RU2208224C2 - Procedure measuring energy of optical and shf radiation - Google Patents
Procedure measuring energy of optical and shf radiation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2208224C2 RU2208224C2 RU2001106932A RU2001106932A RU2208224C2 RU 2208224 C2 RU2208224 C2 RU 2208224C2 RU 2001106932 A RU2001106932 A RU 2001106932A RU 2001106932 A RU2001106932 A RU 2001106932A RU 2208224 C2 RU2208224 C2 RU 2208224C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- gas
- optical
- acoustic signals
- measuring
- Prior art date
Links
Landscapes
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения энергетических параметров оптического излучения (преимущественно инфракрасного диапазона) и СВЧ-излучения. The invention relates to measuring technique and can be used to measure the energy parameters of optical radiation (mainly infrared) and microwave radiation.
Известен способ измерения энергии оптического излучения, заключающийся в направлении оптического излучения через прозрачное окно в герметичную камеру, заполненную газом и имеющую установленную на пути оптического луча тонкую поглощающую пленку, а также мембрану, являющуюся частью одной из стенок камеры (Пневматический приемник, ячейка Голея). При поглощении пленкой падающего на нее оптического излучения происходит нагрев пленки и вследствие теплопередачи нагрев газа в камере, что приводит к повышению его давления и соответствующей деформации мембраны. По величине деформации судят о величине поглощенного оптического излучения [1]. A known method of measuring the energy of optical radiation, which consists in directing optical radiation through a transparent window into a sealed chamber filled with gas and having a thin absorbing film installed in the path of the optical beam, as well as a membrane that is part of one of the walls of the chamber (Pneumatic receiver, Golei cell). When a film absorbs optical radiation incident on it, the film heats up and, due to heat transfer, heats the gas in the chamber, which leads to an increase in its pressure and corresponding deformation of the membrane. The magnitude of the deformation is judged on the magnitude of the absorbed optical radiation [1].
Недостатками этого способа являются спектральная неселективность приема, сравнительно большая инерционность и низкая пороговая чувствительность, обусловленная малыми величинами деформации мембраны при поглощении пленкой малых потоков оптического излучения. The disadvantages of this method are the spectral non-selectivity of the reception, the relatively large inertia and low threshold sensitivity due to the small values of the deformation of the membrane when the film is absorbed by small flows of optical radiation.
Известен оптико-акустический способ измерения энергии оптического излучения, заключающийся в направлении оптического излучения через прозрачное окно в герметичную камеру, заполненную газом, селективно поглощающим оптическое излучение определенной длины волны, и имеющую в качестве чувствительного элемента акустический микрофон [2] (прототип). Known optical-acoustic method for measuring the energy of optical radiation, which consists in the direction of optical radiation through a transparent window into a sealed chamber filled with gas, selectively absorbing optical radiation of a certain wavelength, and having an acoustic microphone as a sensitive element [2] (prototype).
По сравнению с приведенным выше способом, данный способ обладает спектральной селективностью, меньшей инерционностью и более высокой чувствительностью. Compared with the above method, this method has spectral selectivity, lower inertia and higher sensitivity.
Основным недостатком этого способа является крайне низкая защищенность от влияния акустических и вибрационных помех, обусловленная использованием в качестве чувствительного элемента акустического микрофона. Это обстоятельство приводит к тому, что несмотря на то, что этот способ приема оптического излучения по своей чувствительности в средней ИК-области спектра приближается к фотоприемникам других типов, а в дальней ИК-области существенно превосходит их, использование его при решении целого ряда практических задач существенно ограничено. Высокая степень восприимчивости данного способа измерения оптического излучения к акустическим и вибрационным шумам существенно ухудшает пороговую чувствительность способа измерений по сравнению с принципиально достижимыми значениями и делает его малопригодным для использования в широкой практике в реальных производственных условиях. The main disadvantage of this method is the extremely low immunity from the influence of acoustic and vibration interference due to the use of an acoustic microphone as a sensitive element. This circumstance leads to the fact that, despite the fact that this method of receiving optical radiation in its sensitivity in the mid-IR region of the spectrum approaches other photodetectors, and in the far infrared region it significantly exceeds them, its use in solving a number of practical problems substantially limited. The high degree of susceptibility of this method of measuring optical radiation to acoustic and vibrational noise significantly worsens the threshold sensitivity of the measurement method compared to fundamentally achievable values and makes it unsuitable for use in wide practice in real production conditions.
Техническим результатом, который может быть получен при реализации изобретения, является увеличение чувствительности и помехозащищенности процесса измерения энергии оптического излучения (особенно, инфракрасного диапазона) и СВЧ-излучения. The technical result that can be obtained by implementing the invention is to increase the sensitivity and noise immunity of the process of measuring the energy of optical radiation (especially infrared) and microwave radiation.
Технический результат достигается тем, что, как и в прототипе, оптическое СВЧ-излучение направляют через прозрачное окно в герметичную ячейку, заполненную поглощающим излучение газом. Но, в отличие от прототипа, через находящийся в ячейке поглощающий газ пропускают акустические сигналы, измеряют вызванное поглощением излучения изменение скорости прохождения акустических сигналов через поглощающий газ и по величине этого изменения определяют энергию оптического СВЧ-излучения. The technical result is achieved by the fact that, as in the prototype, optical microwave radiation is directed through a transparent window into a sealed cell filled with radiation absorbing radiation. But, unlike the prototype, acoustic signals are passed through the absorbing gas in the cell, the change in the speed of passage of acoustic signals through the absorbing gas caused by the absorption of radiation is measured, and the energy of optical microwave radiation is determined by the magnitude of this change.
Предлагаемый способ измерения энергии оптического СВЧ-излучения основан на том, что поглощение газом электромагнитного излучения приводит к увеличению температуры поглощающего газа, причем это увеличение однозначно связано с энергией поглощаемого излучения, оптическими и физико-химическими параметрами поглощающего газа (сечением поглощения молекулами газа излучения данного спектрального состава и теплоемкостью газа). The proposed method for measuring the energy of optical microwave radiation is based on the fact that the absorption of electromagnetic radiation by a gas leads to an increase in the temperature of the absorbing gas, and this increase is unambiguously associated with the energy of the absorbed radiation, the optical and physico-chemical parameters of the absorbing gas (the absorption cross section of gas molecules of this spectral radiation composition and heat capacity of gas).
ΔT= K ΔE, (1)
где ΔT - величина нагрева газа в градусах Кельвина;
ΔЕ - количество поглощенной газом энергии электромагнитного излучения в Джоулях;
К - коэффициент пропорциональности, являющийся константой для данного сорта газа, геометрических размеров измерительной ячейки и давления газа в ячейке.ΔT = K ΔE, (1)
where ΔT is the value of gas heating in degrees Kelvin;
ΔЕ is the amount of electromagnetic radiation energy absorbed by the gas in Joules;
K is the coefficient of proportionality, which is a constant for a given type of gas, the geometric dimensions of the measuring cell and the gas pressure in the cell.
Коэффициент пропорциональности К может быть рассчитан известным путем исходя из известной теплоемкости используемого газа и известного количества, заключенного в ячейке газа или определен эмпирически путем калибровочных измерений. The proportionality coefficient K can be calculated in a known manner on the basis of the known heat capacity of the gas used and the known quantity contained in the gas cell or determined empirically by calibration measurements.
Скорость звука в газовой среде С связана с температурой газовой среды Тк известным соотношением:
C = 20,067√Tк(м/c) (2).The speed of sound in a gaseous medium C is related to the temperature of the gaseous medium T to a known ratio:
C = 20.067√T k (m / s) (2).
В предлагаемом способе измеряется изменение времени прохождения через газовую среду акустических сигналов (изменение скорости звука С), происходящее вследствие нагрева газовой среды, вызванного поглощением ею электромагнитного излучения, энергию которого требуется измерить. In the proposed method, the change in the time of passing through the gas medium of acoustic signals (the change in the speed of sound C) is measured, which occurs as a result of heating of the gas medium caused by the absorption of electromagnetic radiation, the energy of which must be measured.
Изменение температуры ΔТк, заключенного в ячейку газа определяют из соотношения, следующего из (2):
ΔТк=(20,067)-2(C2 2-C2 2), (3)
а величины C1 и С2 определяют из соотношений
C1=L/t1
C2=L/t2, (4)
где L - геометрическая длина пути акустического сигнала, пропускаемого через измерительную ячейку;
t1, t2 - время прохождения этим сигналом длины L до (t1) и после (t2) поглощения газовой средой контролируемого электромагнитного излучения.The temperature change ΔT to enclosed in a gas cell is determined from the relation following from (2):
ΔТ к = (20,067) -2 (C 2 2 -C 2 2 ), (3)
and the values of C 1 and C 2 are determined from the relations
C 1 = L / t 1
C 2 = L / t 2 , (4)
where L is the geometric path length of the acoustic signal passed through the measuring cell;
t 1 , t 2 - the time it takes for this signal to travel length L before (t 1 ) and after (t 2 ) the absorption of controlled electromagnetic radiation by the gas medium.
Величина L является константой, определяемой конструкцией измерительной ячейки (геометрическим расстоянием между излучателем и приемником акустических сигналов), значения t1 и t2 измеряют посредством известных схем измерения временных интервалов.The value of L is a constant determined by the design of the measuring cell (the geometric distance between the emitter and the receiver of acoustic signals), the values of t 1 and t 2 are measured using known schemes for measuring time intervals.
Таким образом, величина энергии оптического СВЧ-излучения, поступаемого в измерительную ячейку и поглощаемого находящимся в ней газом, однозначно связана с изменением времени прохождения акустическим сигналом, распространяющимся внутри ячейки, фиксированного расстояния L между излучателем и приемником акустических сигналов:
Так как процесс измерения энергии оптического СВЧ-излучения сводится к измерению флуктуаций температуры поглощающего излучение газа акустическим (ультразвуковым) методом, то данный способ может быть реализован посредством известных ультразвуковых измерителей флуктуации температуры газовой среды, имеющих в своем составе генератор возбуждающих импульсов, генератор тактовых импульсов, изучающий и приемный пьезоэлектрические преобразователи, приемный усилитель-ограничитель электрических сигналов, схему сравнения фаз излученного и принятого акустических сигналов (или схему измерения времени распространения акустических сигналов) и ряд дополнительных электронных устройств, предназначенных для учета некоторых источников ошибок измерений и служащих для увеличения точности измерения флуктуации температуры газовой среды (см., например, [3], [4], [5]).Thus, the amount of energy of optical microwave radiation supplied to the measuring cell and absorbed by the gas contained in it is uniquely associated with a change in the propagation time of the acoustic signal propagating inside the cell, a fixed distance L between the emitter and the receiver of acoustic signals:
Since the process of measuring the energy of optical microwave radiation reduces to measuring the temperature fluctuations of the absorbing gas by the acoustic (ultrasound) method, this method can be implemented using known ultrasonic meters for fluctuating the temperature of the gas medium, which include an excitation pulse generator, a clock pulse generator, studying and receiving piezoelectric transducers, a receiving amplifier-limiter of electrical signals, a phase comparison diagram of the radiated and adopted acoustic signals (or a scheme for measuring the propagation time of acoustic signals) and a number of additional electronic devices designed to take into account some sources of measurement errors and to increase the accuracy of measuring fluctuations in the temperature of the gas medium (see, for example, [3], [4], [ 5]).
Источники информации
1. Ж. Аш и др. Датчики измерительных систем. Книга 1. Глава 5, стр. 219. Москва, "Мир", 1992.Sources of information
1. J. Ash and others. Sensors of measuring systems. Book 1. Chapter 5, p. 219. Moscow, Mir, 1992.
2. Итанин Г. Г. и др. Источники и приемники излучения. Санкт-Петербург "Политехника", 1991. Глава 7, стр. 218. 2. Ethanin G. G. et al. Sources and receivers of radiation. St. Petersburg "Polytechnic", 1991. Chapter 7, p. 218.
3. А. И. Лукашевичюс и др. Устройство для измерения температуры. А.С. СССР 769364, бюл. 37, 07.10.80. 3. A. I. Lukashevicius and others. Device for measuring temperature. A.S. USSR 769364, bull. 37, 07.10.80.
4. С. И. Антанайтис и др. Ультразвуковой измеритель температуры газовых сред. А.С. СССР 711383, бюл. 3, 25.01.80. 4. S. I. Antanaitis and others. Ultrasonic gas temperature meter. A.S. USSR 711383, bull. 3, January 25, 80.
5. В. А. Сукацкас. Устройство для измерения температуры. А.С. СССР 647554, бюл. 6, 15.02.79. 5. V. A. Sukatkas. Device for measuring temperature. A.S. USSR 647554, bull. 6, 02/15/79.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001106932A RU2208224C2 (en) | 2001-03-14 | 2001-03-14 | Procedure measuring energy of optical and shf radiation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001106932A RU2208224C2 (en) | 2001-03-14 | 2001-03-14 | Procedure measuring energy of optical and shf radiation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001106932A RU2001106932A (en) | 2003-05-20 |
| RU2208224C2 true RU2208224C2 (en) | 2003-07-10 |
Family
ID=29209390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001106932A RU2208224C2 (en) | 2001-03-14 | 2001-03-14 | Procedure measuring energy of optical and shf radiation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2208224C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2561338C1 (en) * | 2014-06-16 | 2015-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) | Infrared radiation visualisation device |
| RU2628675C1 (en) * | 2016-05-17 | 2017-08-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук | Photodetector for recording infrared radiation in field of 10,6 mkm |
| RU2636138C1 (en) * | 2016-06-15 | 2017-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук | Method of measuring energy of radiation of infrared and teragertz ranges |
-
2001
- 2001-03-14 RU RU2001106932A patent/RU2208224C2/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ИТАНИН Г.Г. и др. Источники и приемники излучения. - С.-Пб.: Политехника, 1991, с. 218. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2561338C1 (en) * | 2014-06-16 | 2015-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) | Infrared radiation visualisation device |
| RU2628675C1 (en) * | 2016-05-17 | 2017-08-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук | Photodetector for recording infrared radiation in field of 10,6 mkm |
| RU2636138C1 (en) * | 2016-06-15 | 2017-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук | Method of measuring energy of radiation of infrared and teragertz ranges |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4578997A (en) | Time-shaped AGC for ultrasonic liquid level meter of the echo-ranging type | |
| US5214966A (en) | Method and apparatus for measuring mass flow | |
| EP2153182B1 (en) | Distance measurement apparatus and related methods | |
| Coppin et al. | A three-component sonic anemometer/thermometer system for general micrometeorological research | |
| CN110686771A (en) | Photoacoustic effect-based wide-spectrum pulse light detector and detection method | |
| US5379270A (en) | Acoustic-optic sound velocity profiler | |
| Taskin et al. | Instant gas concentration measurement using ultrasound from exterior of a pipe | |
| US11965759B2 (en) | Device and method for performing ultrasonic measurements of fluid properties | |
| CN106959171A (en) | Temperature and humidity measurement method based on ultrasonic wave, laser absorption spectroscopy | |
| RU2208224C2 (en) | Procedure measuring energy of optical and shf radiation | |
| CA2339699A1 (en) | Flow meter | |
| JP2002286559A (en) | Arrangement and method for acoustic measurement of fluid temperature | |
| Sung et al. | Evaluation of ultrasonic sensing of methanol concentration for direct methanol fuel cell | |
| RU2628675C1 (en) | Photodetector for recording infrared radiation in field of 10,6 mkm | |
| US5936160A (en) | Method and apparatus for measuring sound velocity in liquid | |
| Tinge et al. | Ultrasonic gas analyser for high resolution determination of binary-gas composition | |
| JP3117372B2 (en) | Ultrasonic distance measuring device | |
| Fay et al. | Determination of the absolute value of ultrasonic power by means of thermoacoustic sensors | |
| CN104122170A (en) | Liquid density instrument | |
| CN202562842U (en) | Device for detecting concentration of trace vapor employing optoacoustic spectroscopy | |
| RU2636138C1 (en) | Method of measuring energy of radiation of infrared and teragertz ranges | |
| Hoppe et al. | Optimization of buffer rod geometry for ultrasonic sensors with reference path | |
| RU223381U1 (en) | Module for estimating seawater salinity based on a sound speed meter | |
| JPS6254112A (en) | Thickness measuring method for scale in pipe | |
| SU1136605A1 (en) | Method of measuring the light absorption factor in a transparent solid bodies |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |