Способ измерения мощности лазерного излучения

Изобретение относится к измерительной технике. Для измерения мощности лазерного излучения используют два идентичных датчика из металла, имеющего обратимое полиморфное превращение в интервале температур измерения, один из датчиков помещают на пути измеряемого излучения, измеряют изменение его электрического сопротивления, второй датчик используют для компенсации влияния изменения температуры внешней среды на значение измеряемой величины и определяют мощность излучения по значению изменения электросопротивления, вызванного перестройкой кристаллической решетки металла в ходе превращения при повышении температуры под воздействием излучения. Технический результат - повышение чувствительности измерений. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения энергетических параметров лазерного излучения в широком диапазоне длин волн.

Известен способ измерения мощности оптического излучения с помощью пироэлектрических датчиков. Пироэлектрический эффект заключается в спонтанной поляризации кристалла, из которого изготовлен датчик. Поляризация связана с перестройкой кристаллической решетки в ходе полиморфных превращений вещества при изменении внешних термодинамических параметров, в данном случае, температуры. Температура датчика меняется под воздействием потока излучения. В результате поляризации на гранях кристалла образуются электрические заряды, измерение величины которых позволяет оценить мощность источника излучения [Ишанин Г.Г. Источники и приемники излучения. - СПб.: Политехника, 1991, стр.219] (аналог).

Существенным недостатком этого способа является значительная анизотропия пироэлектриков к пироэлектрическим токам, что вынуждает прибегать к дорогостоящим технологиям получения монокристаллов. Другим недостатком является зависимость величины пироэлектрического тока от темпа изменения температуры, что требует специальной калибровки прибора.

Известен способ измерения мощности оптического излучения, заключающийся в регистрации изменения электрического сопротивления датчика под действием падающего на него лучистого потока при изменении его температуры. Датчик выполнен в виде металлической пленки, представляющей собой термосопротивление. Конструктивно измеритель мощности содержит два термосопротивления, одно из которых облучает поток излучения, а второе - компенсационное - для компенсации изменения температуры внешней среды. Затем по значению изменения электросопротивления, пропорциональному интенсивности потока, определяют мощность оптического излучения [Ишанин Г.Г. Источники и приемники излучения. - СПб.: Политехника, 1991, стр.210] (прототип). При этом температура и электросопротивление датчика при облучении связаны между собой соотношением:

R=R0[1+αT(Т-Т0)],

где R0 - сопротивление проводника при температуре Т0; αT - температурный коэффициент сопротивления. Таким образом, изменение сопротивления

ΔR=R0αTΔT.

Основным недостатком данного способа является низкая чувствительность применяемой металлической пленки к изменениям температуры под воздействием падающего на него лучистого потока. Это обусловлено тем, что обычный металл имеет небольшой температурный коэффициент сопротивления αT в широком диапазоне температур, что неоднократно отмечено в литературе.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является существенное повышение чувствительности датчика.

Технический результат достигается тем, что, как и в прототипе, на пути измеряемого излучения помещают датчик в виде металлической пленки, измеряют изменение электрического сопротивления датчика, возникшее после изменения его температуры под действием излучения, компенсируют влияние изменения температуры внешней среды на значение измеряемой величины при помощи второго датчика, идентичного первому, и определяют мощность излучения по значению изменения электросопротивления, пропорциональному интенсивности потока. В отличие от прототипа оба датчика выполнены из металла, имеющего обратимое полиморфное превращение в интервале температур измерения, а изменение электросопротивления датчика вызвано перестройкой кристаллической решетки металла в ходе превращения при повышении температуры под воздействием лучистого потока.

Предлагаемый способ измерения мощности лазерного излучения основан на том, что поглощение потока излучения в датчике приводит к повышению его температуры. Датчик изготовлен из сплава, претерпевающего обратимое полиморфное превращение при изменении температуры в интервале температур измерения. В ходе превращения доля новой фазы изменяется пропорционально изменению температуры. Процесс имеет атермическую кинетику - при прекращении изменения температуры прекращается изменение соотношения долей фаз. Указанное превращение заключается в перестройке кристаллической решетки с понижением (повышением) симметрии кристалла, что приводит к изменению электронно-фононного взаимодействия в системе и, соответственно, к изменению электрического сопротивления датчика в целом.

В технике известны сплавы, в которых подобное изменение электрического сопротивления имеет отрицательный температурный коэффициент, по абсолютному значению в несколько раз больший, чем у обычных металлов. К таким сплавам относятся, например, квазибинарные соединения TiNi-TiCu с атомным содержанием меди от 15 до 28% [Ерофеев В.Я., Паскаль Ю.И. Кинетические и морфологические закономерности мартенситных превращений в сплавах Ti(NiCu). ДАН СССР, 1986, Т. 286, С.879-882, рис.1 (7)]. Фазовые переходы в этих сплавах, которые идут вблизи комнатной температуры, сопровождаются резким изменением электросопротивления, при этом его температурная зависимость близка к линейной.

Приведенные сплавы отличаются высокой технологичностью, позволяющей получать тонкие пленки. Интервал температуры фазового перехода в них может быть легко смещен в ту или иную сторону по температурной шкале путем изменения соотношения концентраций компонент. Такой технологический прием позволяет получить датчики, действующие в широком диапазоне температур. Преимуществами этих сплавов также является отсутствие влияния числа рабочих циклов (измерений) на вид функции электросопротивления от температуры, что обеспечивается нулевым фазовым наклепом у этих сплавов; число рабочих циклов практически неограниченно, что также связано с особенностями фазового наклепа; наконец, следует отметить их высокую стойкость к агрессивным средам и механическую прочность.

На чертеже представлена зависимость электросопротивления от температуры Rусл.ед.=f(t) одного из таких сплавов. Указанная зависимость в области значений температур I имеет характер, свойственный обычным металлам, из которых изготавливают существующие датчики. Зависимость в области II имеет место в материале датчика предлагаемого способа. Сравнение этих зависимостей показывает, что при изменении температуры на одну и ту же величину (ΔtI=ΔtII) изменение электрического сопротивления в области II в несколько раз превышает изменение электрического сопротивления в области I (ΔRII/ΔRI≥7 при Δt=const).

Способ измерения мощности лазерного излучения сводится к определению разности электросопротивлений двух датчиков в области II (см. чертеж), поэтому он может быть реализован посредством двухканального измерителя сопротивления и микропроцессорного блока (микроконтроллера). Задачей последнего является прием, обработка и контроль результатов измерения и, при необходимости, учет дополнительно введенной информации об измерениях и вывод на исполнительное устройство (дисплей и т.д.) данных о мощности лазерного излучения.

Предлагаемый способ позволяет существенно повысить чувствительность датчика, что способствует созданию приборов с улучшенными параметрами.

Способ измерения мощности лазерного излучения, включающий размещение на пути измеряемого излучения датчика в виде металлической пленки, измерение изменения электрического сопротивления датчика, возникшее после изменения его температуры под действием излучения, компенсацию влияния изменения температуры внешней среды на значение измеряемой величины при помощи второго датчика, идентичного первому, и определение мощности излучения по значению изменения электросопротивления, пропорциональному интенсивности потока, отличающийся тем, что датчики выполнены из металла, имеющего обратимое полиморфное превращение в интервале температур измерения, фиксируют изменение электросопротивления датчика, вызванное перестройкой кристаллической решетки металла в ходе превращения при повышении температуры под воздействием излучения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике оптических измерений. .

Пирометр // 2270984
Изобретение относится к измерительной технике. .

Пирометр // 2225600
Изобретение относится к информационно-измерительной и вычислительной технике. .

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к энергетической фотометрии, и может найти применение при разработке, производстве и эксплуатации сверхъярких источников излучения - мощных электрических дуг, лазеров.

Изобретение относится к технике измерения интенсивности электромагнитного излучения, в частности к технике измерения на основе поглощения электромагнитной энергии и объемного расширения твердых тел.

Изобретение относится к физической оптике и может быть использовано для измерения температуры поверхности пластин монокристаллов, в частности монокристаллического кремния.

Изобретение относится к области термометрии , в частности к способам измерения температуры с помощью изооптических термодатчиков, Целью изобретения является повышение чувствительности устройств для измерения температуры.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений энергии оптических импульсов

Изобретение относится к оптическому приборостроению

Изобретение относится к области дистанционного измерения высоких температур газов и может быть применено для экспериментальных исследований рабочего процесса силовых установок. Согласно заявленному способу при спектрометрическом измерении средней температуры слоя газа заданной толщины, содержащего поглотитель, измеряют спектр излучения от слоя газа заданной толщины. Парциальное давление поглотителя измеряют по меньшей мере в двух сечениях слоя газа заданной толщины в направлении линии измерения спектра излучения. По усредненному значению парциального давления судят о распределении поглотителя в слое газа заданной толщины. Вычисляют зависимость волнового числа поглотителя W в слое газа заданной толщины от температуры газа W=f(T). Среднюю температуру слоя газа заданной толщины определяют по точке пересечения линии, отображающей зависимость волнового числа поглотителя в слое газа заданной толщины от температуры газа в системе координат mV и Т, с линией, полученной по результатам измерения спектра излучения от слоя газа заданной толщины в системе координат mV и Т. Технический результат - повышение точности определения средней температуры слоя газа заданной толщины. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области создания приемников-преобразователей на основе полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей для преобразования электромагнитной энергии лазерного излучения высокой плотности. Заявлена конструкция космического приемника-преобразователя лазерного излучения в двух вариантах исполнения. В первом варианте приемник-преобразователь выполнен в виде трех взаимно перпендикулярных круговых панелей с точкой пересечения, совпадающей с их геометрическими центрами; каждая круговая панель с двух сторон представляет приемную плоскость, на которой установлены фотоэлектрические преобразователи. Тыльные контакты фотоэлектрических преобразователей охлаждаются радиальными прямолинейными, дугообразными и периферийными дугообразными тепловыми трубами. Второй вариант отличается от первого конструкцией тепловых труб: применяются V-образные и дугообразные тепловые трубы. Техническим результатом является повышение мощности и эффективности приемника-преобразователя, повышение КПД преобразования, надежности и ресурса работы. 2 н.п. ф-лы, 19 ил.

Изобретение относится к области океанологии и может быть использовано для получения полей температуры океана в оперативном режиме. Заявлен способ оценки температуры поверхности океана по измерениям спутниковых микроволновых радиометров путем получения значений радиояркостных температур (Тя) по радиометрическим каналам и вычисления значения температуры поверхности океана (Ts) с использованием зависимости, учитывающей значение радиояркостных температур и коэффициентов настроенной Нейронной Сети. Используются четыре радиометрических канала, которые имеют следующие частоты и поляризационные режимы: υ1=6.9 ГГц горизонтальной поляризации, υ2=6.9 ГГц вертикальной поляризации, υ3=10.65 ГГц горизонтальной поляризации и υ4=10.65 ГГц вертикальной поляризации. Моделируется ослабление излучения слоем осадков до 30 мм/ч, что позволяет получать оценки температуры поверхности океана в широком диапазоне состояний океана и атмосферы для всего диапазона температур океана в условиях, включающих наличие мощной облачности и осадков до 30 мм/ч. Технический результат - повышение точности и достоверности получаемых данных.

Изобретение относится к области дистанционного измерения температур и касается способа измерения температуры потока газа с поглотителем. Измерение температуры проводят в, по крайней мере, трех слоях заданной толщины. При осуществлении способа производят юстировку оптической системы для одного из средних слоев газа. Измеряют парциальное давление в каждом слое газа и определяют содержание поглотителя в потоке газа. Перемещают источник излучения вдоль линии визирования и измеряют величину изменения сигнала в зависимости от расфокусировки оптической системы. Определяют для каждого слоя газа характеристику спектра излучения потока газа. Определяют величину изменения сигнала источника излучения при прохождении его к приемнику излучения через поток газа. По полученным величинам изменения сигнала вычисляют поправочный коэффициент для каждого слоя газа. Для каждого слоя газа вычисляют зависимость значений волнового числа поглотителя от температуры газа. Температуру в каждом слое определяют с учетом поправочного коэффициента по точке пересечения линии, отображающей зависимость волнового числа поглотителя в этом слое от температуры газа с линией, полученной по результатам измерения спектра излучения, соответствующего этому слою газа. Технический результат заключается в обеспечении возможности получения информации о распределении температуры по всему сечению потока газа. 6 ил.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для оценки интенсивности дождя над территориями океана, свободными ото льда. Сущность: получают значения радиояркостных температур по четырем радиометрическим каналам, имеющим частоты 6.9 ГГц горизонтальной поляризации и 6.9 ГГц вертикальной поляризации, 7.3 ГГц горизонтальной поляризации и 7.3 ГГц вертикальной поляризации, 10.65 ГГц горизонтальной поляризации и 10.65 ГГц вертикальной поляризации. Вычисляют интенсивность дождя с использованием зависимости, учитывающей разницу радиояркостных температур и коэффициенты настроенной Нейронной Сети. При этом численные значения упомянутых коэффициентов получают математическим моделированием уходящего излучения системы Океан - Атмосфера в условиях осадков и проведением численного эксперимента с использованием Нейронных Сетей в качестве оператора решения обратной задачи. Причем при моделировании излучения применяют уточненные модели ослабления микроволнового излучения молекулярными газами и жидкокапельной влагой в облаках и осадках, а также новую параметризацию излучения океана. Технический результат: повышение точности оценки, расширение диапазона условий применения.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается фотоприемника для регистрации инфракрасного излучения в области 10,6 мкм. Фотоприемник включает в себя герметичную наполненную газом камеру, оснащенную входным окном, прозрачным для измеряемого излучения, и блок электроники. Внутри камеры, представляющей собой полый параллелепипед, на месте двух ее противоположных граней, вдоль которых распространяется измеряемое излучение, установлены соединенные с блоком электроники идентичные электроакустические преобразователи. Камера заполнена газовой смесью азот-элегаз общим давлением 1 атм и с относительной концентрацией элегаза , где - расстояние между входным окном и противоположной гранью камеры. Технический результат заключается в повышении чувствительности устройства. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается способа измерения энергии излучения инфракрасного и терагерцового диапазонов. Способ включает в себя введение излучения в герметичную камеру, заполненную газом, и измерение величины нагрева газа, обусловленного поглощением излучения внутри камеры, посредством измерения скоростей прохождения акустических импульсов сквозь газ, на основании которой определяют искомую величину энергии излучения. Поглощение излучения осуществляется поглощающей пленкой, установленной внутри камеры, а в качестве газа для наполнения камеры используется ксенон. Технический результат заключается в повышении точности измерений. 1 ил.
Наверх