Эталонное устройство для передачи размера единицы спектральной чувствительности приемников оптического излучения

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЭТАЛОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ РАЗМЕРА ЕДИНИЦЫ СПЕКТРАЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ПРИЕМНИКОВ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ(71) Заявители Республиканское унитарное предприятие Белорусский государственный институт метрологии Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Тарасова Ольга Борисовна Никоненко Сергей Викторович Снопко Валерий Николаевич(73) Патентообладатели Республиканское унитарное предприятие Белорусский государственный институт метрологии Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Эталонное устройство для передачи размера единицы спектральной чувствительности приемников оптического излучения, содержащее блок осветителя, в светонепроницаемом корпусе которого установлена кварцево-галогенная лампа с системой ее охлаждения и позиционирующее устройство с держателем для указанной лампы, соединенной с установленным снаружи корпуса блоком питания, двойной монохроматор, в корпусе которого установлены приемник-свидетель для контроля флуктуаций светового потока указанной 14738 1 2011.08.30 лампы и видеокамера для контроля позиционирования всех приемников оптического излучения относительно светового пучка, формируемого оптической системой монохроматора, а также блок установки указанных приемников, в светонепроницаемом корпусе которого на управляемой посредством датчиков автоматизированной передвижной платформе установлены прецизионные позиционирующие устройства с держателями для эталонных и испытуемых приемников оптического излучения,выполненными с возможностью взаимозаменяемости этих приемников и комбинирования их количества, а также комплект электронного измерительного оборудования, содержащий два мультиметра и соединенный с персональным компьютером блок управления передвижной автоматизированной платформой и видеокамерой, при этом позиционирующие устройства выполнены с возможностью перемещения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях относительно оси указанного светового пучка, перемещения вдоль нее и разворота относительно нее, а в указанных держателях установлены датчики температуры для возможности корректировки на отличие температуры в областях расположения всех приемников от номинальной. Изобретение относится к измерительной технике в части создания эталонных устройств для передачи размера единицы спектральной чувствительности приемников оптического излучения от исходного эталона подчиненным эталонам и рабочим средствам измерений, а также для измерения зонной чувствительности приемников оптического излучения. Эталонное устройство может быть использовано в качестве рабочего эталона для передачи размера единицы спектральной чувствительности приемников оптического излучения подчиненным эталонам и рабочим средствам измерений. Известна эталонная установка для измерения и передачи размера единицы спектральной чувствительности приемников оптического излучения подчиненным эталонам и рабочим средствам измерений 1. Эталонная установка состоит из блока осветителя с набором источников излучения монохроматора, построенного по схеме двойной монохроматизации блока приемников оптического излучения. Недостатками данной установки являются отсутствие контроля флуктуации светового потока в случае применения в блоке осветителя кварцево-галогенной лампы отсутствие визуального контроля позиционирования эталонного приемника оптического излучения (ЭПОИ) и испытуемого приемника оптического излучения (ИПОИ) во время измерений отсутствие контроля температуры в области расположения ЭПОИ и ИПОИ во время измерений невозможность проводить измерения зонной чувствительности ИПОИ. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому (прототип) является эталонное устройство для передачи размера единицы спектральной чувствительности приемников оптического излучения 2. Эталонное устройство для передачи размера единицы спектральной чувствительности приемников оптического излучения, включающее блок осветителя, корпус которого выполнен из светонепроницаемого материала, состоящий из кварцево-галогенной лампы, позиционирующего устройства с держателем для кварцевогалогенной лампы, системы охлаждения кварцево-галогенной лампы, блока питания кварцево-галогенной лампы, расположенного за корпусом блока осветителя, монохроматор,построенный по схеме двойной монохроматизации, приемник-свидетель, блок установки приемников оптического излучения, расположенный в корпусе, выполненного из светонепроницаемого материала, и включающего позиционирующие устройства с держателями для ЭПОИ и позиционирующее устройство с держателем для ИПОИ, размещенные на автоматизированной передвижной платформе, комплект электронного измерительного обо 2 14738 1 2011.08.30 рудования, в состав которого входят два мультиметра, блок управления передвижной автоматизированной платформой, видеокамерой и персональным компьютером. Недостатками данного эталонного устройства являются отсутствие контроля температуры в области размещения ЭПОИ и ИПОИ во время измерений отсутствие визуального контроля позиционирования ЭПОИ и ИПОИ во время измерений спектральной чувствительности приемников оптического излучения невозможность производить измерения зонной чувствительности ИПОИ, т.к. приемник - свидетель располагается вблизи движущихся частей эталонной установки. Задачей изобретения является повышение точности передачи размера единицы спектральной чувствительности приемников оптического излучения, а также расширение функциональных возможностей эталонного устройства. Поставленная задача решается тем, что эталонное устройство для передачи размера единицы спектральной чувствительности приемников оптического излучения, содержащее блок осветителя, в светонепроницаемом корпус которого установлена кварцево-галогенная лампа с системой ее охлаждения и позиционирующее устройство с держателем для указанной лампы,соединенной с установленным снаружи корпуса блоком питания, двойной монохроматор, в корпусе которого установлены приемник-свидетель для контроля флуктуаций светового потока указанной лампы и видеокамера для контроля позиционирования всех приемников оптического излучения относительно светового пучка, формируемого оптической системой монохроматора, а также блок установки указанных приемников, в светонепроницаемом корпусе которого на управляемой посредством датчиков автоматизированной передвижной платформе установлены прецизионные позиционирующие устройства с держателями для эталонных и испытуемых приемников оптического излучения, выполненными с возможностью взаимозаменяемости этих приемников и комбинирования их количества, а также комплект электронного измерительного оборудования, содержащий два мультиметра и соединенный с персональным компьютером блок управления передвижной автоматизированной платформой и видеокамерой, при этом позиционирующие устройства выполнены с возможностью перемещения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях относительно оси указанного светового пучка, перемещения вдоль нее и разворота относительно нее, а в указанных держателях установлены датчики температуры для возможности корректировки на отличие температуры в областях расположения всех приемников от номинальной. Суть изобретения состоит в том, что предлагаемое эталонное устройство для передачи размера единицы спектральной чувствительности приемников оптического излучения и измерения зонной чувствительности приемников излучения позволит повысить точность передачи единицы спектральной чувствительности приемников оптического излучения за счет контроля температуры в области расположения ЭПОИ и ИПОИ, осуществляемого с помощью температурных датчиков, размещенных в держателях ЭПОИ и ИПОИ, визуального контроля позиционирования ЭПОИ и ИПОИ, осуществляемого с помощью видеокамеры, размещенной в корпусе монохроматора, устранения влияния температурной зависимости за счет размещения приемника - свидетеля в корпусе монохроматора вдали от подвижных частей автоматизированной передвижной платформы производить измерения спектральной чувствительности приемников оптического излучения трех ИПОИ относительно одного ЭПОИ и одного ИПОИ относительно группового эталона, состоящего из трех ЭПОИ за счет взаимозаменяемости держателей в позиционирующих устройствах расширить функциональные возможности эталонной установки за счет измерения зонной чувствительности ИПОИ. На чертеже представлена схема эталонного устройства. Эталонное устройство для передачи размера единицы спектральной чувствительности приемников оптического излучения и измерения зонной чувствительности ИПОИ вклю 3 14738 1 2011.08.30 чает в себя блок осветителя 1, представляющий собой светонепроницаемый корпус, внутри которого размещены позиционирующее устройство с держателем кварцевогалогенной лампы 2, кварцево-галогенная лампа 3, система охлаждения кварцевогалогенной лампы 4, блок питания кварцево-галогенной лампы 5, монохроматор 6, в корпусе которого установлены приемник- свидетель 7 и видеокамера 8 в комплекте с монитором 9, блок установки приемников оптического излучения 10, представляющий собой светонепроницаемый корпус, внутри которого размещена автоматизированная передвижная платформа 11 с прецизионными позиционирующими устройствами и держателями ЭПОИ 12, 13, 14 и автоматизированным позиционирующим устройством с держателями ИПОИ 15. В держателях ЭПОИ и ИПОИ размещены температурные датчики 16, комплект электронного измерительного оборудования в состав которого входят два мультиметра 17,18, блок управления 19 передвижной автоматической платформой, видеокамерой и персональным компьютером, персональный компьютер 20, принтер 21. Передача размера единицы спектральной чувствительности приемников оптического излучения осуществляется следующим образом последовательно включают монохроматор, мультиметры, блок управления передвижной автоматизированной платформой, видеокамерой и персональным компьютером, блок питания кварцево-галогенной лампы. С помощью блока питания устанавливают ток лампы на уровне 80 от номинального значения. Включают персональный компьютер и запускают программу измерений. После запуска программы происходит запуск программного модуля Инициализация и последовательно выполняется опрос отдельных узлов монохроматора и портов компьютера о готовности к работе. На автоматизированное позиционирующее устройство и ручные позиционирующие устройства устанавливают ИПОИ и ЭПОИ соответственно. Юстировка ИПОИ и ЭПОИ относительно оптической оси оптической системы сопряжения монохроматора и приемников излучения осуществляется при помощи функции подсветки входного окна блока управления приемников излучения, видеокамеры с монитором, микровинтов ручных позиционирующих устройств и автоматизированного позиционирующего устройства. При необходимости проводят установку нулевого отсчета в автоматизированной передвижной платформе. Непосредственно перед измерениями проверяют наличие значений спектральной чувствительности ЭПОИ в соответствии с их сертификатами калибровки. Вручную устанавливают ширину и высоту входной и выходной щелей монохроматора,после чего в произвольном порядке выполняют ввод данных, обеспечивающих параметры измерений вводят численные значения границ спектральных поддиапазонов и (или) отдельных длин волн в рабочем спектральном диапазоне от 350 до 1100 нм (с дискретностью до 0,1 нм). Общее число точек измерений - 200. Если выбирается спектральный поддиапазон, то обязательно устанавливают шаг сканирования . Во время измерений выполняются следующие расчеты и регистрация сигналов измерения сигналовис приемника-свидетеля при одновременном измерении сигналовис ИПОИ измерения сигналовис приемника-свидетеля при одновременном измерении сигналовис ЭПОИ (в количестве от 1 до 3-х) расчет разности- сигналов от приемника-свидетеля расчет разности- сигналов от испытуемого приемника излучения расчет разности- сигналов от приемника-свидетеля расчет разности- сигналов от эталонных приемников излучения (в количестве от 1 до 3-х) 14738 1 2011.08.30 расчет чувствительности испытуемого приемника излучения измерения температуры в области расположения ИПОИ и ЭПОИ внесение корректировки на отличие температуры в областях расположения ИПОИ и ЭПОИ от номинальной. Для проведения измерений нажимают кнопку СТАРТ, после чего на рабочем окне формируется запрос о числе циклов измерений (от 1 до 20 циклов). Вышеприведенные формулы не включают ряд факторов, влияющих на конечный результат измерения спектральной чувствительности приемников излучения. Если ИПОИ предназначен для прецизионных измерений, необходимо оценить влияние ряда факторов на точность измерений. В первую очередь это относится к оценке зонной чувствительности ИПОИ и влиянию температурных изменений во время измерений. Приемники излучения имеют некоторую неравномерность распределения чувствительности по поверхности приемной площадки. Точность изготовления позиционирующих устройств, применяемых в эталоне, возможность перемещать чувствительную площадку ИПОИ в двух координатных плоскостях (горизонтальной , вертикальной ) на расстояние 6,0 мм от центра светочувствительной площадки ИПОИ, позволяет оценивать зонную чувствительность, как один из основных критериев при исследовании характеристик различных приемников излучения, являющихся основой при создании фотометрического оборудования. Влияние температурной зависимости сказывается на точность передачи единицы спектральной чувствительности в том случае, если исследования спектральных характеристик ИПОИ проводились при температуре отличной от той, при которой проводилась калибровка ЭПОИ. Измерение зонной чувствительности ИПОИ осуществляется следующим образом с помощью монохроматора устанавливается длина волны, на которой будет определяться зонная чувствительность, на рабочем окне ПК выбирается опция измерений ЗОННАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ, устанавливаются пределы перемещений ИПОИ во время измерений в двух взаимно перпендикулярных плоскостяхи , устанавливают шаг сканирования и направление сканирования. При подаче команды СТАРТ производится регистрация показаний с ИПОИ с шагом сканирования и в точках, находящихся в заданных ранее пределах перемещений. Вначале идет регистрация сигналов с ИПОИ вдоль координатной осис заданным шагом сканирования, затем ИПОИ возвращается в первоначальное положение и производится повторное сканирование. Таким образом можно производить 10 циклов измерений. Значения, полученные в каждом цикле, усредняются. После этого ИПОИ перемещается вдоль координатной оси , алгоритм измерений повторяется. В конце измерений на мониторе ПК высвечиваются значения в пределах перемещений ИПОИ, усредненные по 10 циклам измерений вдоль координатной оси , а также двухмерное графическое изображение распределения измеренных значений. При оценке неопределенности измерения спектральной чувствительности ИПОИ в качестве составляющих учитывают неопределенности, обусловленные температурной зависимостью и неравномерностью зонной чувствительности ИПОИ. Источники информации 1. Иванов В.С., Котюк А.Ф., Саприцкий В.И., Столяревская Р.И., Хлевной Б.Б. Фотометрия и радиометрия оптического излучения. Книга 4. - Москва, 2001. - С. 59. 2.2006/ 25272006. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5