RU1770851C

RU1770851C - Method of measuring radiation flux density under such conditions when relative orientation of the radiation source and photodetector changes permanently

Info

Publication number: RU1770851C
Application number: SU894677690A
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Асадчий; Сергей Данилович Ашкинадзе; Александр Николаевич Красовский; Александр Маркович Людчик; Виктор Иннокентьевич Покаташкин
Original assignee: Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем им.А.Н.Севченко
Priority date: 1989-04-11
Filing date: 1989-04-11
Publication date: 1992-10-23

Abstract

Использование: регистраци плотности потока излучени от удаленного источника в услови х случайно мен ющейс ориентации фотометра. Сущность изобретени : фотометр содержит фотоприемник с соосно расположенным над ним компенсатором, выполненным в виде полусферы с нанесенным на ее внутренней поверхности покрытием , пропускание которою Т(а) характеризуетс соотношением Т(а) A/W(a), где а- угол падени пучкл излучени на чувствительную площадку фотоприемного устройства; W(7) - зависимость чувствительности фотоприемного устройства от угла падени излучени ; А - коэффици- ент, равный произведению угловой чувствительности и пропускани при максимально допустимом угле падени . 1 ил.Usage: registration of the radiation flux density from a remote source under conditions of a randomly changing orientation of the photometer. SUMMARY OF THE INVENTION: A photometer comprises a photodetector with a compensator coaxially located above it, made in the form of a hemisphere with a coating deposited on its inner surface, the transmission of which T (a) is characterized by the ratio T (a) A / W (a), where a is the angle of incidence of the beam radiation to a sensitive area of the photodetector; W (7) - dependence of the sensitivity of the photodetector on the angle of incidence of radiation; A is a coefficient equal to the product of the angular sensitivity and transmittance at the maximum allowable angle of incidence. 1 ill.

Description

Изобретение относитс к фотометрической технике, в частности к фотометрам дл регистрации пространственной плотности потока излучени от удаленного источника в услови х случайно мен ющейс взаимной ориентации источника излучени и фотометра . Предлагаемый фотометр может быть использован при решении геофизических и других задач.The invention relates to photometric techniques, in particular to photometers for recording the spatial density of a radiation flux from a remote source under conditions of a randomly varying mutual orientation of the radiation source and the photometer. The proposed photometer can be used in solving geophysical and other problems.

Известен способ измерени плотности потока излучени при помощи фотометра, фотоприемна часть которого представл ет собой полусферу с множеством расположенных на ее поверхности фотоприемников с неперекрывающимис пол ми зрени .A known method for measuring the radiation flux density using a photometer, the photodetector part of which is a hemisphere with many photodetectors located on its surface with non-overlapping fields of vision.

Недостатком известного способа вл етс невысока точность измерений, обусловленна изменчивостью чувствительности системы при переходе от одного фотоприемника к другому (наличием мертвых зон) и сложностью подбора большого числаThe disadvantage of this method is the low accuracy of the measurements, due to the variability of the sensitivity of the system during the transition from one photodetector to another (the presence of dead zones) and the difficulty of selecting a large number

фотоприемников с совпадающими характеристиками .photodetectors with matching characteristics.

Наиболее близким к изобретению техническим решением вл етс способ измерени пространственной плотности потока излучени , заключающийс в том, что измер ют величину потока излучени , падающего на приемную площадку фотоприемного устройства, снабженного оптическим компенсатором в виде фотографического негатива с повышающимс от центра к периферии пропусканием.The technical solution closest to the invention is a method for measuring the spatial density of the radiation flux, which consists in measuring the magnitude of the radiation flux incident on the receiving platform of a photodetector equipped with an optical compensator in the form of a photographic negative with increasing transmittance from the center to the periphery.

Недостатки известного способа заключаютс в том, что точность измерений повышаетс только при условии применени фотоприемников с косинусной углевой характеристикой , и в том, что диапазон вырав нивани угловой характеристики фотометра ограничен 50-55°. Кроме того, не учитываетс изменение эффективности отражени от поверхности плоского негатива при изменеXJ XJThe disadvantages of the known method are that the accuracy of the measurements is improved only if photodetectors with a cosine angular characteristic are used, and that the alignment range of the angular characteristic of the photometer is limited to 50-55 °. In addition, the change in the reflection efficiency from the surface of a plane negative is not taken into account when changing XJ XJ

О 00About 00

слcl

нии угла падени излучени , в результате чего погрешность измерений составл ет 5- 10%.the angle of incidence of the radiation, as a result of which the measurement error is 5-10%.

Целью изобретени вл етс повышение точности измерений путем повышени эффективности выравнивани угловой характеристики фотометра в рабочем интервале углов падени до 70°.The aim of the invention is to increase the accuracy of measurements by increasing the efficiency of alignment of the angular characteristic of the photometer in the working range of incidence angles of up to 70 °.

Указанна цель достигаетс тем. что в способе измерени плотности потока излучени а услови х взаимно измен ющейс ориентации источника и фотоприемного устройства , заключающемс в том, что измер ют интенсивность потока излучени , падающего на приемную площадку фотоприемного устройства, снабженного оптическим компенсатором с переменным пропусканием, уменьшающимс от периферии к центру в рабочем интервале изменени углов падени излучени , и суд т о пространственной плотности потока излучени по величине измеренного сигнала и рассто нию до источника излучени , измерение интенсивности падающего потока из- лучени провод т с оптическим компенсатором, выполненным в виде полусферы с нанесенным на ее внутреннюю по- верхность покрытием, пропускание которого Т(а) характеризуетс следующим соотношением:The indicated goal is achieved by that. that in the method of measuring the radiation flux density under conditions of a mutually changing orientation of the source and the photodetector, namely, the intensity of the radiation flux incident on the receiving area of the photodetector equipped with an optical compensator with variable transmission decreasing from the periphery to the center in the operating range of variation of the angles of incidence of the radiation, and the spatial density of the radiation flux is judged by the magnitude of the measured signal and the distance to the radiation source; The intensity of the incident radiation flux is measured with an optical compensator made in the form of a hemisphere with a coating deposited on its inner surface, the transmission of which T (a) is characterized by the following ratio:

Т(а) A/W(a),T (a) A / W (a),

где а - угол падени пучка излучени на чувствительную площадку фотоприемного устройства;where a is the angle of incidence of the radiation beam on the sensitive area of the photodetector;

W(ct) - зависимость чувствительности фотоприемного устройства от угла падени излучени :W (ct) is the dependence of the sensitivity of the photodetector on the angle of incidence of radiation:

А - коэффициент, равный произведению угловой чувствительности и пропускани при максимально допустимом угле падени .A is a coefficient equal to the product of the angular sensitivity and transmission at the maximum permissible angle of incidence.

На чертеже показано устройство дл осуществлени предлагаемого способа.The drawing shows a device for implementing the proposed method.

Устройство содержит фотоприемник 1, в качестве которого используетс кремниевый фотодиод ФД-22 с диаметром входного окна 2 10 мм. Фотодиод закреплен в центральном отверстии металлической пластины 3, представл ющей собой цилиндр высотой 5 мм, поверхность которого покрыта поглощающим слоем. На цилиндр соосно со стороны входного окна фотодиода установлен оптический компенсатор - изготовленна из кварца КУ прозрачна полусфера 4 с внутренним радиусом 50 мм и толщиной стенки 5 мм. На внутреннюю поверхность полусферы методом вакуумного напылени нанесен слой алюмини 5, толщина которого в зависимости от угла а. рассчитана поThe device comprises a photodetector 1, which uses a PD-22 silicon photodiode with an input window diameter of 2 × 10 mm. The photodiode is fixed in the central hole of the metal plate 3, which is a cylinder 5 mm high, the surface of which is covered with an absorbing layer. An optical compensator is installed coaxially on the cylinder from the side of the photodiode input window - a transparent hemisphere 4 with an inner radius of 50 mm and a wall thickness of 5 mm made of KU quartz. A vacuum layer of aluminum 5 is deposited on the inner surface of the hemisphere by vacuum spraying, the thickness of which, depending on the angle a. calculated by

экспериментально измеренной зависимости коэффициента ослаблени дл нормального падени излучени .experimentally measured attenuation coefficient dependence for normal radiation incidence.

Фотометр работает следующим образом . Излучение, падающее на фотоприемник под углом а, падает нормально на участок поверхности компенсатора с толщиной поглощающего покрыти D(a). Часть энергии излучени отражаетс нанесеннымPhotometer works as follows. The radiation incident on the photodetector at an angle a normally falls on a portion of the surface of the compensator with the thickness of the absorbing coating D (a). Part of the radiation energy is reflected by the applied

покрытием, часть поглощаетс внутри сло . В результате поверхности фотоприемника достигает излучение, пространственна плотность потока которого ослаблена в . Сигнал S(ct). регистрируемый фотометром , пропорционален произведению пространственной плотности потока, падающего на фотоприемник излучени , и численного значени чувствительности фотоприемника дл заданного угла падени by coating, part is absorbed within the layer. As a result, the surface of the photodetector reaches radiation whose spatial flux density is attenuated. Signal S (ct). recorded by the photometer is proportional to the product of the spatial density of the flux incident on the radiation photodetector and the numerical value of the sensitivity of the photodetector for a given angle of incidence

излучени :radiation:

5(«НТР х I х W(ct),5 ("NTR x I x W (ct),

где 1 - плотность потока излучени , падающего на поверхность ослабл ющего сло . Учитыва , что толщина покрыти D(a)where 1 is the density of the radiation flux incident on the surface of the attenuating layer. Taking into account that the coating thickness D (a)

вл етс корнем уравнени (1), наход т, что S(d) 1 и не зависит от угла падени излу- ченм в рабочем интервале углов.is the root of equation (1), it is found that S (d) 1 and does not depend on the angle of incidence of radiation in the working range of angles.

Придание полусферической формы оптическому компенсатору расшир ет диапазон рабочих углов фотоприемника вплоть до границ, определ емых конструкцией фотоприемника , но не превышающих 90°. Методика расчета толщины поглощающего сло по экспериментально измеренной угловойHemispherical shaping of the optical compensator extends the range of working angles of the photodetector up to the boundaries determined by the design of the photodetector, but not exceeding 90 °. Methodology for calculating the thickness of the absorbing layer from the experimentally measured angular

чувствительности используемого фотоприемника позвол ет достичь высокой точности измерений, ограничиваемой лишь техническими возможност ми нанесени ослабл ющего сло с измен ющейс по заданному закону толщиной. Характеристики изготовленного образца фотометра показывают принципиальную возможность снижени погрешности измерений до уровн ниже 3% в широком интервале изменени The sensitivity of the photodetector used allows one to achieve high measurement accuracy, limited only by the technical possibilities of applying a weakening layer with a thickness that varies according to a given law. The characteristics of the fabricated sample of the photometer show the fundamental possibility of reducing the measurement error to a level below 3% in a wide range of variation

углов.corners.

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION A method for measuring a radiation flux density under conditions of a mutually changing orientation of a source and a photodetector, the method comprising measuring the intensity of the incident radiation flux to the receiving area of a photodetector equipped with a variable optical compensator

transmittance decreasing from the periphery to the center in the working range of the change in the angles of incidence of the radiation, and the radiation flux density is determined from the ratio of the measured intensity value to

sensitive area of the photodetector. characterized in that, in order to increase the accuracy of measurements by increasing the efficiency of aligning the angular characteristics of the photometer in the operating range of incidence angles up to 70 °, the intensity of the incident radiation flux is measured with an optical compensator made in the form of a hemisphere coated on its inner surface the transmission of which T (a) is characterized by the following relationship:

T (o) - A / W (ct),

where a is the angle of incidence of the radiation beam on the sensitive area of the photo-direct device;

W (G) - dependence of the sensitivity of the photodetector on the angle of incidence of radiation;

A is a coefficient equal to the product of the angular sensitivity and transmittance at the maximum allowable angle of incidence.