ДАТЧИК УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использована для измерения интенсивности ультрафиолетового излучения естественных и искусственных источников.
Для обнаружения ультрафиолетового излучения (УФИ) и регистрации его интенсивности используют устройство преобразующее УФИ в видимый диапазон спектра с последующей регистрацией видимого диапазона спектра фотоприемниками. Диапазон ультрафиолетового спектра излучения предварительно выделяют из общего излучения спектральными приборами или специальными фильтрами в качестве которых могут быть использованы абсорбционные фильтры (Зайдель А.Н. и др. Спектроскопия вакуумного ультрафиолета. ФМП. - М: 1967. - С. 198; Каталог цветного стекла. - М.: Машиностроение, 1967.)
К недостаткам известного устройства относится сложность измерения УФИ, в котором УФИ предварительно выделяется абсорбционными фильтрами, преобразовывается в видимый диапазон и видимый диапазон регистрируется фотоприемником, заключается в следующем. Используемые обычно фотоприемники обладают высокой чувствительностью не только к видимому спектру излучения, но и к более длинноволновому излучению, например к ближнему инфракрасному излучению (ИКИ), т.е. они регистрируют излучение в диапазоне спектра до 1 мкм. Доля УФИ в излучении обычных источников (ламп, солнца) мала. Так, в солнечном спектре доля всего УФИ составляет менее 3% от излучения в видимом и ближнем ИК-диапазонах спектра. Все известные абсорбционные фильтры УФИ пропускают не только излучение УФ-диапазона спектра, но и излучение с длинами волн более 0,60-0,65 мкм. Поэтому применение фильтров не позволяет полностью выделить только УФИ, что заставляет использовать дополнительно фильтр, установленный между люминофором и фотоприемником, пропускающий видимое излучение только с длинами волн менее 0,6 мкм.
Существуют фотоприемники, изготовленные из широкозонных полупроводников, которые обладают фоточувствительностью в достаточно узкой полосе длин волн, такой, что они не чувствительны к излучению, пропускаемому абсорбционными фильтрами, выделяющими УФИ из общего спектра (Н.А. Соболева, А.Е. Меламид. Фотоэлектронные приборы, М. Высшая школа, 1974 г., 376 с, рис. 5.13(в). - С. 287).
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является датчик, состоящий из абсорбционного фильтра, выделяющего ультрафиолетовую часть спектра, пропуская не менее 10% ИКИ с длинами волн, большими 0,6 мкм, и задерживая излучение из видимого диапазона (0,5-0,6 мкм), оптического преобразователя частоты УФИ (люминофора), который преобразует излучение в видимый диапазон (0,50-0,55 мкм), поглощая УФИ (0,25-0,4 мкм), фильтра, пропускающего излучение с длинами волн не более 0,6 мкм и фотоприемника, который принимает излучение в диапазоне спектра (0,50-0,55 мкм) с интенсивностью пропорциональной интенсивности УФИ в диапазоне спектра 0,2-0,4 мкм и регистрирует видимый диапазон спектра (RU 2094757, МПК G01J 1/16, опубл. 27.10.1997; Е.Н. Котликов, Ю.А. Кузнецов, Н.П. Лавровская и др. Разработка методик дозиметрирования диапазонов A, B и C ультрафиолетового излучения солнца // Научное приборостроение. 2005. Том 15. №4. С. 94-97).
Однако в известном датчике, из-за использования кремниевого фотоприемника с широким спектром фоточувствительности, излучение люминофора проходит через фильтр из СЗС-23, пропускающий излучение с длинами волн в диапазоне 0,360-0,560 мкм, и дополнительное интерференционное покрытие и только после этого поступает на фотоприемник. Дополнительное интерференционное покрытие отрезает излучение в диапазоне до 0,450 мкм. Это необходимо, т.к. УФИ в диапазоне 0,320-0,400 мкм проходит напрямую через абсорбционные фильтры и регистрировалось бы кремниевым фотоприемником. Дополнительно интерференционное покрытие блокирует излучение в этом диапазоне и пропускает практически полностью люминесцентное излучение. Недостатком известного датчика является то, что фильтры, установленные между оптическим преобразователем частоты (люминофором) и фотоприемником, усложняют его конструкцию, а также снижают надежность.
Технический результат заключается в повышении надежности работы, за счет использования фотоприемника, фоточувствительного только в спектральной области с длинами волн от 0,42 до 0,6 мкм, в упрощении конструкции, за счет исключения фильтров, пропускающих видимое излучение только с длинами волн менее 0,6 мкм, а также снижении массогабаритных параметров датчика ультрафиолетового излучения.
Технический результат достигается тем, что датчик
ультрафиолетового излучения содержит абсорбционный фильтр, выделяющий ультрафиолетовое излучение из общего спектра, люминофор, преобразующий его в видимое излучение, интенсивность которого пропорциональна интенсивности ультрафиолетового излучения, и фотоприемник, фоточувствительный только в спектральной области с длинами волн от 0,42 до 0,6 мкм.
На фиг. 1 изображена схема предлагаемого датчика ультрафиолетового излучения. На фиг. 2 представлены спектральные характеристики фотоприемников, изготовленных из светодиодов 3Л-341 различных модификаций. На фиг. 3 представлена спектральная характеристика чувствительности датчика ультрафиолетового излучения.
Датчик ультрафиолетового излучения (фиг. 1) состоит из абсорбционного фильтра 1, люминофора 2 и фотоприемника 3.
Датчик ультрафиолетового излучения работает следующим образом. Излучение естественных и искусственных источников проходит через абсорбционный фильтр 1, выделяющий ультрафиолетовую часть спектра и не пропускающий излучение с длинами волн в диапазоне 0,42-0,6 мкм. Затем выделенное излучение попадает на люминофор 2, который поглощает УФИ и излучает в спектральной области с длинами волн в диапазоне 0,42-0,6 мкм. Излучение люминофора 2 и прошедшее сквозь него (или отраженное от него) ИКИ естественных и искусственных источников попадает на фотоприемник 3, который регистрирует излучение только в области спектра с длинами волн в диапазоне 0,42-0,6 мкм. Сигнал с фотоприемника 3 поступает на измеритель тока (на фиг. 1 не указан).
Выбор спектральной области фоточувствительности фотоприемника 3 с длинами волн в диапазоне 0,42-0,6 мкм, объясняется тем, что за пределами этой области спектра известные абсорбционные фильтры УФИ обладают малым коэффициентом поглощения, а в этой области спектра не пропускают излучение естественных и искусственных источников, поэтому фотоприемник 3 будет реагировать только на излучение люминофора 2, интенсивность которого пропорциональна интенсивности УФИ. Видно (фиг. 2), что фотоприемники 3 на основе 3Л-341В фоточувствительны в спектральной области, в которой известные абсорбционные фильтры 1 УФИ не пропускают излучение с длинами волн в диапазоне 0,42-0,6 мкм. Это позволяет по сравнению с прототипом исключить фильтр, пропускающий видимое излучение только с длинами волн менее 0,6 мкм.
Пример. Изготовлен датчик ультрафиолетового излучения. В качестве абсорбционного фильтра 1 применен светофильтр УФС-1. Излучение в диапазоне (0,240-0,410) мкм и более 0,650 мкм выделяется светофильтром УФС-1 толщиной 5 мм и попадает на слой люминофора 2 марки ФЛ-543-1, нанесенного на входное окно фотоприемника 3, изготовленного из светодиода 3Л-341В и работающего в фотодиодном режиме. Ток, протекающий через светодиод в этом режиме, пропорционален интенсивности регистрируемого излучения, генерируемого люминофором 2 Из спектральной характеристики чувствительности этого датчика (фиг. 3), видно, что область его чувствительности находится в диапазоне от 0,230 до 0,320 мкм.
Соответствующий подбор УФ-светофильтров и люминофоров позволит изготавливать датчики ультрафиолетового излучения и для других диапазонов УФИ, включая вакуумный ультрафиолет.
По сравнению с известным решением предлагаемое обеспечивает повышение надежности работы, за счет использования фотоприемника, фоточувствительного только в спектральной области с длинами волн от 0,42 до 0,6 мкм, упрощение конструкции, за счет исключения фильтров, пропускающих видимое излучение только с длинами волн менее 0,6 мкм, а также снижение массогабаритных параметров датчика ультрафиолетового излучения.