Устройство для ослабления излучения

 

Изобретение относится к энергетической фотометрии непрерывного оптического излучения и предназначено для использования в составе проходных рабочих средств измерения энергетических параметров излучения. Устройство позволяет существенно сократить габариты средств измерения энергетических параметров непрерывного оптического излучения, созданных с использованием данного устройства, при

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU»1392392 (51) 4 С 01 J 1/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /" = (21) 4139239/24-25 (22) 27.10.86 (46) 30.04.88. Бюл.Р 16 (72) Ш.Л.Темирбулатов и А.В. Хромов (53) 535.242(088.8) (56) Всесоюзная научно-техническая конференция Фотоглетрия и ее метрологическое обеспечение. Тезисы докладов. M,: Иэд.во ВНИИОФИ, 1984, с.20.

Новицкий Л.А. и Степанов b.M. Фотометрия быстропротекаюцих процессов.

Справочник. — И.: Иагггиностроение, 1984, с.260. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСЛАБЛЕН1И ИЗЛУЧЕ Н1И (57) Изобретение относится к энергетической фотометрии непрерывного оптического излучения и предназначено для использования в составе проходных рабочих средств измерения энергетических параглетров излучения. Устройство позволяет суцественно сократить габариты средств измерения энергетических параметров непрерывного оптического излучения, созданных с ис". пользованием данного устройства, при

1392392 одповременно|л повь<шении равномерйости коэффициепта ответвления. Устройство содержит слабители 1 с плоской, отражающей поверхностью, концы которого соединены с помощью кронштейнов

10 с двумя держателями 9 (Д), кинематически связанными через две штанги 5 и две пары промех<уточных зубчатых колес 8 с двумя неподвижными зуб. чатыми колесами 7. Ытанги 5 располо-! жены параллельно в одной плоскости

Изобретение относится к энергетической фотометрии непрерывного опти1 ческого излучения, предназначено для использования н составе проходных рабочих средств измерения энерге1и- 5 ческих параметров излучения и может быть также использовано при создании измерителей распределения плотности мощности в сечении пучка излучения, измерителей спектральных, временных и поляризацпонных характеристик непрерывного излучепия, кроме того, позволяет создавать устройства, об.ладающие небольшими относительными габаритами, широким спектральным диапазоном и близким к единице коэффициентом пропускания.

Целью изобретения является уменьшение габаритов устройства при повышении равномерности коэффициента ответвления средней мощности по площади входного окна.

На фиг.1,2 и 3 приведены схемы исполнения устройства, разрезьц на фиг.4 — графики зависимости неравно25 мерности коэффициента К от координаты

Т ослабителя относительно оптической оси устройства.

Ослабитель 1 расположен перпендикулярно оптической оси устройства между входным 2 и выходным 3 окнами.

Окна истлеют высоту Н и ширину h, а их центры расположены на оптической оси устройства, На расстоянии +И и -И от оптической оси расположены в одной 35 плоскости с оптической осью парал- лельпо этой оси две неподвижные оси

4. На осях 4 закреплены на подыипниках две идентичные параллельные штани приводятся в синхронное вращение с помощью цепной передачи и двигателя 12. При это<л Д вращаются вдвое быстрее штанг, в одну сторону с ними, а ответвитель 1 перемещается в плоскости входного окна 2, перпендикулярно оптической оси устройства.

Для повышения равномерности коэффициента ответвление по площади входного окна 2 ось вращения кронштейнов

1О не совпадает с осью вращения Д, 4 ил.

2 ги 5, снабх<енные противовесами б.

Птанги 5 располох<ены в плоскости, перпендикулярной оптической оси устройства, -па концах осей 4 расположены два неподвижных зубчатых колеса 7 радиусом r находящихся в зацеплении с двумя парями промежуточных колес 8 произвольного радиуса. Удаленные от осей 4 колеса 8 находятся в зацеплении с двумя держателями 9, выполненными в ниде зубчатых колес радиусом r 2 На периферии колес 9 расположены дна кронштейна 10, жестко связанные с концами ослабителя 1.

Оси вращения кронштейнов 10 имеют: точку пересечения с осью ослабителя

1 и расположены на расстоянии b от оси вращения колес 9. Оси колес 9 . располох<ены на одинаковом расстоянии

Р. от осей 4. Оси вращения колес 8, держателей 9 и кронштейнов 10 расположены параллельно осям 4, При сборке устройства обеспечивается такое начальное угловое положение держателей 9, что при полох<ении оси ослабителя 1 на оптической оси устройства оси вращения колес 8, держателей 9 и кронштейнов 10 расположены в одной плоскости с оптической осью устройстна, а ось вращения каждого из кронштейнов 10 находится на минимальном расстоянии (Р-Ь) от оси 4. Птанги

5 жестко связаны с двумя зубчатыми дисками 11, которые кинематически связаны друг с другом и с двигателем

12 с помощью замкнутой цепной передачи 13. Элементы 12 и 13 образуют привод. Корпус 14 устройства снабжен боковым окном 15, служащим для про»

1392392 пуска ослабленного излучения на внешний преобразователь или анализатор .16 излучения. Размеры окна 15 определяются шириной входного окна h и толщиной

1 соответственного пучка излучения.

Форма сечения ослабителя 1 предcT àâëåHà на фиг.1. Поперечный размер

1 ослабления в 10-20 раз меньше высоты Н, а ширина отражающей грани, рас- 10 положенной, в данном случае, под углом 45 к оптической оси устройства, равна П1. В обцем случае, ослабитель может иметь п отражающих граней, расположенных под различными углами к оптической оси, что позволяет одновременно измерять и> параметров излучения с помоцью п„ различных внешних преобразователей излучения. В качестве двигателя 12 может быть использован синхронный электродвигатель.

Устройство работает следуюцим образом.

Диски 11 с закрепленными на них штангами 5 с помощью двигателя 12 и передачи 13 приводятся во врацение с одинаковой угловой скоростью у„в оди— наковом направлении вращения. При врацении ытанг 5 промежуточные зубчатые колеса 8 обкатываются вокруг неподвижных колес 7, приводя во вращение держатели 9 с одинаковой угловой скоростью ы . При этом, так как число промежуточных колес четное (равно двум) и выполняется соотношение r,=

=2r, то врацение штанг 5 и держате лей 9 происходит в одном направлении, а tdg=2 td . При синхронном вращении штапг оси кронштейнов 10, жестко связанные с держателями 9, перемещаются

40 по одинаковым замкнутым криволинейным траекториям, расположенным в одной плоскости. В обцем случае форма траектории будет различной в зависимости от величины отношений Р/b и r,/r .

При выполнении соотношений Ъ |0,06И, r„=2r< форма траектории близка к эллипсу, малая полуось которого расположена в одной плоскости с оптической осью устройства. При этом ослабитель 1, жестко связанный своими кон50 цами с кронштейнами 10, совершает возвратно-поступательные движения в плоскости, параллельной плоскости входного окна. За один оборот штанг

5 ослабитель 1 дважды пересекает всю плоцадь входного окна. Для использования такого устройства в составе рабочих средств измерения энергии и средней мощности излучения необходимо, чтобы скорость перемещения ослабителя в направлении высоты вход- i ного окна H была постоянной в пределах всего входного сигнала окна с погрешностью не более 5 — 67.

Например, ослабитель.перемещается в плоскости прямоугольных координат

Y-Z с осью 7, направленной вдоль размера Н, и с началом координат, расположенным на оси вращения штанг 4.

Ось Х расположена параллельно оптической оси устройства, а ось Z иаправлена вдоль размера h

Положение штапг во времени определяется величиной угла их поворота ффиг.1). В начальный момент времени

t=0 угол у=О, ось ослабителя пересекает оптическую ось, а расстояние между осью 4 If осью кронштейна 10 минимально. Из геометрических соображений следует, что расстояние Y от оси ослабптеля до оптической оси устройства связано с углом соотношением

У=Р s in .p -b s in (и+1) Ч, (1) где п — соотношение угповых вкоростей врацения. м< и с>,, (целое число), <2rq п г (2) Скорость перемецения ответвителя в направлешш оси Y есть его поперечная скорость 7,, стабильность Которой определяет метрологические характеристики устройства. Величина п определяет как форму траектории перемещения концов ответвителя, так и его поперечную скорость V . При нечетном n=1 3,5,... скорость V будет различной при пересечении пучка в различных направлениях. Вследствие этого коэффициент К будет различным для прямого и обратного пересечений пучка, при этом увеличивается неравномерность коэффициента К по площади входного окна. Поэтому и должно быть четным числом (n=2,4,6. ° .) . Однако уже при n=4 в зависимости от величины Ь/Р неравномерность скорос1и V при H,à достигает (15-30)X. Таким образом, равномерность повышается

n=2 H r,=2rz

Мох(но показать, что коэффициент

К обратно пропорционален скорости

1392392

V1 в данной точке входного окна, При этом относительное отклонение сР1, 1 коэффициента К от его значения при

С10 численно равно отклонению сР скорости V от его значения для 1 =0.

Отсюда следует, что величина d определяется соотношением сР„= d „= (- — -- -1) 100%, (3)

Ч1 (Y) — V (0) " 10 где V (Y)- скорость ослабителя в

1 точке, находящейся на . расстоянии от оптической оси устройства;

V>(0)- скорость ослабителя при

V,=0 и V. =О.

Величина Т; определяется для данного 1Е1.из соотношения (1). Из соот1 ноыепия (1) при п=2 путем дифференцирования по времени t= g/cd, следует соотношение для V

dY dY

Ч = — = — cd = (u (P,-cosg«Йг. сЕ ч

-2b cos 2Ч ) ° (4)

Из соотношений (3) и (4) следует (Р cos 1Р -2Ь cos 2U к Р-2Ь ЗО (5)

По определению величина дик(%) есть неравпомерность коэффициента К по площади входного окна устройства.

В каждьп момент времени величины Y и сФ„ однозначно определяются соотношениями (1) и (5) через заданные параметры Р.,Ь и clgt), Неравномерность коэффициента К будет минимальной, 40 если для заданных К и Н величина Ь будет такова, что наибольыее отрица ccrcñ тельное значение d =-сг „ численно равно наибольшему положительному значению д „=+ сЕ1 „""

На фиг.4 представлены полученные из соотношений (1) и (5) графики заВИСИМОСтИ ВЕЛИЧИНЫ +1c(%), От раСстояния Y (отн.ед.) от оптической оси устройства до оси ослабителя при различных величинах Ь . Для удобства сравнения на всех графиках величина (Р+Ь), определяющая габариты устрой-. ства, одинакова и равна единице.

Точки, соответствующие величинам

+ с м""с и — ф м"" отмечены точками к К

1 а 6 и с 1 сg соответственно

График при b=0 соответствует движению концов ослабителя по окружности.

Из графиков на фиг, 2 следует, что в области значений ОсЪ 0,06P величина < кс

+ cî„íå превышает 6% при максимальной высоте входного окна Н

ы1, 5 (Г+Ь), Значение Ь«0, 06R для данного устройства является максимально допустимым, так как при Ь 0,06Р при незначительном увеличении размера Н существенно возрастает абсолютное значение величин + Р 1, ", что ухудшает метрологические характеристики устройства.

Из соотношений (1) и (5) и графиков на фиг,2 следует, что при любом

0<Ь (0,06Г габариты предлагаемого устройства будут всегда меньше,-чем у известного, а равномерность коэффициента ослабления выше. При использовании устройства в составе рабочего средства измерений наиболее целесообразно выбирать значения Ь в интервале

Ь=(0,05-0,06)Р, при этом величина

+ d™"" лежит в пределах (2-6)%, а размер Н входного окна лежит в пределах 1, 2-1, 5 (Г+Ь) .

Из фиг.1 следует, что габариты устройства определяются его наибольшими размером — шириной В, измеряемой вдоль размера h. Высота устройства, равная 2(Р+Ь), и его толщина L будут всегда меньше В. Для того, чтобы при вращении штанг не происходило попадания подвижных элементов устройства в пределы входного окна, оси 4 (фиг.1) должны быть удалены па достаточное расстояние И от оптической оси устройства.

Величины ЕЕ и В определяются геометрическими следующими соотношениями:

Изо,5h+ R+ г,, (6)

ВЗ4И- h (7) при h=P. и rq =d В=5, 2; при Ь=2Г и rg=d В=3,1; при h=3P и r =d В=2,4

Е!Еирина В „известного определяется допустимой относительной неравномерностью + Ф (%) коэффициента К на краях и в центре входного окна шириной h — (1 ) 100%- 1 00%à ма кс L+0 5h 0 5h

L L (8) .7

1392392

Из соотношения (8) следует, что для заданной ширины Ь ширина В„ равна

 2L+h=h (— — +1)

100% и рмикс (9) к при =6%

-2« з17,6h и 7 26,0Ь

Ъ 51,0h

Из сравнения величин В и В„ для одного и того же заданного значения ширины входного окна и заданной неравномерности J „ следует, что мсв кС габариты предлагаемого устройства могут быть выполнены суцественно (в 5-10 раз) меньшими, чем в известном.

Применение устройства позволяет создать на его основе малогабаритные проходные средства измерения энерге, тических и ряда других параметров оптического излучения, обладаюцие близким к едиш|це коэффициентом пропускания, что способствует их более ниро-r кому распространению. Это, в свою очередь, содействует обеспечению единства измерений в области энергетической фотометрии непрерывного излучения. Повышенная равномерность коэффициента ослабления по площади входного окна обеспечивает более высокую точность измерений параметров непрерывного оптического излучения, что дает положительньп1 эффект при ис пользовании проходных-средств измере" ния в процессе испытаний и промьппленной эксплуатации различных источников непрерывного оптического излучения.

Устройство может быть использовано и автономно (в качестве высокоточного малогабаритного ответвителя) в тех случаях, где требуется повышенная равномерность коэффициента ответвления по плоцади входного окна, например, при проведении научных исследований, что повьппает точность таких исследований, формулаизобретения, Устройство для ослабления излучения, содержацее размещенные в корпусе

b <0,06R, r =2г, Ю0,5h+R+r»

40 где b — расстояние от оси вращения держателя до оси вращения кронштейна;

R — расстояние от оси вращения штанги до оси врацения держателя; радиус неподвижного зубчатого колеса; радиус держателя; расстояние от оптической оси устройства до оси вращения штанги ширина входного окна.

50 между входным и выходным окнами, расположенными на оптической оси устройства ослабитель с плоской отражаю.1 щей поверхностью, расположенной под острым углом к оптической оси, при этом площадь отражающей поверхности меньше площади сечения пучка излучения, и блок перемецения ослабителя, 1О кинематически связанный с приводом, о т л и ч а ю ц е е с я тем, что, с целью уменьшения габаритов устройства при повышении равномерности коэффициента ослабления мощности по

15 площади входного окна, блок перемещения ослабителя выполнен в виде двух идентичных симметрично расположенных относительно оптической оси устройства передаточных механизмов, включаю20 цих кинематически связанные две па— раллельные штанги, два неподвижных зубчатых колеса, две пары промежуточ— ных зубчатых колес, два держателя, два кронштейна и два диска, жестко

25 связанных со штангами, и с приводом, при этом концы ослабителя жестко связаны с кронштейнами, штанги расположены в одной плоскости, перпендикулярной оптической оси устройства, 30 оси их вращения лежат на одинаковом расстоянии от оптической оси устройства, оси вращения промежуточных зубчатых колес, держателей и кронштей— нов параллельны оси вращения нтанг, а геометрические параметры устройства связаны соотношениями

1392392

1392392

//ePu&0NePH0Cmb КОЗЦПРИЦЦЕНПт !1 0 Юа3ИщМОСти 0rrl

ПаижеНИЯ 0П ЗЕЮйтЕЛЯ

Фие. 4

Редактор Л. Повхан

Заказ 1884/45

Тираж 499 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

И

07

О.Ю

0$

ОФ

ОЯ аг

01

Составитель Н. Стукова

Техред М.Ходанич Корректор А. Обручар