RU227245U1

RU227245U1 - Thermal radiation receiver for conducting a demonstration physical experiment

Info

Publication number: RU227245U1
Application number: RU2024106743U
Authority: RU
Inventors: Сергей Васильевич Барышников; Алексей Юрьевич Милинский
Filing date: 2024-03-15
Publication date: 2024-07-12

Abstract

Полезная модель относится к учебным приборам для демонстрации теплового излучения в курсе физики высших и средних учебных заведений. Задачей полезной модели является создание приемного устройства для демонстрации теплового излучения, предназначенного для широкого спектра использования при демонстрации различных явлений, связанных с оптикой теплового излучения, позволяющего фиксировать источники ИК-излучения с длинами волн от 5,5 мкм до 14 мкм. Приемник теплового излучения для проведения демонстрационного физического эксперимента содержит датчик инфракрасного излучения, усилитель сигнала, выполненный с возможностью согласования с измерительными приборами. В качестве датчика инфракрасного излучения используется термобатарейный датчик MRT311S со спектральной чувствительностью λ = 5,5-14 мкм, размещенный в фокусе инфракрасной линзы Френеля. 3 ил. The utility model relates to educational devices for demonstrating thermal radiation in physics courses at higher and secondary educational institutions. The objective of the utility model is to create a receiving device for demonstrating thermal radiation, intended for a wide range of uses in demonstrating various phenomena associated with thermal radiation optics, allowing to detect IR radiation sources with wavelengths from 5.5 μm to 14 μm. The thermal radiation receiver for conducting a demonstration physical experiment contains an infrared radiation sensor, a signal amplifier, designed to be coordinated with measuring instruments. An MRT311S thermopile sensor with a spectral sensitivity of λ = 5.5-14 μm, placed at the focus of an infrared Fresnel lens, is used as an infrared radiation sensor. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к учебным приборам для демонстрации теплового излучения в курсе физики высших и средних учебных заведений. Приемник позволяет регистрировать инфракрасное излучение (ИК) с длинами волн от 5,5 мкм до 14 мкм и фиксировать изменения температуры тел в интервале от -20 до 120°С.The utility model relates to educational devices for demonstrating thermal radiation in physics courses at higher and secondary educational institutions. The receiver allows you to register infrared radiation (IR) with wavelengths from 5.5 μm to 14 μm and record changes in body temperature in the range from -20 to 120 ° C.

Известен приемник «Приемник инфракрасного излучения для проведения демонстрационного физического эксперимента» (патент RU №220812 МПК G 01 J 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 тел с температурой ниже 700°С.A well-known receiver is “Infrared radiation receiver for conducting a demonstration physical experiment” (patent RU No. 220812 MPK G 01 J 5/02), containing a germanium photodiode with an operating range of λ = 0.4–1.8 μm, an aluminum radiation concentrator and an infrared light filter KS19 with a bandwidth λ=0.8–3.0 µm. The light filter cuts off the visible part of the spectrum, and the receiver can confidently receive radiation with wavelengths λ = 0.8–1.8 μm. The presence of a wide band of received wavelengths makes it possible to detect the radiation of most light-emitting IR diodes and lasers. The advantage of the proposed receiver is the ability to register thermal radiation from bodies heated to temperatures above 700°C. However, such an IR receiver cannot be used when studying the radiation intensity of bodies with temperatures below 700°C.

Задачей настоящей полезной модели является создание простого приемного устройства для демонстрации теплового излучения, предназначенного для широкого спектра использования при демонстрации различных явлений, связанных с оптикой теплового излучения, позволяющего фиксировать источники ИК излучения с длинами волн от 5,5 мкм до 14 мкм. The objective of this utility model is to create a simple receiving device for demonstrating thermal radiation, intended for a wide range of uses in demonstrating various phenomena associated with thermal radiation optics, allowing the recording of IR radiation sources with wavelengths from 5.5 μm to 14 μm.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве используется основанный на принципе Зеебека термобатарейный датчик MRT311S, со спектральной чувствительностью, согласно паспортным данным, от 5,5 мкм до 14 мкм. Датчик состоит из большого числа последовательно соединенных термопар. Когда присутствует разница температур между исследуемым объектом и окружающей средой, датчик выдает соответствующий выходной сигнал, пропорциональный температуре цели.This task is achieved by the fact that the device uses a thermopile sensor MRT311S based on the Seebeck principle, with a spectral sensitivity, according to the passport data, from 5.5 microns to 14 microns. The sensor consists of a large number of thermocouples connected in series. When there is a temperature difference between the object being examined and the surrounding environment, the sensor produces an appropriate output signal proportional to the temperature of the target.

На фиг.1 представлена спектральная чувствительность датчика MRT311S.Figure 1 shows the spectral sensitivity of the MRT311S sensor.

На фиг.2 представлена зависимость выходного сигнала датчика от разности температуры исследуемого объекта и окружающей среды.Figure 2 shows the dependence of the sensor output signal on the temperature difference between the object under study and the environment.

На фиг.3 представлена конструкция приемника теплового излучения, где 1 – датчик температуры MRT311S, 2 – ИК линза Френеля, 3 – усилитель AD620, 4 – гальванический элемент.Figure 3 shows the design of a thermal radiation receiver, where 1 is an MRT311S temperature sensor, 2 is an IR Fresnel lens, 3 is an AD620 amplifier, 4 is a galvanic element.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

В качестве источника теплового излучения могут служить тела с температурой от -20 до 120°С. При попадании излучения от объекта на датчик на нем возникает термо-эдс, которая потом усиливается усилителем постоянного тока. Одним из возможных вариантов для усиления сигнала с датчика является использование готового инструментального усилителя AD620. Достоинство этого усилителя заключается в том, что он имеет малые размеры, регулируемый коэффициент усиления от 1,5 до 1000 и может работать при напряжениях питания от 3 до 15 В. Изменение коэффициента усиления позволяет согласовать приемник с внешними измерительными приборами и цифровыми лабораториями, используемыми в учебном процессе. Для улучшения направленности приемника теплового излучения и увеличения его чувствительности перед датчиком установлена инфракрасная линза Френеля с диаметром 22 мм, в фокусе которой находится датчик MRT311S. Bodies with temperatures from -20 to 120°C can serve as a source of thermal radiation. When radiation from an object hits the sensor, a thermal emf appears on it, which is then amplified by a DC amplifier. One possible option for amplifying the signal from the sensor is to use a ready-made instrumentation amplifier AD620. The advantage of this amplifier is that it is small in size, has an adjustable gain from 1.5 to 1000 and can operate at supply voltages from 3 to 15 V. Changing the gain allows you to match the receiver with external measuring instruments and digital laboratories used in educational process. To improve the directivity of the thermal radiation receiver and increase its sensitivity, an infrared Fresnel lens with a diameter of 22 mm is installed in front of the sensor, the focus of which is the MRT311S sensor.

Предложенная полезная модель обеспечивает возможность регистрации теплового излучения от большого класса источников при демонстрации и исследовании свойств электромагнитных волн ИК диапазона с длиной волны λ = 5,5-14 мкм.The proposed utility model provides the ability to register thermal radiation from a large class of sources when demonstrating and studying the properties of electromagnetic waves in the IR range with a wavelength of λ = 5.5-14 μm.

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.The use of this useful model, with its low cost, ease of manufacture, high reliability, and ease of use, will make it possible to carry out a demonstration experiment in educational institutions during physics classes and promote the principles of clarity in the educational process.

Claims

A thermal radiation receiver for conducting a demonstration physical experiment, containing an infrared radiation sensor, characterized in that it contains a signal amplifier designed to be coordinated with measuring instruments, and an MRT311S thermopile sensor with a spectral sensitivity of λ = 5.5–14 is used as an infrared radiation sensor µm placed at the focus of an infrared Fresnel lens.