RU222974U1 - Приемник ультрафиолетового излучения для проведения демонстрационного физического эксперимента - Google Patents

Abstract

Устройство предназначено для регистрации ультрафиолетового излучения и может быть использовано при проведении демонстрационного или лабораторного эксперимента по физике в высших и средних учебных заведениях. Устройство содержит фотодиод на основе селенида цинка с рабочим диапазоном 190-450 нм, алюминиевый концентратор излучения с шероховатостью поверхности не более 0.3 мкм и ультрафиолетовый светофильтр УФС2 с полосой пропускания λ = 260-390 нм. Светофильтр отсекает видимую часть спектра, и приемник может уверенно принимать излучение с длинами волн λ = 260-390 нм. Наличие широкой полосы принимаемых длин волн позволяет регистрировать излучение большинства источников УФ-диапазона. Применение предлагаемого устройства не требует дополнительных источника питания и схем сопряжения с милливольтметром или усилителем, что обеспечивает упрощение конструкции и повышение надежности работы устройства, а простота предлагаемого устройства способствует пониманию учащимися физических основ работы приемника.

Description

Полезная модель относится к учебным приборам для демонстрации оптических явлений ультрафиолетового (УФ) диапазона в курсе физики высших и средних учебных заведений. Приемник позволяет регистрировать УФ-излучение с длинами волн от 260 нм до 390 нм.

Известен приемник «Устройство для измерения ультрафиолетового излучения» (патент №2419075 RU МПК G01J 1/04), содержащий электрически соединенные приемник ультрафиолетового излучения и регистратор, а также основание, жестко соединенную с ним вертикальную стойку с горизонтальным шарниром с датчиками положения. На основании жестко закреплена рамка с возможностью вращения ее с корпусом приемника, в полости которого установлен фотодиод, вокруг вертикальной оси, на которой симметрично расположен приемник. Корпус посредством вертикальных шарниров с датчиками положения с двух противоположных сторон жестко соединен с рамкой с возможностью его вращения вокруг горизонтальной оси. Регистратор включает блок сбора и суммирования данных по положениям входного окна корпуса и подключенный к блоку индикатор. Однако такой ИК-приемник не приемлем для демонстраций оптических эффектов в школьном и вузовском курсах физики в связи со сложностью конструкции приемника и схемы его подключения.

Известен «Приемник инфракрасного излучения для проведения демонстрационного физического эксперимента» (патент №220812 RU МПК G01J 5/02), содержащий германиевый фотодиод с рабочим диапазоном λ = 0,4-1,8 мкм, алюминиевый концентратор излучения и инфракрасный светофильтр КС19 с полосой пропускания λ = 0,8-3,0 мкм. Светофильтр отсекает видимую часть спектра, и приемник может уверенно принимать излучение с длинами волн λ = 0,8-1,8 мкм. Наличие широкой полосы принимаемых длин волн позволяет регистрировать излучение большинства светоизлучающих ИК-диодов и лазеров. Достоинством предлагаемого приемника является возможность регистрации теплового излучения тел, нагретых до температуры выше 700°С. Однако такой ИК-приемник не может быть применим при исследовании интенсивности излучения с длинами волн менее 800 нм, в том числе в УФ-диапазоне.

Задачей настоящей полезной модели является создание простого приемника УФ-диапазона, предназначенного для использования в демонстрационном эксперименте, связанном с оптикой УФ-диапазона, позволяющего применять источники УФ-излучения с длинами волн от 260 мкм до 390 нм.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве используется фотодиод из селенида цинка УФД-04-16 с рабочим диапазоном λ = 190–450 нм и фоточувствительностью R(λ) не менее 0,1 А/Вт [Бараночников М. Л. Приёмники и детекторы излучений. Справочник. / М.Л. Бараночников. – М.: ДМК Пресс, 2017. - 1041 с.]. Видимая часть спектра обрезается ультрафиолетовым светофильтром УФС2 с полосой пропускания λ = 260–390 нм для обрезания видимого излучения [Цветное оптическое стекло и особые стекла. Каталог. / Под ред. члена-корр. АН СССР, докт. хим. наук, проф. Г. Т. Петровского. – М.: Дом оптики, 1990. – 228 с.]. В результате чего приемник может принимать излучение с длинами волн λ = 260–390 нм. Для увеличения чувствительности используется конусный металлический концентратор с полированной внутренней поверхностью, шероховатость которой составляет не более 0.3 мкм.

На фиг. 1 представлена спектральная чувствительность УФД-04-16. На фиг.2 представлена спектральная характеристика ультрафиолетового фильтра УФС2. На фиг. 3 представлена конструкция УФ-приемника, где 1 – фотодиод УФД-04-16, 2 – конический алюминиевый концентратор, 3 – ультрафиолетовый светофильтр УФС2.

Устройство работает следующим образом.

В качестве источника УФ-излучения могут использоваться ртутно-кварцевая лампа, УФ-лазеры, светоизлучающие УФ-диоды или солнечный свет. В соответствии с методикой проведения демонстрационного эксперимента УФ-приемник подключается к милливольтметру или усилителю в зависимости от поставленной дидактической задачи, а также к цифровым лабораториям типа Releon или Wernier, применяемым в настоящее время в учебном процессе.

Предложенная полезная модель обеспечивает возможность регистрации УФ-излучения от большого класса источников при демонстрации свойств электромагнитных волн УФ-диапазона с длиной волны λ = 260–390 нм.

Использование данной полезной модели, при её невысокой стоимости, простоте изготовления и высокой надёжности, удобстве использования, позволит осуществить проведение демонстрационного эксперимента в учебных заведениях на занятиях по физике и способствовать принципам наглядности в учебном процессе.

Claims (1)

1. Приемник ультрафиолетового излучения для проведения демонстрационного физического эксперимента, содержащий фотодиод, размещенный в вершине металлического конусного концентратора, отличающийся тем, что фотодиод УФД-04-16 с рабочим диапазоном λ = 190–450 нм выполнен из селенида цинка, а полированная внутренняя поверхность металлического конусного концентратора имеет шероховатость не более 0.3 мкм, входное окно которого закрыто ультрафиолетовым светофильтром УФС2 с полосой пропускания λ = 260–390 нм.