RU112406U1

RU112406U1 - AUTONOMOUS UV MONITORING DEVICE

Info

Publication number: RU112406U1
Application number: RU2011135483/28U
Authority: RU
Inventors: Марина Юрьевна Першина; Виталий Яковлевич Венчиков; Александр Николаевич Красовский; Юрий Иванович Атрашевский; Леонид Николаевич Турышев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Группа "ТехМедиа"
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2012-01-10

Abstract

Прибор ультрафиолетового мониторинга автономный, выполненный в виде фотоприемника и регистратора, вход которого соединен с выходом фотоприемника, при этом регистратор содержит блок суммирования и индикатор уровня излучения, вход которого соединен с выходом блока суммирования, отличающийся тем, что в регистратор введен формирователь импульсов, вход которого является входом регистратора, формирователь звукового сигнала, вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, звуковой индикатор, вход которого соединен с выходом формирователя звукового сигнала, удлинитель импульсов, вход которого соединен с выходом формирователя звукового сигнала, и светодиодный индикатор, вход которого соединен с выходом удлинителя импульсов, при этом блок суммирования соединен с выходом формирователя импульсов, а в качестве фотоприемника использован ионизационный датчик. The ultraviolet monitoring device is autonomous, made in the form of a photodetector and a recorder, the input of which is connected to the output of the photodetector, while the recorder contains a summation unit and a radiation level indicator, the input of which is connected to the output of the summation unit, characterized in that a pulse shaper is inserted into the recorder, the input of which is the input of the recorder, an audio signal former, the input of which is connected to the output of the pulse former, an audio indicator, the input of which is connected to the output of the audio signal former, a pulse extension, the input of which is connected to the output of the audio signal former, and an LED indicator, the input of which is connected to the output of the extension pulses, while the summation unit is connected to the output of the pulse shaper, and an ionization sensor is used as a photodetector.

Description

Полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использована для обнаружения и регистрации ультрафиолетового излучения от источников огня (пламени), от коронного разряда на высоковольтных линиях электропередач, подстанциях, а также от других источников коротковолнового ультрафиолетового излучения природного и техногенного происхождения. Особенностью предложенного прибора является то, что диапазон его работы составляет в ультрафиолетовой области 185-260 нм и он практически нечувствителен к излучению в области спектра с длиной волны более 260 нм в отличие от приборов на основе фотоэлементов, фотоэлектронных умножителей, фотоэлектронных преобразователей, фотодиодов и т.п. Солнечное ультрафиолетовое излучение в диапазоне 185-260 нм практически полностью поглощается земной атмосферой, поэтому прибор можно использовать в условиях яркой солнечной освещенности и даже в направлении солнца. Солнечный свет не является мешающим фактором при работе прибора. Прибор регистрирует излучение на расстоянии до 250 м.The utility model relates to optical instrumentation and can be used to detect and register ultraviolet radiation from sources of fire (flame), from corona discharge on high-voltage power lines, substations, as well as from other sources of short-wave ultraviolet radiation of natural and technogenic origin. A feature of the proposed device is that its operating range is 185-260 nm in the ultraviolet region and it is practically insensitive to radiation in the spectral region with a wavelength of more than 260 nm, in contrast to devices based on photocells, photoelectronic multipliers, photoelectronic converters, photodiodes, etc. .P. Solar ultraviolet radiation in the range 185-260 nm is almost completely absorbed by the Earth's atmosphere, so the device can be used in bright sunlight and even in the direction of the sun. Sunlight is not a hindrance to the operation of the device. The device registers radiation at a distance of up to 250 m.

Известно устройство для измерения и регистрации ультрафиолетового излучения, содержащее объемный кубический датчик с шестью входными окнами, которые направлены в разные стороны и в каждом из которых последовательно установлены световой конический ограничитель, плосковыпуклая линза, светофильтр и фотодиод, который через разъем подключен к регистратору, включающему последовательно соединенные усилители, сумматор и индикатор [RU 83614, U1, G01J 1/04, 10.06.2009].A device for measuring and recording ultraviolet radiation is known, comprising a volumetric cubic sensor with six input windows that are directed in different directions and in each of which a conical light limiter, a plano-convex lens, a light filter, and a photodiode are connected through a connector and connected to a recorder that is connected in series connected amplifiers, adder and indicator [RU 83614, U1, G01J 1/04, 06/10/2009].

Недостатком устройства является относительно низкая точность и относительно высокая сложность.The disadvantage of this device is the relatively low accuracy and relatively high complexity.

Известно также устройство для измерения ультрафиолетового излучения, содержащее электрически соединенные кабелем приемник (датчик) ультрафиолетового излучения и регистратор, причем приемник включает с одним входным окном полый корпус, в полости которого установлены светофильтр и фотодиод, а с наружной стороны возле входного окна размещены концевой микропереключатель и фокусирующий растр [RU 1603197, C1, G01J 1/04, 30.10.1990].A device for measuring ultraviolet radiation is also known, comprising an ultraviolet radiation receiver (s) and a recorder electrically connected by cable, the receiver including a hollow body with one input window, a filter and a photodiode installed in its cavity, and an end microswitch and focusing raster [RU 1603197, C1, G01J 1/04, 10/30/1990].

Недостатком этого устройства является относительно узкие функциональные возможности.The disadvantage of this device is the relatively narrow functionality.

К известным относится и устройство, содержащее в оптическом блоке первое входное окно, механический модулятор оптического излучения, выполненный в виде диска, имеющего отверстия для выделения ультрафиолетовых областей спектра, отверстия для синхронизации работы измерителя и отверстие для идентификации положения модулятора, первый приемник оптического излучения, находящийся на одной оптической оси с первым входным окном, и первый и второй синхродатчики, находящиеся на одной оптической оси соответственно с первым и вторым опорными источниками излучения, двигатель модулятора, блок обработки, выход которого соединен с входом блока индикации, причем, оптический блок измерителя снабжен вторым входным окном, вторым приемником излучения, имеющим одну оптическую ось с ним, двигатель модулятора снабжен блоком синхронизации работы двигателя, блок обработки содержит дифференциальный усилитель, входы которого соединены с выходами первого и второго предварительных усилителей, входы которых соединены с выходами первого и второго приемников оптического излучения, выход дифференциального усилителя соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого соединен с первым входом пикового детектора, его выход соединен с входом основного усилителя сигналов, выход последнего соединен с входом микроконтроллера, первый выход которого соединен со вторым входом пикового детектора, а второй выход - с входом блока индикации, причем третий и четвертый входы микроконтроллера соединены соответственно с выходами первого и второго формирователей прямоугольных импульсов, входы которых связаны с выходами первого и второго синхродатчиков, причем выход первого формирователя прямоугольных импульсов связан с входом блока синхронизации работы двигателя, в модуляторе выполнено шесть отверстий для выделения ультрафиолетовых областей спектра, расположенных по окружности через угловой интервал π/6, причем три из них снабжены светофильтрами и расположены через интервал π/3, три отверстия для синхронизации работы измерителя расположены на другой окружности с интервалом π/33, и напротив отверстий для выделения ультрафиолетовых областей спектра, а отверстие для идентификации положения модулятора расположено на другой окружности напротив любого из отверстий для выделения ультрафиолетовых областей спектра [RU 22546, U1, G01J 1/42, 10.04.2002].Known also relates to a device containing in the optical unit a first input window, a mechanical optical radiation modulator, made in the form of a disk having holes for highlighting the ultraviolet regions of the spectrum, holes for synchronizing the operation of the meter and a hole for identifying the position of the modulator, a first optical radiation receiver located on the same optical axis with the first input window, and the first and second synchro sensors located on the same optical axis, respectively, with the first and second reference sources radiation glasses, a modulator engine, a processing unit, the output of which is connected to the input of the display unit, moreover, the optical unit of the meter is equipped with a second input window, a second radiation receiver having one optical axis with it, the modulator engine is equipped with a motor synchronization unit, the processing unit contains a differential an amplifier whose inputs are connected to the outputs of the first and second pre-amplifiers, the inputs of which are connected to the outputs of the first and second optical radiation receivers, the output of the differential A potential amplifier is connected to the input of a low-pass filter, the output of which is connected to the first input of the peak detector, its output is connected to the input of the main signal amplifier, the output of the latter is connected to the input of the microcontroller, the first output of which is connected to the second input of the peak detector, and the second output is connected to the input an indication unit, wherein the third and fourth inputs of the microcontroller are connected respectively to the outputs of the first and second formers of rectangular pulses, the inputs of which are connected to the outputs of the first and second inchrode sensors, and the output of the first square-wave pulse generator is connected to the input of the engine synchronization block, there are six holes in the modulator for separating ultraviolet spectral regions located around the circumference through the π / 6 angular interval, three of which are equipped with light filters and located through the π / 3 interval , three holes for synchronizing the operation of the meter are located on another circle with an interval of π / 33, and opposite the holes for highlighting the ultraviolet regions of the spectrum, and the hole for position-identification modulator disposed on another circle in front of any of the holes for isolating the ultraviolet regions of the spectrum [RU 22546, U1, G01J 1/42, 10.04.2002].

Недостатком устройства является его относительно высокая сложность.The disadvantage of this device is its relatively high complexity.

Наиболее близким по своей технической сущности к предложенному является устройство для измерения ультрафиолетового излучения, содержащее электрически соединенные приемник ультрафиолетового излучения со светофильтром на входе и регистратор, причем приемник включает с одним входным окном полый корпус, в полости которого установлен фотодиод, основание, жестко соединенную с ним вертикальную стойку с горизонтальным шарниром с датчиками положения, на котором жестко закреплена рамка с возможностью вращения ее с корпусом вокруг вертикальной оси, на которой симметрично расположен приемник, корпус которого с двух противоположных сторон посредством вертикальных шарниров с датчиками положения жестко соединен с рамкой с возможностью вращения корпуса вокруг горизонтальной оси, а регистратор включает блок сбора и суммирования данных по положениям входного окна корпуса и подключенный к индикатор уровня излучения [RU 2419075, С1, G01J 1/04, 20.05.2011].The closest in technical essence to the proposed one is a device for measuring ultraviolet radiation, comprising an electrically connected ultraviolet radiation receiver with a light filter at the input and a recorder, the receiver including a hollow body with one input window, in the cavity of which a photodiode is mounted, a base rigidly connected to it a vertical rack with a horizontal hinge with position sensors on which the frame is rigidly fixed with the possibility of rotation with the body around the vertical axis, on which the receiver is symmetrically located, the case of which on two opposite sides by means of vertical hinges with position sensors is rigidly connected to the frame with the possibility of rotation of the case around the horizontal axis, and the recorder includes a unit for collecting and summing data on the positions of the input window of the case and connected to the indicator radiation level [RU 2419075, C1, G01J 1/04, 05/20/2011].

Недостатком наиболее близкого технического решения является его относительно низкая помехоустойчивость и относительно низкая чувствительность.The disadvantage of the closest technical solution is its relatively low noise immunity and relatively low sensitivity.

Требуемый технический результат заключается в повышении помехоустойчивости и чувствительности.The required technical result is to increase the noise immunity and sensitivity.

Требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство, содержащее регистратор и фотоприемник, выход которого соединен с входом регистратора, содержащего блок суммирования и индикатор уровня излучения, вход которого соединен с выходом блока суммирования, в регистратор введен формирователь импульсов, вход которого является входом регистратора, формирователь звукового сигнала, вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, звуковой индикатор, вход которого соединен с выходом формирователя звукового сигнала, удлинитель импульсов, вход которого соединен с выходом формирователя звукового сигнала, и светодиодный индикатор, вход которого соединен с выходом удлинителя импульсов, при этом, блок суммирования соединен с выходом формирователя импульсов, а фотоприемник является ионизационным датчиком.The required technical result is achieved by the fact that, in a device containing a registrar and a photodetector, the output of which is connected to the input of the registrar containing the summing unit and the radiation level indicator, the input of which is connected to the output of the summing unit, a pulse shaper is introduced into the recorder, the input of which is the input of the recorder , a shaper of the sound signal, the input of which is connected to the output of the pulse shaper, a sound indicator, the input of which is connected to the output of the shaper of sound signal, Nitel pulses having an input coupled to the output of the audio signal, and the LED whose input is connected to the extension output pulses, thus, the summation unit coupled to the output of the pulse shaper, and the photodetector is an ionization sensor.

На чертеже представлена функциональная схема прибора ультрафиолетового мониторинга автономного.The drawing shows a functional diagram of an autonomous ultraviolet monitoring device.

Прибор ультрафиолетового мониторинга автономный содержит регистратор 1 и фотоприемник 2, выполненный в виде ионизационного датчика, при этом, выход фотоприемника 2 соединен с входом регистратора 1.The autonomous ultraviolet monitoring device comprises a recorder 1 and a photodetector 2, made in the form of an ionization sensor, while the output of the photodetector 2 is connected to the input of the recorder 1.

Регистратор 1 содержит блок 3 суммирования, выполненный в виде счетчика импульсов, индикатор 4 уровня излучения, выполненный, например, в виде цифрового индикатора, вход которого соединен с выходом блока 3 суммирования.The registrar 1 contains a summing unit 3, made in the form of a pulse counter, an indicator 4 of the radiation level, made, for example, in the form of a digital indicator, the input of which is connected to the output of the summing unit 3.

Кроме того, регистратор 1 содержит формирователь 5 импульсов, вход которого является входом регистратора 1, формирователь 6 звукового сигнала, вход которого соединен с выходом формирователя 5 импульсов, звуковой индикатор 7, вход которого соединен с выходом формирователя 6 звукового сигнала, удлинитель 8 импульсов, вход которого соединен с выходом формирователя 6 звукового сигнала, и светодиодный индикатор 9, вход которого соединен с выходом удлинителя 8 импульсов, при этом, блок 3 суммирования соединен с выходом формирователя 5 импульсов.In addition, the recorder 1 contains a pulse shaper 5, the input of which is the input of the recorder 1, a sound shaper 6, the input of which is connected to the output of the pulse shaper 5, an audio indicator 7, the input of which is connected to the output of the sound shaper 6, pulse extension 8, input which is connected to the output of the shaper 6 of the sound signal, and an LED indicator 9, the input of which is connected to the output of the extension cord 8 of the pulses, while the summing unit 3 is connected to the output of the shaper 5 of the pulses.

Работает прибор ультрафиолетового мониторинга автономный следующим образом.A self-contained ultraviolet monitoring device operates as follows.

Прибор предназначен для обнаружения коронного разряда (КР) на высоковольтных линиях электропередач, подстанциях и других объектах, там, где возникновение КР или его повышенная интенсивность свидетельствует о возникновении предаварийных ситуаций (предпробойное состояние изоляторов, расплетение проводов и др.), а также для оценки качества выполненных профилактических работ (таких например как помывка изоляторов), т.е. там, где возможен низкоинтенсивный КР.The device is designed to detect corona discharge (CD) on high-voltage power lines, substations and other objects, where the occurrence of the RC or its increased intensity indicates the occurrence of pre-emergency situations (pre-breakdown condition of insulators, wire unwinding, etc.), as well as to assess the quality preventive maintenance (such as washing insulators), i.e. where low-intensity Raman scattering is possible.

Отдельное высоковольтное оборудование и участки высоковольтных линий на подстанциях и других местах, наиболее критичных с точки зрения недопущения аварийных ситуаций и в местах, подверженных более интенсивному загрязнению (близость металлургического и химического производств, теплоэлектростанций, железной дороги и т.д.) могут быть снабжены стационарно установленными приборами для круглосуточного мониторинга и раннего обнаружения КР с системой автоматической тревожной сигнализации.Separate high-voltage equipment and sections of high-voltage lines at substations and other places that are most critical from the point of view of preventing emergencies and in places subject to more intense pollution (proximity to metallurgical and chemical plants, thermal power plants, railways, etc.) can be permanently supplied Installed instruments for round-the-clock monitoring and early detection of CR with an automatic alarm system.

Прибор может использоваться для регистрации открытого пламени (лесного пожара) на расстоянии до 100 м.The device can be used to register an open flame (forest fire) at a distance of up to 100 m.

Конструктивно устройство представляет собой легкий носимый прибор, снабженный автономным питанием (подзаряжаемый аккумулятор) и средствами индикации КР и измерения его интенсивности в цифровом виде.Structurally, the device is a lightweight portable device equipped with autonomous power supply (rechargeable battery) and means for indicating the Raman signal and measuring its intensity in digital form.

Фотоприемник 1 преимущественно содержит оптическую часть (на чертеже не показана), которая может содержать кварцевый объектив с диафрагмой и полосовым оптическим фильтром, входную бленду и визирную трубку. Входной объектив, например, плоско-выпуклая линза с диаметром ~30 мм и фокусным расстоянием ~50 мм предназначен для фокусировки излучения от источника (открытого пламени или коронного разряда) в плоскости фотокатода фотоприемника, выполненного в виде ионизационного датчика с низкой верхней границей фотоэффекта (рабочий спектральный диапазон 185-260 нм). Бленда ограничивает поле зрение прибора, т.е. не позволяет регистрировать поток паразитного излучения от объектов находящихся вне зоны визирования. Угол зрения входной оптики составляет 0,07-0,3 град., что позволяет уверенно обнаруживать коронный разряд с расстояний 20-200 м. Комбинация из оптического фильтра и фотоприемника ограничивает область спектральной чувствительности полосой 190-250 нм, что обеспечивает работу прибора даже в условиях ясного дня напротив солнца. Для коронного разряда этот диапазон длин волн является информативным для его надежного обнаружения. Для обеспечения максимальной чувствительности работы прибора и увеличения обнаружительной способности КР, фотоприемник работает в режиме счета отдельных фотонов. Чувствительность приемного тракта такова, что при интенсивности входного оптического сигнала порядка 10-13 - 10-14 Вт на длине волны 200 нм. частота выходных счетных электрических импульсов фотоприемника составляет порядка 1 импульса в секунду.The photodetector 1 mainly contains an optical part (not shown in the drawing), which may contain a quartz lens with a diaphragm and a band-pass optical filter, an input hood and a sighting tube. An input lens, for example, a plano-convex lens with a diameter of ~ 30 mm and a focal length of ~ 50 mm, is designed to focus radiation from a source (open flame or corona discharge) in the plane of the photocathode of the photodetector, made in the form of an ionization sensor with a low upper limit of the photoelectric effect (working spectral range 185-260 nm). The lens hood limits the field of view of the device, i.e. it does not allow to register the spurious radiation flux from objects located outside the sighting zone. The angle of view of the input optics is 0.07-0.3 degrees, which allows you to confidently detect corona discharge from distances of 20-200 m. The combination of an optical filter and a photodetector limits the spectral sensitivity region to a band of 190-250 nm, which ensures the operation of the device even in clear day opposite the sun. For corona discharge, this wavelength range is informative for its reliable detection. To ensure maximum sensitivity of the device and increase the detection ability of the Raman detector, the photodetector operates in the counting mode of individual photons. The sensitivity of the receiving path is such that when the intensity of the input optical signal is about 10-13 - 10-14 W at a wavelength of 200 nm. the frequency of the output countable electrical pulses of the photodetector is about 1 pulse per second.

Фотоприемник 1 (ионизационный датчик) преобразует поток ультрафиолетового излучения, возникающего в процессе горения или коронного разряда, и отсутствующего (из-за поглощения озоновым слоем и кислородом атмосферы) в спектре естественного солнечного излучения, достигающего поверхности Земли, в импульсные электрические сигналы. Эта особенность позволяет производить работы по обнаружению открытого пламени или коронного разряда в дневное время суток. При этом, небольшое задымление даже улучшает обнаружительную способность прибора, т.к. при этом наблюдается увеличение полезного сигнала за счет эффекта рассеяния ультрафиолетового излучения. Прибор может питаться от малогабаритной батареи через стабилизатор напряжения и высоковольтный преобразователь напряжения для обеспечения рабочего напряжения питания на фотоприемнике (около 350 В). При попадании на катод фотоприемника 2 квантов излучения с длиной волны в диапазоне 185-260 нм на вход формирователя 5 поступают электрические импульсы, которые преобразуется в импульсы, близкие к прямоугольным. С выхода формирователя 5 импульсы поступают в формирователь 6 звукового сигнала и далее на звуковой индикатор 7. С выхода формирователя 5 импульсы также поступают в блок 3 суммирования, выполненный в виде счетчика импульсов-частотомера для сравнительной оценки уровня светового сигнала на входе прибора. Нахождение прибора в режиме счета контролируется визуально светодиодным индикатором 9. Результат счета выводится на индикаторе 4 уровня излучения, выполненного, например, в виде цифрового индикатора.Photodetector 1 (ionization sensor) converts the flow of ultraviolet radiation that occurs during combustion or corona discharge and is absent (due to absorption by the ozone layer and atmospheric oxygen) in the spectrum of natural solar radiation reaching the Earth's surface into pulsed electrical signals. This feature allows the work to detect an open flame or corona discharge in the daytime. At the same time, a little smoke even improves the detection ability of the device, as while there is an increase in the useful signal due to the effect of scattering of ultraviolet radiation. The device can be powered by a small battery through a voltage stabilizer and a high voltage voltage converter to provide an operating voltage at the photodetector (about 350 V). When 2 quanta of radiation with a wavelength in the range 185-260 nm are incident on the cathode of the photodetector, electric pulses are received at the input of the shaper 5, which are converted into pulses close to rectangular. From the output of the shaper 5, the pulses arrive at the shaper 6 of the sound signal and then to the sound indicator 7. From the output of the shaper 5, the pulses also go to the summing unit 3, made in the form of a pulse counter-frequency meter for a comparative assessment of the level of the light signal at the input of the device. The device is in counting mode is visually controlled by LED indicator 9. The counting result is displayed on the radiation level indicator 4, made, for example, in the form of a digital indicator.

Использование в качестве фотоприемника ионизационного датчика с диапазоном чувствительности 185-260 нм обеспечивает его надежную работу даже в солнечную погоду. Прибор прост по конструкции и не требует предварительной калибровки по условиям освещенности.The use of an ionization sensor with a sensitivity range of 185-260 nm as a photodetector ensures its reliable operation even in sunny weather. The device is simple in design and does not require preliminary calibration according to the lighting conditions.

Таким образом, благодаря усовершенствованию известного устройства существенно повышается помехоустойчивость за счет использования в качестве фотоприемника ионизационного датчика, настроенного на узкий спектр в ультрафиолетовом диапазоне волн, что позволяет работать на уровне квантовых импульсов с отсечением фоновых шумов и что позволяет повысить чувствительность прибора, поскольку используются звуковой и светодиодный индикаторы, реагирующие на отдельные кванты энергии.Thus, due to the improvement of the known device, the noise immunity is significantly increased due to the use of an ionization sensor tuned to a narrow spectrum in the ultraviolet wavelength range as a photodetector, which allows working at the level of quantum pulses with clipping of background noises and which makes it possible to increase the sensitivity of the device because sound and LED indicators that respond to individual energy quanta.

Claims

The ultraviolet monitoring device is autonomous, made in the form of a photodetector and a recorder, the input of which is connected to the output of the photodetector, while the recorder contains a summing unit and a radiation level indicator, the input of which is connected to the output of the summing unit, characterized in that a pulse shaper is inserted into the recorder, the input of which is the input of the recorder, the shaper of the sound signal, the input of which is connected to the output of the pulse shaper, the sound indicator, the input of which is connected to the output of the forms of the sound signal driver, a pulse extender, the input of which is connected to the output of the pulse shaper, and an LED indicator, the input of which is connected to the output of the pulse extender, while the summing unit is connected to the output of the pulse shaper, and an ionization sensor is used as a photodetector.