на неговата характеристика или неговият катод може дори да бъде разрушен. В тази връзка задължителен елемент на измервателния уред е атенюатор 2, койтонаправи го регулируем.
Електрическият сигнал, взет от товарния резистор RH, с обвивката си напълно повтаря промените в мощността на излъчване на входа. В импулсните измерватели сигналът се подава към входа на широколентов импулсен усилвател 4 и след това към записващото устройство 5, което се използва като пиков волтметър със съхранение, което ви позволява да определите максималната мощност на излъчване или електронен осцилоскоп, който определя моментните стойности на мощността, както и времевите параметри на радиационния импулс.
За измерване на енергията на импулсното излъчване във веригата се въвежда интегриращ капацитет С. По време на оптичния импулс капацитетът се зарежда до напрежение, пропорционално на енергията на радиационния импулс. Напрежението се измерва допълнително от устройството 5.
При използване на фотоелектрически измервателни уреди трябва да се има предвид, че те имат ограничен спектрален диапазон. По правило те се калибрират според еталонни излъчватели за определени дължини на вълните. Освен това фотоелектрическите измервателни уреди имат ограничен динамичен диапазон на работа по отношение на нивото на мощността на входящото лъчение.
Понастоящем, в допълнение към разглежданите видове измервателни уреди, индустрията овладява измервателни уреди, базирани на други видове преобразуване, включително измервателни уреди, които използват ефекта на леко налягане.
Енергийните параметри на радиацията се измерват по две схеми. При първия (фиг. 3а) излъчването, генерирано от излъчващото устройство 1, постъпва на входа на измервателния уред 2 и се поглъща напълно от него.
Ориз. 3 Схеми за измерване на енергийните параметри на лъчението
Оттук и името му - схемата за измерване на погълната мощност. Във втората схема се измерва предаваната мощност: измервателният уред абсорбира малка част от радиацията(не повече от 1-3%), а основната част преминава през измервателния уред и може да се използва например за измерване на пространствените или спектрални характеристики на радиацията. В един от вариантите на такава схема (фиг. 3b) в хода на лъча на излъчващото устройство 1 е монтирана разделителна плоча 3, която разклонява малка част от радиацията към измервателния уред 4. Ако обозначим мощността на отразеното лъчение Fotr (определена с помощта на измервателния уред 4), а коефициентът на отражение на плочата е
Fvh = Ftr(1-
в този случай ние пренебрегваме радиационните загуби в плочата. Комбинацията от пластината за разделяне на лъча 3 и измервателния уред 4 образува измервателен уред от проходен тип, в противен случай измервателен уред за предавана мощност 2.
Друга версия на вградения измервателен уред е показана на фиг. 3в. Тук, в измервателния уред 2, преобразувателят на радиационен към електрически сигнал е направен под формата на плоска огледална отразяваща плоча, на обратната страна на която е разположен термоелемент. Огледалото се калибрира по стойността на коефициента на поглъщане.
Индустрията произвежда широка гама измервателни уреди. По-долу разглеждаме основните видове не само масово произвеждани измервателни уреди, но и тези, чието производство, макар и прекратено, все още е в експлоатация.
Параметрите на термомерите са дадени в табл. 1.
IKT-1Mе енергомер за единични лазерни импулси, работещ в режими Q-switched и free-running.
MKZ-18A- калориметричен ватметър на абсорбираната мощност е предназначен за измерване на средната мощност на излъчване на лазери, работещи в непрекъснат режим, и енергията на излъчване на единични и импулсни. Може би същоизмерване на средната мощност на амплитудно модулирано лазерно лъчение при честота на модулация над 10 Hz и произволна форма на модулация, както и общата енергия на импулсна поредица.
">