RU2752728C1 - Device for measuring energy parameters of light radiation - Google Patents
Device for measuring energy parameters of light radiation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2752728C1 RU2752728C1 RU2021100946A RU2021100946A RU2752728C1 RU 2752728 C1 RU2752728 C1 RU 2752728C1 RU 2021100946 A RU2021100946 A RU 2021100946A RU 2021100946 A RU2021100946 A RU 2021100946A RU 2752728 C1 RU2752728 C1 RU 2752728C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring
- thermocouples
- temperature
- light radiation
- elements
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 25
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005375 photometry Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 2
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 2
- IYLGZMTXKJYONK-ACLXAEORSA-N (12s,15r)-15-hydroxy-11,16-dioxo-15,20-dihydrosenecionan-12-yl acetate Chemical compound O1C(=O)[C@](CC)(O)C[C@@H](C)[C@](C)(OC(C)=O)C(=O)OCC2=CCN3[C@H]2[C@H]1CC3 IYLGZMTXKJYONK-ACLXAEORSA-N 0.000 description 1
- 229910021542 Vanadium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- IYLGZMTXKJYONK-UHFFFAOYSA-N ruwenine Natural products O1C(=O)C(CC)(O)CC(C)C(C)(OC(C)=O)C(=O)OCC2=CCN3C2C1CC3 IYLGZMTXKJYONK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- GRUMUEUJTSXQOI-UHFFFAOYSA-N vanadium dioxide Chemical compound O=[V]=O GRUMUEUJTSXQOI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
- G01J5/12—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области фотометрии и может быть использовано в экспериментах, связанных с исследованиями воздействия светового излучения на материалы и элементы, применяемые в современной технике, где требуется высокая достоверность значений измеряемых параметров, а именно при измерении энергетических параметров светового излучения, в частности, устройство может применено при измерении распределения плотности энергии светового излучения в испытательной зоне установки, моделирующей его воздействие.The invention relates to the field of photometry and can be used in experiments related to studies of the effect of light radiation on materials and elements used in modern technology, where high reliability of the values of the measured parameters is required, namely when measuring the energy parameters of light radiation, in particular, the device can applied when measuring the distribution of the energy density of light radiation in the test area of the installation, which simulates its effect.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является тепловой приемник (патент РФ на изобретение №2518250, 10.06.2014 г.) [1], содержащий герметичный корпус с входным окном, прозрачным для регистрируемого излучения. Перед окном установлена диэлектрическая подложка, покрытая термочувствительным слоем, из материала с гистерезисной зависимостью фазового перехода первого рода полупроводник-металл, например, пленки из диоксида ванадия, в виде элементов, расположенных по концентрическим окружностям с радиусами, увеличивающимися с каждой последующей окружностью от центра круга и образующими круговую приемную площадку. Вне приемной площадки расположен компенсационный термочувствительный элемент. Каждый термочувствительный элемент имеет сигнальный и общий электроды, соединенные с контактными площадками, расположенными по периметру подложки. Согласно изобретению, круговая приемная площадка разделена двумя перпендикулярными зазорами, проходящими через ее центр, на четыре одинаковых квадранта. Термочувствительные элементы имеют форму секторов колец подобной геометрической формы, разделенных круговыми зазорами. Общие электроды расположены по одному радиусу каждого квадранта и соединены между собой. Сигнальные электроды расположены по другому радиусу каждого квадранта на боковых отрезках каждого сектора кольца термочувствительного элемента и сквозными выводами соединены с контактными площадками на обратной стороне подложки.The closest device for the same purpose to the claimed invention in terms of the totality of features is a thermal receiver (RF patent for invention No. 2518250, June 10, 2014) [1], containing a sealed housing with an entrance window, transparent for the detected radiation. In front of the window, a dielectric substrate is installed, covered with a thermosensitive layer, made of a material with a hysteresis dependence of the semiconductor-metal phase transition of the first order, for example, a film of vanadium dioxide, in the form of elements arranged in concentric circles with radii increasing with each successive circle from the center of the circle and forming a circular receiving area. A compensating temperature-sensitive element is located outside the receiving area. Each thermosensitive element has a signal and common electrodes connected to contact pads located around the perimeter of the substrate. According to the invention, the circular receiving area is divided by two perpendicular gaps passing through its center into four equal quadrants. The thermosensitive elements are in the form of sectors of rings of a similar geometric shape, separated by circular gaps. Common electrodes are located at one radius of each quadrant and are interconnected. Signal electrodes are located at a different radius of each quadrant on the side segments of each sector of the ring of the temperature-sensitive element and through leads are connected to the contact pads on the back side of the substrate.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что:The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device include the fact that:
- заявленная в изобретении толщина термочувствительного слоя недостаточна для измерения плотности распределения энергии светового излучения требуемого уровня, так как воспроизводимое световое излучение может привести к разрушению этого термочувствительного слоя;- the thickness of the thermosensitive layer declared in the invention is insufficient to measure the density of the energy distribution of the light radiation of the required level, since the reproduced light radiation can lead to the destruction of this thermosensitive layer;
- потребность в постоянном источнике тока с точными параметрами;- the need for a constant current source with accurate parameters;
- потребность в периодической калибровке.- the need for periodic calibration.
Сущность изобретения заключается в создании устройства, способного преобразовывать энергетические параметры светового излучения, например, плотность энергии светового излучения в пропорциональный электрический сигнал с минимальной погрешностью в заданном диапазоне длин волн светового излучения и на заданных расстояниях z от фокальной плоскости концентратора, а также, чтобы конструкция устройства позволяла в максимально достоверной форме обрабатывать результаты измерений с помощью компьютерных математических программ.The essence of the invention is to create a device capable of converting the energy parameters of light radiation, for example, the energy density of light radiation into a proportional electrical signal with a minimum error in a given range of wavelengths of light radiation and at given distances z from the focal plane of the concentrator, and also that the design of the device made it possible to process the measurement results in the most reliable form using computer mathematical programs.
Техническим результатом при решении данной задачи является повышение точности получаемых данных об энергетических параметрах светового излучения в испытательной зоне моделирующих установок с концентраторами лучистой энергии в заданном диапазоне длин волн светового излучения.The technical result in solving this problem is to improve the accuracy of the obtained data on the energy parameters of light radiation in the test area of the simulating installations with radiant energy concentrators in a given wavelength range of light radiation.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в предлагаемом устройстве, содержащем герметичный корпус, термочувствительные элементы, четыре одинаковых квадранта, сигнальные электроды, разъем, закрепленный с тыльной стороны корпуса, новым является то, что герметичный корпус выполнен в виде круглого цилиндра, основания которого являются лицевой и тыльной сторонами этого корпуса, термочувствительные элементы, каждый из которых имеет форму прямоугольного параллелепипеда, закреплены на лицевой стороне герметичного корпуса по линиям двух взаимно перпендикулярных его диаметров, в каждый термочувствительный элемент со стороны его нижнего основания зачеканен горячий спай измерительной термопары, холодные спаи этих термопар размещены внутри герметичного корпуса и собраны в пучок, в котором все спаи имеют одинаковую стабилизированную температуру, сигнальные проводники всех измерительных термопар электрически соединены с контактами гнезда разъема, которые выделены в отдельную измерительную группу, четыре одинаковых квадранта являются центрирующими элементами и в каждый из них зачеканен горячий спай термопары, сигнальные проводники этих термопар электрически включены встречно и соединены с контактами гнезда разъема, выделенные в группу настройки, термочувствительные элементы и четыре одинаковых квадранта изготовлены из материала с высокой теплопроводностью, а на их наружные рабочие поверхности нанесено покрытие с высоким интегральным коэффициентом поглощения светового излучения в широком спектральном интервале, внутри герметичного корпуса, с его тыльной стороны, установлен аккумулятор холода, который прижат к пучку холодных спаев измерительных термопар.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the proposed device containing a sealed housing, temperature-sensitive elements, four identical quadrants, signal electrodes, a connector fixed on the back of the housing, the new is that the sealed housing is made in the form of a round cylinder, a base which are the front and back sides of this housing, the temperature-sensitive elements, each of which has the shape of a rectangular parallelepiped, are fixed on the front side of the sealed housing along the lines of its two mutually perpendicular diameters, a hot junction of the measuring thermocouple is minted into each temperature-sensitive element from the side of its lower base, cold the junctions of these thermocouples are placed inside a sealed housing and are assembled into a bundle in which all junctions have the same stabilized temperature, the signal conductors of all measuring thermocouples are electrically connected to the contacts of the connector socket, which They are included in a separate measuring group, four identical quadrants are centering elements and a thermocouple hot junction is stamped into each of them, the signal conductors of these thermocouples are electrically connected oppositely and connected to the contacts of the connector socket, allocated to the adjustment group, thermosensitive elements and four identical quadrants are made of material with high thermal conductivity, and their outer working surfaces are coated with a high integral coefficient of absorption of light radiation in a wide spectral range, inside the sealed housing, on its back side, a cold accumulator is installed, which is pressed against the beam of cold junctions of measuring thermocouples.
При исследовании отличительных признаков описываемого устройства для измерения энергетических параметров светового излучения не выявлено каких-либо аналогичных известных решений, касающихся использования традиционной конструкции при реализации процесса измерения энергетических параметров светового излучения, позволяющих получать данные, например, о плотности распределения энергии светового излучения.In the study of the distinctive features of the described device for measuring the energy parameters of light radiation, no similar known solutions were found regarding the use of a traditional design when implementing the process of measuring the energy parameters of light radiation, which makes it possible to obtain data, for example, on the distribution density of the energy of light radiation.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, которому присущи все признаки изобретения, выраженного формулой, предложенной заявителем.The applicant's analysis of the state of the art, including a search for patent and scientific and technical sources of information, and the identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, made it possible to establish that the applicant did not find an analogue, which has all the features of the invention expressed by the claims proposed by the applicant.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».Therefore, the claimed invention meets the "novelty" condition.
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:To check the compliance of the claimed invention with the condition "inventive step", the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify features that coincide with the distinguishing features of the prototype of the claimed device. The search results showed that the claimed invention does not follow explicitly for a specialist from the prior art, since the prior art determined by the applicant did not reveal the influence of the transformations envisaged by the essential features of the claimed invention on the achievement of the technical result, in particular, the claimed invention does not provide for the following transformations:
• дополнение известного средства какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;• addition of a known means with any known part, attached to it according to known rules, in order to achieve a technical result in relation to which the influence of just such additions has been established;
• замена какой-либо части (частей) известного средства другой, известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;• replacement of any part (parts) of a known means with another known part to achieve a technical result, in relation to which the influence of just such a replacement has been established;
• исключение какой-либо части (элемента) средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата (упрощение, уменьшение массы, габаритов, материалоемкости, повышение надежности, сокращение продолжительности процесса и пр.);• exclusion of any part (element) of the tool with the simultaneous exclusion of the function due to its presence and the achievement of the usual result for such an exclusion (simplification, reduction in weight, dimensions, material consumption, increase in reliability, reduction in the duration of the process, etc.);
• увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов;• an increase in the number of elements of the same type to enhance the technical result due to the presence of just such elements in the product;
• выполнение известного средства или его части (частей) из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала;• execution of a known means or its part (parts) from a known material to achieve a technical result due to the known properties of this material;
• создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.• creation of a tool, consisting of known parts, the choice of which and the connection between which are carried out on the basis of known rules, recommendations, and the achieved technical result is due only to the known properties of the parts of this tool and the connections between them.
Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей.The described invention is not based on a change in the quantitative feature (features), the presentation of such features in a relationship, or a change in its type. This refers to the case when the fact of the influence of each of the specified features on the technical result is known, and new values of these features or their relationship could be obtained based on the known dependencies and patterns.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».Therefore, the claimed invention meets the condition "inventive step".
На чертежах представлено: на фиг.1 показан общий вид устройства, на фиг.2 представлен принцип зачеканки горячего спая термопары, на фиг.3 изображена упрощенная схема обработки сигналов, на фиг.4 представлены фрагменты расчетного блока для определения и визуализации распределения плотности энергии.The drawings show: Fig. 1 shows a general view of the device, Fig. 2 shows the principle of the hot junction of a thermocouple, Fig. 3 shows a simplified signal processing circuit, Fig. 4 shows fragments of the calculation block for determining and visualizing the energy density distribution.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем. На фиг.1 изображен общий вид устройства. Герметичный корпус (1) (далее по тексту корпус) имеет форму круглого цилиндра, основания которого являются лицевой и тыльной сторонами этого корпуса. На лицевой стороне корпуса (1), вдоль линий взаимно-перпендикулярных диаметров корпуса размещены термочувствительные элементы (2) с зачеканинными в них горячими спаями измерительных термопар из хромель-копелевых проводов (3) (принцип зачеканки будет пояснен фиг.2). Холодные спаи этих термопар размещены внутри корпуса (1) и собраны в пучок (на фигурах не показаны). Сигнальные электроды измерительных термопар выведены на контакты гнезда разъема (4), размещенного на тыльной стороне корпуса (1), при этом контакты этого разъема выделены в отдельную измерительную группу. Каждый термочувствительный элемент имеет форму прямоугольного параллелепипеда, изготовленного из меди, что обеспечивает его высокую теплопроводность, а его наружная рабочая поверхность покрыта материалом с высоким интегральным коэффициентом поглощения светового излучения в широком спектральном интервале, например, керосиновой сажей. На лицевой стороне герметичного корпуса дополнительно закреплены площадки в виде квадрантов (5), которые прямыми сторонами прилегают к термочувствительным элементам (2) и закреплены в одной с ними плоскости и вместе с ними образуют круговую приемную площадку. Квадранты (5) являются центрирующими элементами и изготовлены из меди, а их наружные рабочие поверхности также покрыты керосиновой сажей, которая обеспечивает для данного элемента высокий коэффициент поглощения светового излучения. В каждый квадрант (5) зачеканен горячий спай термопары, сигнальные электроды которых электрически включены встречно по ЭДС (положительные с положительными, отрицательные с отрицательными) и выведены на контакты гнезда разъема (4), эти контакты выделены в отдельную группу настройки. Круговая приемная площадка, которую образуют термочувствительные элементы (2) вместе с квадрантами (5), с максимальной точностью повторяет геометрию светового пятна моделирующей установки и дополнительно облегчает наведение на устройство центра рабочего пятна моделирующей установки (или устройство устанавливается по центру пятна). Предложенное расположение термочувствительных элементов (2) также способствует максимально достоверной и удобной обработке результатов измерений. Контроль по наведению пятна или установки устройства в центре пятна осуществляется по сигналам термопар квадрантов (5), например, если температура на всех квадрантах одинакова, то при встречном включении термопар их суммирующий сигнал будет взаимно скомпенсирован до нуля, что будет свидетельствовать о расположении устройства по центру пятна. При этом квадранты (5) еще и препятствуют передаче тепла от термочувствительных элементов (2) на корпус, что позволяет фиксировать реальное распределение энергии в пучке светового излучения. Гнездо разъема (4) предназначено для соединения или разъединения устройства, например, посредством многоканальной сигнальной цепи со средствами обработки сигналов (пояснение фиг.3). Для закрепления устройства на каком либо приспособлении, на его корпусе выполнены канавка (6) и проточка (7). В задней части корпуса (1) установлен выдвижной контейнер (8), в который помещается аккумулятор холода (9). При установке контейнера (8) в закрытое положение, к аккумулятору холода (9) плотно прижимаются собранные в пучок холодные спаи измерительных термопар (на фиг.1 не показаны). Нахождение холодных спаев в пучке при одинаковой температуре, которую создает аккумулятор холода и которая близка к температуре окружающей среды (аккумулятор холода сохраняет значение температуры окружающей среды, которое было перед началом нагрева), позволяет снизить погрешность измерения напряжения, генерируемого термопарой, это особенно важно, когда необходимо измерить напряжение с разных термопар, которые подвергаются нагреву с небольшой разницей. На фиг.2 показан принцип зачеканки горячего спая термопары. Перед зачеканкой с тыльной стороны приемного элемента (2) выполняется глухое отверстие (10), куда вставляется горячий спай термопары из хромель-копелевых проводов (3). Затем, края (11) отверстия (10) механическим или слесарным способом деформируются внутрь, при этом обжимается горячий спай из хромель-копелевых проводов (3). Зачеканка горячего спая из хромель-копелевых проводов (3) способствует плотной его посадке в отверстии (10), а при нагреве - быстрому выравниванию температуры по всему объему термочувствительного элемента (2). Тем самым достигается фиксация достоверного значения термо-ЭДС, генерируемого термопарой.Information confirming the possibility of carrying out the invention with obtaining the above technical result is as follows. Figure 1 shows a general view of the device. The sealed body (1) (hereinafter referred to as the body) has the shape of a circular cylinder, the bases of which are the front and back sides of this body. On the front side of the case (1), along the lines of mutually perpendicular diameters of the case, temperature-sensitive elements (2) with hot junctions of measuring thermocouples made of chromel-copel wires (3) are coined in them (the principle of capping will be explained in Fig. 2). The cold junctions of these thermocouples are placed inside the housing (1) and assembled into a bundle (not shown in the figures). The signal electrodes of the measuring thermocouples are brought out to the contacts of the socket of the connector (4) located on the rear side of the housing (1), while the contacts of this connector are separated into a separate measuring group. Each thermosensitive element has the shape of a rectangular parallelepiped made of copper, which ensures its high thermal conductivity, and its outer working surface is covered with a material with a high integral absorption coefficient of light radiation in a wide spectral range, for example, kerosene soot. On the front side of the sealed housing, platforms are additionally fixed in the form of quadrants (5), which with their straight sides adjoin the temperature-sensitive elements (2) and are fixed in the same plane with them and together with them form a circular receiving platform. The quadrants (5) are centering elements and are made of copper, and their outer working surfaces are also covered with kerosene soot, which ensures a high absorption coefficient of light radiation for this element. A thermocouple hot junction is coined in each quadrant (5), the signal electrodes of which are electrically connected in opposite direction to the EMF (positive with positive, negative with negative) and brought out to the contacts of the socket of the connector (4), these contacts are allocated to a separate setting group. The circular receiving area, which is formed by the thermosensitive elements (2) together with the quadrants (5), repeats the geometry of the light spot of the simulator with maximum accuracy and additionally facilitates pointing the center of the working spot of the simulator to the device (or the device is installed in the center of the spot). The proposed arrangement of thermosensitive elements (2) also contributes to the most reliable and convenient processing of measurement results. Control by aiming the spot or setting the device in the center of the spot is carried out according to the signals of the thermocouples of the quadrants (5), for example, if the temperature on all quadrants is the same, then when the thermocouples are turned on oppositely, their summing signal will be mutually compensated to zero, which will indicate the location of the device in the center spots. In this case, the quadrants (5) also prevent the transfer of heat from the thermosensitive elements (2) to the body, which makes it possible to record the real energy distribution in the light beam. The socket of the connector (4) is intended for connecting or disconnecting the device, for example, by means of a multichannel signal circuit with signal processing means (explanation of Fig. 3). To fix the device on any device, a groove (6) and a groove (7) are made on its body. A retractable container (8) is installed in the rear part of the body (1), into which a cold accumulator (9) is placed. When the container (8) is installed in the closed position, the cold junctions of the measuring thermocouples (not shown in Fig. 1) collected in a bundle are tightly pressed against the cold accumulator (9). Finding cold junctions in the beam at the same temperature, which is created by the cold accumulator and which is close to the ambient temperature (the cold accumulator retains the value of the ambient temperature that was before the start of heating), allows to reduce the measurement error of the voltage generated by the thermocouple, this is especially important when it is necessary to measure the voltage from different thermocouples that are heated with a small difference. Figure 2 shows the principle of hot-junction stamping of a thermocouple. Before stamping, a blind hole (10) is made on the back of the receiving element (2), where the hot junction of a thermocouple made of chromel-copel wires (3) is inserted. Then, the edges (11) of the hole (10) are mechanically or mechanically deformed inward, while the hot junction of chromel-copel wires (3) is compressed. Stamping the hot junction from chromel-copel wires (3) contributes to its tight fit in the hole (10), and when heated, it quickly equalizes the temperature throughout the entire volume of the thermosensitive element (2). Thus, the fixation of the reliable value of the thermo-EMF generated by the thermocouple is achieved.
Работа устройства.Device operation.
Принцип работы предлагаемого устройства заключается в следующем. Импульс энергии светового излучения, генерируемый каким либо устройством (например, моделирующей установкой), в виде входного сигнала поглощается термочувствительными элементами (2), которые при этом нагреваются. Нагрев каждого элемента (2) пропорционален поглощенной плотности энергии (импульсу облучения, количеству облучения) и определяется по формулеThe principle of operation of the proposed device is as follows. A pulse of light radiation energy generated by some device (for example, a simulator) is absorbed in the form of an input signal by temperature-sensitive elements (2), which are heated in this case. Heating of each element (2) is proportional to the absorbed energy density (pulse of irradiation, amount of irradiation) and is determined by the formula
где t0i - начальная температура i-го термочувствительного элемента, град;where t 0i is the initial temperature of the i-th thermosensitive element, deg;
ti - максимальная температура i-го термочувствительного элемента, град;t i - maximum temperature of the i-th thermosensitive element, deg;
А - коэффициент поглощения сажевого покрытия, обычно 0,95±0,1%;A is the absorption coefficient of the soot coating, usually 0.95 ± 0.1%;
U - плотность энергии, кал/см2;U is the energy density, cal / cm 2 ;
с - теплоемкость меди, кал/г град;с - heat capacity of copper, cal / g deg;
γ - плотность меди, г/см3;γ - copper density, g / cm 3 ;
d - толщина термочувствительного элемента, см.d is the thickness of the thermosensitive element, see.
В результате этого измерительные термопары вырабатывают выходные сигналы в виде максимальных приращений ЭДС, которые пропорциональны нагреву термочувствительных элементов (2), и, как следствие, плотности энергии, поглощенной с некоторым коэффициентом термочувствительным элементом. Это видно из следующих соотношений. ЭДС, генерируемая термопарой i-того элементаAs a result, the measuring thermocouples generate output signals in the form of maximum EMF increments, which are proportional to the heating of the thermosensitive elements (2), and, as a consequence, the energy density absorbed with a certain coefficient by the thermosensitive element. This can be seen from the following relationships. EMF generated by the thermocouple of the i-th element
где α - коэффициент термо-ЭДС термопары, мВ/град;where α is the thermo-EMF coefficient of the thermocouple, mV / deg;
подставив значение нагрева (1) в формулу (2), получимsubstituting the heating value (1) into formula (2), we obtain
Откуда получим выражение для определения плотности, поглощенной i-тым элементом энергииWhence we get an expression for determining the density absorbed by the i-th element of energy
где отношение
Дальнейшая работа предлагаемого устройства поясняется фиг.3. Сформированные устройством сигналы в виде некоторых значений напряжения через многоканальную сигнальную цепь передаются на многоканальный усилитель (12) и усиливаются до значений, достаточных для их оцифровки аналогово-цифровым преобразователем (АЦП) (13), далее через контроллер (14) сигналы поступают на компьютер (15), где с помощью математической программы производится окончательная обработка и получение результата. Сигнал, формируемый термопарами, по которому производится оценка уровней нагрева площадок (5), после усиления визуализируется вольтметром, подсоединяемым к соответствующему выходу усилителя (12). Принцип обработки поясняется фрагментами расчетного блока, разработанного в программе MathCAD (фиг.4), где представлены промежуточные результаты и итоговый результат - распределение плотности энергии в пятне моделирующей установки. В расчетах используются формулы (1)-(4), представленные выше. Расположение термочувствительных элементов (2) на устройстве для измерения энергетических параметров светового излучения позволяет из результатов измерений формировать матрицу (16), в которой элементы столбцов и строк отображают значения упавшей плотности энергии на термочувствительные элементы в том же порядке, в каком они расположены на заявленном устройстве. Далее строится гистограмма уровней (17), показывающая уровни упавшей энергии на каждый термочувствительный элемент устройства, также по гистограмме определяют состояние термопар (например, отклонения от рабочего состояния или неисправность). После гистограммы, используя столбец или строку матрицы (16) со значениями упавшей плотности энергии, расчетный блок выдает поле (18) (в виде изолиний) поглощенной устройством плотности энергии со значением плотности энергии на каждой изолинии в относительных единицах. По расположению и концентрации изолиний окончательно определяют точность фокусировки относительно центра пятна светового излучения и визуально оценивают распределение упавшей на устройство энергии. Затем расчетный блок строит объемную поверхность вращения (19) (здесь также используется столбец или строка матрицы (16) со значениями упавшей плотности энергии), которая аппроксимирует значения поглощенной устройством энергии в любой его точке (например, на квадрантах (5)). Итогом обработки данных является график распределения плотности энергии в процентном отношении по пятну светового излучения в установленной координате z (20).Further operation of the proposed device is illustrated in Fig.3. The signals generated by the device in the form of some voltage values are transmitted through a multichannel signal circuit to a multichannel amplifier (12) and amplified to values sufficient for their digitization by an analog-to-digital converter (ADC) (13), then through the controller (14) the signals are fed to the computer ( 15), where, using a mathematical program, the final processing and the result are obtained. The signal generated by the thermocouples, which is used to estimate the heating levels of the pads (5), after amplification is visualized by a voltmeter connected to the corresponding output of the amplifier (12). The principle of processing is explained by fragments of the computational block developed in the MathCAD program (Fig. 4), which presents the intermediate results and the final result - the distribution of the energy density in the spot of the simulator. The calculations use formulas (1) - (4) presented above. The location of the thermosensitive elements (2) on the device for measuring the energy parameters of light radiation makes it possible to form a matrix (16) from the measurement results, in which the elements of the columns and rows display the values of the dropped energy density on the thermosensitive elements in the same order in which they are located on the declared device ... Next, a histogram of levels (17) is built, showing the levels of the dropped energy for each temperature-sensitive element of the device, and the state of the thermocouples (for example, deviations from the operating state or a malfunction) is also determined from the histogram. After the histogram, using the column or row of the matrix (16) with the values of the dropped energy density, the computational unit outputs the field (18) (in the form of isolines) of the energy density absorbed by the device with the energy density value on each isoline in relative units. Based on the location and concentration of isolines, the focusing accuracy relative to the center of the light radiation spot is finally determined and the distribution of the energy fallen on the device is visually estimated. Then, the computational block builds a volumetric surface of revolution (19) (here, a column or row of matrix (16) with the values of the dropped energy density is also used), which approximates the values of the energy absorbed by the device at any point (for example, on the quadrants (5)). The result of data processing is a graph of the energy density distribution in percentage terms over the spot of light radiation in the specified coordinate z (20).
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использования заявленного изобретения следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed invention:
• средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно, в экспериментальных и испытательных целях.• the means embodying the claimed invention in its implementation is intended for use in industry, namely, for experimental and test purposes.
• для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;• for the claimed device in the form as it is described in the independent claim of the stated claims, the possibility of its implementation using the means and methods described in the application or known before the priority date has been confirmed;
• средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. Преимущество изобретения состоит в том, что позволяет получать точные данные о распределении энергии в пятне светового излучения моделирующей установки, это достигается и конструкцией термочувствительных элементов и их расположением на корпусе устройства. Используя эти особенности, можно изготовить ряд (линейку) подобных устройств с разной толщиной термочувствительных элементов для измерения плотности энергии от единиц до нескольких сотен кал/см2.• the means embodying the claimed invention during its implementation is capable of ensuring the achievement of the technical result perceived by the applicant. The advantage of the invention is that it allows obtaining accurate data on the distribution of energy in the spot of light emission of the simulating installation, this is achieved both by the design of the temperature-sensitive elements and their location on the body of the device. Using these features, it is possible to manufacture a number (line) of similar devices with different thicknesses of thermosensitive elements for measuring energy density from units to several hundred cal / cm 2 .
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".
Источники информацииSources of information
1. Олейник Анатолий Семенович, Журавлев Ефим Андреевич, Тепловой приемник, патент РФ на изобретение №2518250, 10.06.2014, МПК G01J 5/02.1. Oleinik Anatoly Semenovich, Zhuravlev Efim Andreevich, Thermal receiver, RF patent for invention No. 2518250, 10.06.2014,
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021100946A RU2752728C1 (en) | 2021-01-18 | 2021-01-18 | Device for measuring energy parameters of light radiation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021100946A RU2752728C1 (en) | 2021-01-18 | 2021-01-18 | Device for measuring energy parameters of light radiation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2752728C1 true RU2752728C1 (en) | 2021-07-30 |
Family
ID=77226341
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021100946A RU2752728C1 (en) | 2021-01-18 | 2021-01-18 | Device for measuring energy parameters of light radiation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2752728C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2796399C1 (en) * | 2023-02-14 | 2023-05-23 | Федеральное государственное казенное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Energy density meter for pulsing polychromatic optical radiation |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4111717A (en) * | 1977-06-29 | 1978-09-05 | Leeds & Northrup Company | Small-size high-performance radiation thermopile |
| RU2217712C2 (en) * | 2002-02-08 | 2003-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Смоленское производственное объединение "Аналитприбор" | Thermoelectric radiation detector |
| US7282712B2 (en) * | 2001-04-10 | 2007-10-16 | Hamamatsu Photonics K.K. | Infrared sensor |
| RU2518250C1 (en) * | 2012-11-27 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Thermal detector |
-
2021
- 2021-01-18 RU RU2021100946A patent/RU2752728C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4111717A (en) * | 1977-06-29 | 1978-09-05 | Leeds & Northrup Company | Small-size high-performance radiation thermopile |
| US7282712B2 (en) * | 2001-04-10 | 2007-10-16 | Hamamatsu Photonics K.K. | Infrared sensor |
| RU2217712C2 (en) * | 2002-02-08 | 2003-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Смоленское производственное объединение "Аналитприбор" | Thermoelectric radiation detector |
| RU2518250C1 (en) * | 2012-11-27 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Thermal detector |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2796399C1 (en) * | 2023-02-14 | 2023-05-23 | Федеральное государственное казенное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Energy density meter for pulsing polychromatic optical radiation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101078656B (en) | Thermometer calibration | |
| CN102565116A (en) | Device for measuring normal spectral emissivity of non-transparent material | |
| Zhu et al. | A new optical evaluation approach for parabolic trough collectors: first-principle optical intercept calculation | |
| CN110553758A (en) | temperature detection device and method | |
| CN101078655A (en) | Thermometer calibration by immersion in non-electrically conductive liquid | |
| RU2752728C1 (en) | Device for measuring energy parameters of light radiation | |
| US5990412A (en) | Differential thermopile heat flux transducer formed by depositing metals and non-metals from liquids onto a substrate | |
| US9207126B2 (en) | Infrared light sensor chip with high measurement accuracy and method for producing the infrared light sensor chip | |
| CN202421094U (en) | Nontransparent material normal spectral emissivity measurement device | |
| US11015978B2 (en) | Infrared image sensor | |
| CN110641447A (en) | Brake disc temperature detection device and detection method thereof | |
| CN110618332A (en) | Capacitor temperature rise measuring method and system based on heat flow measurement | |
| JP2002303597A (en) | Device and method for measuring thermal property | |
| RU2761119C1 (en) | Device for studying the energy and time parameters of light radiation | |
| RU153286U1 (en) | MULTI-ELEMENT HEAT RECEIVER BASED ON VOX FILM | |
| TWI615621B (en) | Method and device for testing solar cells | |
| US20240077358A1 (en) | Thermal radiation source and method for measuring the exact temperature and/or radiated radiant flux of the thermal radiation source | |
| CN219161486U (en) | Temperature sensor | |
| Crane | Pyrometric temperature measurement in concentrated sunlight with emissivity determination | |
| US20240061023A1 (en) | System and method for in-situ mapping on electrode potential and thermal distribution | |
| JPS6245157Y2 (en) | ||
| CN117268580A (en) | Non-contact fluorescence optical temperature measurement method based on Asym2Sig function | |
| Lohrengel | Determination of the surface temperature of poor heat conducting materials by radiation measurements from− 60° C to+ 250° C in vacuum | |
| Glavaš et al. | Periodic Calibration of Temperature Measurement Equipment | |
| Avraham et al. | Measurement of emissivity with a new grey body and novel IR thermal sensor dubbed TMOS |