Радиометр

(19 3 1/42 УДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТ монобио ляют ком" (72) В.С,Лочехин (56) Патент Великобритании, кл. 6 01,/.1/04, 198;Соколов М.В, Прикладная биофотометрия М.: Наука, 1982, с. 95, (54) ( РАДИ ОМ ЕТР (57) Изобретение относится.к фотометрии, Це 11 ь изобретения - увеличение точности измерений. Цель изобретения достигается Изобретение относится к фотометрии иет 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 п оскости контакта элементов кольцевая диа рагма экранирует нижний цилиндрический элемент.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,достатками известного фотометра явне осуществляет определение спектрального состава излучения;относительно низкая чувствительность прибора в случае измерения пространственной облученности из-за наличия рассеивающей оптической насадки.Из известных измерителей оптической облученности наиболее близким по технической сущности является радиометр 2. Радиометр имеет сменные спектральные измерительные головкй для измерения в трех 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, в обл. Уф-АБ(280-380 нм) с сурмяноО ОО 0 а 60 цезиевым фотоэлементом Фсветофильтром и косинусной насадкой или со сферическим фотоэлементом Ф, в фотосинтетически активной области спектра (380-710 нм) с фотоэлементом Ф, светофильтрами и косинусной насадкой. При измерении в УФобласти 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. 10Питание прибора от сети 220 В.Известный радиометр работает следующим образом,Интегральнйй световой поток йадает наодну из сменных спектральных измеритель- ных головок, подключенную к электроизмерительному блоку. Часть энергии излучения,соответствующая сйектральному интервалуспектральной измерительной головки, регистрируется головкой, вызывая нэ ее выводах 20 электрический сигнал, пропорциональный облученности в 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 иизмерение. повторяется. Для измерения 30пространственной облученности применяется головка со сферическим элементом, работающим только в области 280-380 нм,Однако в целом рядеслучаев, например приизмерении облученности растений в парниках, теплицах при рассеянном естественном и/илй распределимом искусственном освещении требуется измерить-пространст: венную освещенность во всех измеряемых спектральных диапазонах; Принципиально возможно прибором ИНОизмерить прострэнственную облученность в оставшихся каналах, но с применением сферических насадок.Однако, применение насадок исключает одновременное измерение пространст венной облученности в требуемйх спектральных диапазонах, т.к. установлен- ныЕ рядом спектральные измерительные головки будут виньетировать друг друга, что внесет ошибку в измерения. 50 Недостатком известного радиометра является невозможность измерения, в томчисле и одновременного, пространственнойоблученности во всех имеющихся спектральных диапазонах,Целью изобретения является обеспечение воэможности измерения, в том числе иодновременного, пространственной облученности в измеряемых спектральных диапазонах, .Поставленная цель достигается тем, чтов известный радиометр, содержащий первую, вторую и третью спектральные приемнйе головки для измерения плоскостнойоблученности, дополнительно введены подве первых, вторых и третьих спектральныхприемных головки и три сумматора, причемодноименные спектральные приемные головки расположены осесимметрично под углом 700 к оСи устройства вне поля зренияостальных головок, выходы одноименныхспектральных приемныхтоловок соединены .с входами одного из сумматоров, выходы .сумматоров соединены с электронно-измерительным блоком,Для пояснения формирования равномерной полусферической диаграммы направленности, при наличии которойизмеряется пространственная облученность,приводится теоретический расчет диаграммынаправленности устройства, состоящего изтрех 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 расположенаспектральная приемная головка таким образом, что нормаль к ее чувствительной площадке лежит в плоскости ХОЕ и образует сосью 2 угол р, Направление прихода излучения задается углами О и а, где О-уголмежду направлением прихода луча и осью 2;а - угол между проекцией направления прихода луча на плоскость ХОУ и осью Х, Уголу между нормалью к спектральной прием-.ной головке и направлением прихода лучаопределяется по теореме косинусов для сферического треугольника АВС из соотношения соз у= соз О созр + зп О з 1 п р соза Исходя из этого функцию диаграммы направленности такого устройства на участке 0О 90 о, 0а 60 можно аналитически записать01, Щ и а связаны соотношениямисов (01, у), л/3 - а) =0;соз у(, ср,л/3+а) =О. Для наглядности рассчитанная диагма направленности изображена на фиг. нализ функции Е(О, р,а ) показывает, она имеет локальные максимумы и миумы, велйчины которых зависят от угла лона спектральных измерительных голора 2. чт на во Определим неравномерность диаграмнаправленности как функцию д(у) = Е"ах Ещ"1 ОО %,Егпах Егпп гд Евах - наибольший иэ максимумов;Ееп. - наименьший из минимумов;1Результат расчета функции д (р) показа 4 йа фиг. 3 в виде графика, из которого видно, что угол у) =70 является оптимальньм, неравномерность составляет 17.;ь. При измерении пространственной облучен- но ти таким устройством происходит прост анственное интегрирование Епр =3 Е (р, а) ОЕп,Шгде Епр - пространственная облученность;б Еп - нормальная облученность создава мая элементом источника света на площ ке, расположенной перпендикулярно и н расположении приемных головок (при эн к 3) сформировать полусферическую д грамму направленности каждого из сп ктральных каналов, Спектральные радиом трические головки могут быть выполнены как в прототипе или в целях уменьшения габаритов можно использовать фоторезистдры на основе сульфида свинца, наприме ФР-ССс фильтром из УФ стекла и ко инусной корригирующей насадкой (220- 28 нм), сульфида кадмия СФ 2-18,СФ 2-19 (28 -380 нм) и фоторезисторы ФСК.ФСК( 80-710 нм) также с фильтрами и косинусной корригирующей насадкой. В большинстве слу- чаеЬ удовлетворительную косинусную диаграмна равленно на этот элемент в исследуемой то е пространства,Заявляемый радиометр отличается от прототипа следующими существенными признаками.Наличие дополнительно введенных двух и вых, вторых и третьих спектральныхприем ых головок, измеряющих каждая в отдельн ти плоскостную облученность. Данный и знак дает возможность при определенму (погрешность 10) можно получить путемматирования одной или двух поверхностейспектрального фильтра,Наличие трех сумматоров, каждый из5 которых свойми входами связан с выходамирадиометрических приемных головок; а выходами с электронно-измерительным блоком.Данный признак позволяет суммировать сигналы с различно ориентированных в про-.10 странстве приемных головок. Сумматорымогут быть выполнены на базе операционных усилителей.Электронно-измерительный блок может бйть выполнен как в прототипе, но с15 переключением каналов или с тремя независимыми каналами регистрации,Расположение одноименных спектральных прйемных головок осесимметрично под углом 70 к оси устройства вне поля20 зрения остальных головок. Данный признакнеизвестен иэ другихтехнических решений,позволяет получить-оптимальйую (в смыслеравномерности) диаграмму направленности каждого спектрального канала,причем25 наличие измерительных головок соседнихспектральных каналов не оказывает .влияния на равномерность диаграммы йаправленности, т,к, измерйтельнце головкинаходятся вне поля зрения друг друга30 Таким образом существует отличительныйпризнак, неизйестный из других техническихрешений, следовательно, заявляемое техническое решение соответствуеткритерию"существенные отличия".35На фиг. 3 представлен общий вид радиометра, на котором обозначены: корпус 1,радиометрические головки 2, сумматоры 3,электроиэмерительный блок 4;Одноименные спектральные измери 40 тельные головки 2 расположены осесимметрично под углом 70 к оси устройства внеполя зрения соседних головок выходы одноименнйх головок подключейы к входамсумматоров. Выходы сумматоров соедине 45 ны с электронно-измерительным блоком.Предлагаемый фотометр работает следующим образом.Излучение (рассеянное или создаваемое распределенными источниками), прихо 50 дящее со всех сторон из полусферы,поступает на приемные площадки спектральных измерительных головок 2. За счетфильтров и спектральных характеристикприменяемйх приемйиков излучения каж 55 дая спектральная измерительная головкарегистрирует излучение только определенного участка спектра, Электрические сигналы от одноименных спектральныхизмерительных головок складываются всумматорах 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения точности измерения; Он дополнительно содержит по две первых, вторых и третьих приемных головки Для измерения плоскостной облученностидостаточно произвести измерения с закрытыми двумя. головками измеряемого диапазона,5 Таким образом введение в радиометрдополнительйых спектральных измерительных головок и сумматоров, а также осесимметричное расположение головок под угломк оси устройства дает возможность изме 10 рять пространственную облученность.Использование данного устройства позволяет унифицировать измерительныйприбор, повысить удобство в измерениипространственной 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 Фиг Составитель В.Лочехин ехред УМоргентал Корректо едактор Обруча р венно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ПроиЗа аз 497 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по йзобретениям и открытиюм пр113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5