Способ контроля уровня солнечной радиации в уф-диапазоне и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: способ предусматривает задание пороговой величины преобразования УФ-излучения в видимое излучение, изменение удельной величины потока преобразуемого УФ-излучения до перехода его порога преобразования и регистрацию излучения видимого спектра при переходе заданного порога. Устройство для осуществления способа имеет регулятор величины потока на единицу площади преобразователя УФ-излучения в видимое и шкальный регистратор люминесценции в момент перехода порога преобразования преобразователя. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способу контроля уровня солнечной радиации в УФ-диапазоне и устройству для его осуществления и может быть использовано в качестве портативного экономичного прибора индивидуального назначения для оценки условий окружающей среды и принятия мер по недопущению отрицательного воздействия на организм человека, а также для текущего контроля за состоянием озонового слоя атмосферы.

Известно что одним из важных показателей экологической ситуации является уровень солнечной радиации в УФ-диапазоне излучения.

Известно также, что наиболее существенное влияние на солнечную радиацию в УФ-диапазоне оказывает поглощение озонового слоя, расположенного на высоте 10 50 км, с максимумом концентрации на высоте 20 25 км. При этом в последние годы из-за неблагоприятных экологических условий наблюдается существенное нарушение озонового слоя, иногда сопровождающееся образованием так называемых "озоновых дыр". Поэтому наблюдения, особенно индивидуальные, солнечной радиации в УФ-диапазоне представляются крайне важным.

Существует способ контроля солнечной радиации, при котором фильтруют солнечное излучение, выделяя УФ-составляющую солнечного излучения, которую затем преобразуют посредством люминесценции в видимое излучение или регистрируют специальными фотоэлектрическими фотопреобразователями (Ультрафиолетовое излучение в кн. Физический энциклопедический словарь, М. Советская энциклопедия, т. V, с. 245-247). Однако все известные способы требуют применения специального сложного спектрофотометрического оборудования и весьма дорогостоящи.

Кроме того, такие способы не позволяют создать достаточно простое портативное устройство для индивидуального контроля, не требующего к тому же специальной подготовки потребителя.

Известно устройство для индикации интенсивности солнечного излучения (Заявка Японии N 62-11294, кл. G 01 3/02, G 01 F 1/02, 1987), которое содержит корпус, в котором расположены несколько фотоэлектрических преобразователей с различной светочувствительностью по отношению к длинам волн спектра в диапазоне 290 320 нм. К фотометрическим преобразователям подключены индикаторы, в качестве которых использованы светодиоды.

Хотя это устройство и имеет значительно меньшие габариты, чем спектрофотометрические устройства, оно, между тем, довольно сложно в техническом отношении из-за необходимости использования сложной схемы электрического питания в связи с различной чувствительностью фотоэлементов. Кроме того, габариты все еще относительно велики из-за наличия все тех же фотопреобразователей, что осложняет использование такого устройства в качестве индивидуального измерительного прибора для оценки состояния ультрафиолетового излучения. Следует иметь ввиду и то, что такое устройство требует специальной подготовки пользователя, что сужает возможности использования его в качестве индивидуального средства контроля.

Наиболее простое устройство для спектрального анализа излучения (Патент СССР N 1753960, кл. G 01 F 3/42, 1990) содержит корпус в виде изогнутой трубы, в котором спектроанализатор образован сочетанием диспергирующего ультрафиолетовое излучение элемента (призма или дифракционная решетка) и мозаичного экрана, имеющего множество полос из люминофора.

Это устройство, наиболее простое из ранее известных, однако имеет достаточно дорогой диспергирующий элемент, для изготовления прибора массового потребления, требует дополнительно отвода тепла из-за проникновения в устройство всего спектра солнечного излучения и, главное, не позволяет определить величину интенсивности УФ-излучения.

В основу изобретения положена задача так следить за УФ-излучением, чтобы обеспечивалась возможность простого и надежного контроля уровня излучения и возможность создания устройства для осуществления такого контроля, который не требовал бы специальной подготовки потребителя.

Поставленная задача решается тем, что в способе контроля уровня солнечной радиации в УФ-диапазоне, заключающемся в том, что принимают солнечное излучение, выделяют из него ультрафиолетовый диапазон спектра солнечного излучения, преобразует УФ-излучение посредством люминесценции в излучение видимой области спектра и по ней судят о солнечной радиации, согласно изобретению, задают пороговую величину преобразования УФ-излучения в видимое излучение, изменяют удельную величину потока преобразуемого УФ-излучения до перехода его порога преобразования и регистрируют излучение видимого спектра в момент перехода пороговой величины преобразования.

Такой способ позволяет упростить процесс наблюдения и обеспечить в результате наблюдения контроль величины радиации в УФ-диапазоне излучения Солнца, в величинах, характеризующих экологические условия, доступных любому потребителю, например, на основе такого способа может быть создан прибор, шкала которого градуирована в величинах "УФ-опасно", "УФ-умеренно", "УФ-безопасно". Либо шкала может быть предварительно проградуирована с помощью высокоточного прибора в физических единицах.

Изменение удельной величины потока можно осуществлять либо изменяя размер фокусируемого пятна преобразуемого излучения, либо размер поперечного сечения УФ-излучения в корпусе.

Устройство контроля уровня солнечной радиации в УФ-диапазоне, содержащее трубчатый корпус, в котором установлены фильтр УФ-излучения, люминесцентный преобразователь УФ-излучения в излучение видимого диапазона, согласно изобретению, имеет регулятор величины потока на единицу площади преобразователя и шкальный регистратор люминисценций в момент перехода порога преобразования преобразователя.

Преимущество такого устройства заключается в том, что оно может иметь малогабаритную портативную конструкцию, простую и удобную в эксплуатации и не требует специальных знаний в обращении с ним. Непосредственно со шкалы потребитель может получить полную информацию о влиянии на организм УФ-излучения Солнца.

Один из вариантов осуществления изобретения предусматривает, что регулятор величины потока может быть выполнен в виде диафрагмы, регулирующей размер поперечного сечения пучка потока.

В другом варианте регулятор удельной величины потока выполнен в виде линзы, установленной с возможностью перемещения относительно преобразователя для изменения размера пятна фокусировки, при этом фильтрующее УФ-излучение покрытие нанесено непосредственно на линзу. Целесообразно преобразователь выполнить в виде экрана, имеющего зоны различной чувствительности, а регулятор величины потока установить с возможностью перемещения от одной зоны к другой, что обеспечит возможность контроля радиации для различных диапазонов УФ-излучения.

Для удобства пользователя целесообразно предусмотреть шкалу, градуированную в единицах, характеризующих солнечную радиацию в УФ-диапазоне.

На фиг. 1 схематично изображен один вариант выполнения устройства контроля уровня солнечной радиации в УФ-диапазоне, разрез; на фиг. 2 другой вариант выполнения предлагаемого устройства, разрез; на фиг. 3 один вариант выполнения люминесцентного преобразователя; на фиг. 4 другой вариант выполнения люминесцентного преобразователя.

На фиг. 1 позицией 1 обозначено в целом устройство контроля уровня солнечной радиации в УФ-диапазоне. Это устройство 1 имеет корпус, выполненный в виде трубки 2 с входным отверстием 3. Внутри трубки установлен светофильтр 4, пропускающий только УФ-излучение. За светофильтром 4 в направлении распространения светового потока последовательно расположены переменная диафрагма 5, обеспечивающая регулировку размера поперечного сечения пучка, и люминесцентный преобразователь 6 в виде экрана, за которым размещен окуляр 7, предназначенный для наблюдения за свечением на экране люминесцентного преобразователя люминофора под действием на него излучения (условно показано стрелками). Экран преобразователя 6 представляет собой подложку из прозрачного материала, на которую нанесен слой люминофора 8 (фиг. 3), светящегося под действием УФ-излучения определенного диапазона. Диафрагма 5 (фиг. 1) кинематической цепочкой 9 (показана условно) соединена с подвижной шкалой 10, а на корпусе 2 закреплен указатель 11. На шкале 10 устройства нанесены деления, например, "УФ-опасен", "УФ-безопасен", "УФ-полезен", дающие потребителю достаточную информацию о необходимости использования того или иного вида одежды или иного способа защиты от солнечной радиации.

Предварительно тарируют шкалу так, что заданному пороговому значению преобразования экрана-преобразователя 6, соответствует определенное значение солнечной радиации солнечного излучения.

Использование описанного устройства осуществляется следующим образом.

Пользователь наводит устройство на участок неба, излучение со стороны которого интересует его. Затем, наблюдая в окуляр 7, следит за экраном.

Если люминофорный слой 8 дает яркое свечение, то следует уменьшать размер отверстия диафрагмы 5, уменьшая тем самым удельную величину потока УФ-излучения до тех пор, пока не исчезнет это свечение, то есть пока не будет пройден порог преобразования экрана-преобразователя 6. В момент исчезновения свечения шкала 10 займет определенное положение относительно указателя 11 и по отметке на шкале (условно показаны штрихами) потребитель может определить состояние солнечной радиации в УФ-диапазоне.

Если люминофорный слой 2 не дает свечения, то следует увеличить размер отверстия диафрагмы 5, увеличивая тем самым удельную величину потока УФ до тех пор, пока свечение не возникнет. Момент появления свечения соответствует переходу порога чувствительности и по положению стрелки относительно делений шкалы можно определить значение радиации солнечного излучения.

В показанном на фиг. 2 варианте осуществление изменения удельной плотности потока осуществляется посредством объектива 12, на поверхность которого нанесено покрытие, (на фиг. не показано) служащее фильтром УФ-излучения. Объектив 12 служит для получения на экране светового пятна и установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оптической (как условно показано стрелкой) оси для изменения удельной величины светового потока путем изменения фокусировки падающего светового пучка.

Работа с таким устройством сводится к перемещению объектива 12 из одного положения в другое, пока не будет пройден порог чувствительности преобразователем 13.

Для показанного на фиг. 2 варианта выполнения устройства преобразователь 13 имеет три зоны чувствительности 14, 15 и 16, каждая из которых чувствительна к соответствующему диапазону УФ-излучения, что позволяет определять распределение УФ-излучения по диапазонам, а это может оказаться весьма существенным в ряде случаев. При этом объектив выполнен с возможностью смещения в плоскости, перпендикулярной оптической оси, для сканирования по зонам различной чувствительности.

Из приведенного выше описания работы устройства для контроля уровня солнечной радиации в УФ-диапазоне ясна и суть предлагаемого способа, который может быть реализован и с помощью других средств. Способ заключается в том, что задают порог преобразования УФ-излучения в видимое и изменяют удельную величину преобразуемого потока до тех пор, пока не будет достигнут порог преобразования.

Регистрируют излучение видимого спектра в момент перехода пороговой величины преобразования, а поскольку такому преобразованию в момент перехода заданной пороговой величины соответствует определенная доза УФ-излучения, то по преобразованию УФ-излучения в видимое можно судить о солнечной радиации.

Выше были описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, в которые, как это понятно сведущему в этой области специалисту, могут быть внесены многочисленные изменения и модификации в пределах объема притязаний, изложенных в формуле изобретения. Так, например, могут быть использованы различные системы кинематической связи шкалы с регулятором, или шкала может быть выполнена неподвижной, а индикатор кинематически соединен с регулятором. Вместо объектива состоящего из одной линзы можно использовать более сложную оптическую систему. И, наконец, вместо окуляра, предусматривающего визуально регистрацию, можно использовать фотоэлектронный преобразователь.

И, наконец, само собой разумеется, что вместо окуляра для визуального наблюдения может быть использован фотоприемник.

Формула изобретения

1. Способ контроля уровня солнечной радиации в УФ-диапазоне, заключающийся в том, что принимают солнечное излучение, выделяют из него ультрафиолетовый диапазон спектра солнечного излучения, преобразуют УФ-излучение посредством люминесценции в излучение видимой области спектра и по ней судят о солнечной радиации в УФ-диапазоне, отличающийся тем, что задают пороговую величину преобразования УФ-излучения в видимое излучение, изменяют удельную величину потока преобразуемого УФ-излучения до перехода его порога преобразования и регистрируют излучение видимого спектра в момент перехода пороговой величины преобразования.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что солнечное излучение фокусируют и изменяют размер фокусного пятна преобразуемого излучения для изменения удельной величины преобразуемого потока УФ-излучения.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изменяют удельную величину потока, поступающего на преобразователь, путем изменения величины его поперечного сечения.

4. Устройство контроля уровня солнечной радиации в УФ-диапазоне, содержащее трубчатый корпус, в котором установлен фильтр УФ-излучения, люминесцентный преобразователь УФ-излучения в излучение видимого диапазона для наблюдения видимого излучения преобразователя, отличающееся тем, что оно имеет регулятор величины потока на единицу площади преобразователя и шкальный регистратор люминесценции в момент перехода порога преобразования преобразователя.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что регулятор удельной величины потока выполнен в виде диафрагмы, регулирующей размер поперечного сечения пучка потока, поступающего на преобразователь.

6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что регулятор удельной величины потока выполнен в виде линзы, установленной с возможностью перемещения относительно преобразователя для изменения размера пятна фокусировки.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что фильтр УФ-излучения нанесен непосредственно на линзу в виде покрытия.

8. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что линза выполнена из материала, фильтрующего УФ-излучение.

9. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что преобразователь выполнен в виде экрана, имеющего зоны различной чувствительности, и регулятор величины потока установлен с возможностью перемещения потока от одной зоны к другой.

10. Устройство по любому из пп. 4 7, отличающееся тем, что регистратор имеет шкалу, градуированную в единицах, характеризующих солнечную радиацию в УФ-диапазоне.

11. Устройство по любому из пп. 4 8, отличающееся тем, что регистратор имеет шкалу, градуированную в единицах, характеризующих солнечную радиацию в УФ-диапазоне, причем регулятор имеет привод перемещения, кинематически связанный с шкалой или индикатором.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4