Радиометр

 

Цел1 Изобретение относится к фотометрии, изобретения - увеличение точности измерений. Цель изобретения достигается . 2 , тем, что радиометр содержит девять приемных головок, относящихся к трем спектральным диапазонам, Каждые три приемные головки, относящиеся к одному спектральному диапазону, расположены осесимметрично под углом 70° к оси устройства вне поля зрения остальных приемных головок. Выходы этих приемных головок соединены с входом соответствующего сумматора. Выходы трех сумматоров, каждый из которых содержит информацию о пространственной облученности в соответствующем спектральном диапазоне, подключены к элёхтронно-измерительному блоку. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сОциАлистических

РЕспуБлик (я)з G 01 J 1/42

gin

"1

ГО УДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ (71) Молодежныи творческии центр . Теле ком " (72) B.Ñ.Jto÷åõèí (56) Патент Великобритании, кл. G 01 J.1/04, 198;

Соколов M.B. Прикладная биофотометрия M.: Наука, 1982, с. 95. (54) РАДИОМЕТР (57). Изобретение относится.к фотометрии, Цель изобретения — увеличение точности измерений. Цель изобретения достигается зобретение относится к фотометрии и т быть использовано преимущественбиофотометрии и экспериментальной изике.

Известен фотометр (1) для оценки освеще ности, создаваемой светом, приходящи из полусферического пространства со вс направлений, или для определения осве енности, создаваемой светом, падающи под некоторым углом, функцией, обр тной косинусу угла падения вплоть до вер него предела. Содержит светорассеива щий купол, расположенный над детектор м и два перекрывающих друг друга эле ента. Верхний элемент, не обладающи идеальной пространственной геометрие, действует как оптический рассеиватель, а н жний элемент компенсирует недостатки вер него. Верхний сегмент сделан матовым.

В и оскости контакта элементов кольцевая диа рагма экранирует нижний цилиндрический элемент.

„„5U „„1 793272 А1 головки, относящиеся к одному спектраль ному диапазону, расположены осесимметрично под углом 70 к оси устройства вне поля зрения остальных приемных головок, Выходы этих приемных головок соединены с входом соответствующего сумматора. Выходы трех сумматоров,-каждый из которых содержит информацию о пространственной облученности в соответствующем спектральном диапазоне, подключены к элект-" ронно-измерительному блоку. 3 ил.

Недостатками известного фотометра являютсяя: не осуществляет определение спектрального состава излучения; и относительно низкая чувствительность прибора в случае измерения пространственной облученности из-за наличия рассеиваю- О щей оптической насадки. Ch) .

Из известных измерителей оптической 13 облученности наиболее близким по технической сущности является радиометр (2). Радиометр имеет сменные спектральные измерительные головкй для измерения втрех областях спектра; 220-280; 280-380; 380-710 нм и предназначен для измерения плоскостной облученности, создаваемой искусственными источниками оптического излучения, В комплект прибора входит электронно-измерительный блок и один из трех вариантов сменных измерительных головок для измерения облученности: в области УФС(220-280 нм) с магниевым фотоэлементом

Ф-29, в обл. УФ-АБ(280-380 нм) с сурмяно1793272

40 оз (д,p,а) 90 <0<0) О <а <30 озу(д, р,а)+созу(д,ср,ж/з-а) 01 <0<дг оз <а<зо

90 <0< 60 <а<30 оз1(д,p,a)+соз (д, р,m/a-а)+созу(О, р.к/з-а} с г(д,р.а) = с с

О <0<01 О <а <60 цезиевым фотоэлементом Ф-26 светофильтром и косинусной насадкой или со сферическим фотоэлементом Ф-27, в фотосинтетически активной области спектра (380-710 нм) с фотоэлементом Ф-25, светофильтрами и косинусной насадкой. При измерении 8 УФ области спектра верхние пределы составляют 2,5 10 и 50 Вт/м, при измерении фотосинтетически активной радиации (ФАР) верхние пределы равны 100 и 500 Вт/м.."0

Питание прибора от сети 220В.

Известный радиометр работает следующим образом.

Интегральнйй световой поток йадает на одну из сменных спектральных измеритель- 15

- ных головок, подключенную к электроизме-. рительному блоку. Часть энергии излучения, соответствующая сйектральному интервалу спектральной измерительной головки, регистрируется головкой, вызывая нэ ее выводах 20 электрический сигнал, пропорциональный облученности B данном спектральйом диапазоне. Электрический сигнал с выхода спектральной измерительной головки усиливается и измеряется измерительным прибором в электронно-измерительном блоке. При необ.ходймостй йзмерения облученности в другом спектральном интервале спектральная измерительная головка заменяется на другую и измерение. повторяется. Для измерения 30 пространственной облученности применя ется головка со сферическим элементом, работающим только в области 280-380 нм.

Однако в целом ряде случаев, например при измерении облученности растений в парни- 35 ках, теплицах при рассеянном естественном и/илй распределимом искусственном освещении требуется измерить-пространст- венную освещенность во всех измеряемых спектральных диапазонах; Принципиально возможно прибором ИНО-1 измерить прострэнственную облученность в оставшихся каналах, но с применением сферических насадок.

Однако, применение насадок исключает одновременное измерение пространст- 45 венной облученности в требуемйх спектральных диапазонах, т.к. установленныЕ рядом спектральные измерительные roловки будут виньетировать друг друга, что внесет ошибку в измерения.

Недостатком известного радиометра является невозможность измерения, в том числе и одновременного, пространственной облученности во всех имеющихся спектральных диапазонах, Целью изобретения является обеспечение воэможности измерения, в том числе и одновременного, пространственной облученности в измеряемых спектральных диапазонах..

Поставленная цель достигается тем, что в известный радиометр, содержащий первую, вторую и третью спектральные приемнйе головки для измерения плоскостной облученности, дополнительно введены по две первых, вторых и третьих спектральных приемных головки и три сумматора, причем одноименные спектральные приемные головки расположены осесимметрично под углом 70 к оси устройства вне поля зрения остальных головок, выходы одноименных спектральных приемныхтоловок соединены . с входами одного из сумматоров, выходы . сумматоров соединены с электронно-измерительным блоком, Для пояснения формирования равномерной полусферической диаграммы направленности, при наличии которой измеряется пространственная облученность, приводится теоретический расчет диаграммы направленности устройства, состоящего из трех спектральных приемных головок, имеющих косинусные угловые. диаграммы, расположенных под углом р к оси устройства.

На фиг. 1 изображена система координат(Х, У, 2), в центре которой расположена спектральная приемная головка таким образом, что нормаль к ее чувствительной площадке лежит в плоскости XOZ и образует с осью Z угол р, Направление прихода излучения задается углами 0 и а, где О-угол между направлением прихода луча и осью Z;

a — угол между проекцией направления прихода луча на плоскость XOY и осью Х, Угол у между нормалью к спектральной прием-. ной головке и направлением прихода луча . определяется rio теореме косинусов для сферического треугольника АВС из соотношения

cos y= cos Осозр + sin 0 sin p соэа

Исходя иэ этого функцию диаграммы направленности такого устройства на участке

0 < О <90О, 0 «60 можно аналитически записать

1793272 ра

2. чт ни на во

15

25

45 дующим образом

01, Щ и а связаны соотношениями

cosy(0>, р,л/3 -а) =0;

cos y (5, р, л/3 + а } = О.

Для наглядности рассчитанная диагма направленности изображена на фиг. нализ функции F(0 р а ) показывает, она имеет локальные максимумы и миумы, велйчины которых зависят от угла лона спектральных измерительных голоОпределим неравномерность диаграмнаправленности как функцию д (р) — " " " 100

Fmax FmIn гд Fmax — наибольший иэ максимумов;

FmIn — наименьший из минимУмов;

I..

Результат расчета функции д (p) пока: зан йа фиг. 3 в виде графика, из которого видно, что угол ф = 70 является оптимальнь)м, неравномерность составляет 17.,ь.

Пр4 измерении пространственной облученно ти таким устройством происходит прост анственное интегрирование

Enp = f F(p,а) РЕП, в где Еп — пространственная облученность;

d Еп — нормальная облученность создава мая элементом источника света на площ ке, расположенной перпендикулярно и на равленно на этот элемент в исследуемой то ке пространства, Заявляемый радиометр отличается от прототипа следующими существенными признаками.

Наличие дополнительно введенных двух пе вых, вторых и третьих спектральных прием ых головок, измеряющих каждая в отдельн ти плоскостную облученность. Данный пр знак дает возможность при определенно, расположении приемных головок (призн к 3) сформировать полусферическую ди грамму направленности каждого из сп ктральных каналов, Спектральные радиом tðè÷åñêèå головки могут быть выполнены как в прототипе или в целях уменьшения габаритов можно использовать фоторезисторы на основе сульфида свинца, наприме ФР-СС-138 с фильтром из УФ стекла и ко инусной корригирующей насадкой (22028 нм), сульфида кадмия СФ2-18,СФ2-19 (28 -380 нм) и фоторезисторы ФСК-1„.ФСК6 (80-710 нм) также с фильтрами и косинусной корригирующей насадкой. В большинстве случай удовлетворительную косинусную диаграм! му (погрешность 10.,ь) можно получить путем матирования одной или двух поверхностей спектрального фильтра, Наличие трех сумматоров, каждый из которых свойми входами связан с выходами радиометрических приемных головок; а выходами с электронно-измерительным блоком.

Данный признак позволяет суммировать сигналы с различно ориентированных в пространстве приемных головок. Сумматоры могут быть выполнены на базе операционных усилителей.

Электронно-измерительный блок может быть выполнен как в прототипе; но с переключением каналов или с тремя независимыми каналами регистрации, Расположение одноименных спектральных прйемных головок осесимметрично под углом 70 к оси устройства вне поля зрения остальных головок. Данный признак неизвестен иэ других технических решений, позволяет получить-оптимальйую (a смысле равномерности) диаграмму направленности каждого спектрального канала, причем наличие измерительных головок соседних спектральных каналов не оказывает влияния на равномерность диаграммы направленности, т,к. измерйтел iíû е головки находятся вне поля зрения друг друга.

30 Таким образом существует отличительный признак, неизйестный из других технических решений. следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию

"существенные отличия".

35 На фиг. 3 представлен общий вид радиометра. на котором обозначены: корпус 1, радиометрические головки 2, сумматоры 3, электроизмерительный блок 4;

Одноименные спектральные измерительные головки 2 расположены осесимметрично под углом 70 к оси устройства вне поля зрения соседних головок sQxgpv одноименнйх головок подключейы к входам сумматоров. Выходы сумматоров соединены с электронно-измерительным блоком.

Предлагаемый фотометр работает слеИзлучение (рассеянное или создаваемое распределенными источниками), прихо50 дящее со всех сторон из полусферы, поступает на приемные площадки спектральных измерительных головок 2 . За счет фильтров и спектральных характеристик применяемйх приемйиков излучения каждая спектральная измерительная головка регистрирует излучение только определенного участка спектра. Электрические сигнвлы от одноименных спектральных измерительных головок складываются в сумматорах 3, на выходах которых появля1793272 ется электрический сигнал, за счет равномерной диаграммы направленности пропорциональный пространственному интегралу от всех нормальных облученностей в данной точке, которйй является пространственной облученностью. Электрические сигналы от каждого сумматора: поступают в электронно-измерительный блок 4, где происходит измерение электрического сигнала измерительным прибором; В случае необходимостй измерения пространственной облученности в сфере измерения производятся два раза с разворотом фотометра на 180 с последующим суммированием результатов измерений.

Формула изобретения

Радиометр, содержащий первую, вторую и третью приемные головки для измерения плоскостной облученности в трех спектральных диапазонах и электронный измерительный блок, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерения; он дополнительно содержит по две первых, вторых и третьих приемных головки

Для измерения плоскостной облученности достаточно произвести измерения с закрытыми двумя. головками измеряемого диапазона, 5 Таким образом введение в радиометр дополнительйых спектральных измерительных головок и сумматоров, а также осесимметричное расположение головок под углом к оси устройства дает возможность изме10 рять пространственную облученность.

Использование данного устройства позволяет унифицировать измерительный прибор, повысить удобство в измерении пространственной облучен ности, 15 и три сумматора, причем приемные головки, 20 относящиеся к одному спектральному диапазону; расположены осесймметрично под углом 70 к оси устройства вне поля зрения остальных головок, выходы приемных головок, относящихся к одному спектральному

25 диапазону, соединены с входом соответствующего сумматора, а выходы сумматоров подключены к электронному измерительному блоку.

1793272

Составитель В.Лочехин

Техред М.Моргентал Корректор ф.Обручар

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

За аз 497 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета flo йзобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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