ФОТОМЕТР КРИМИНАЛИСТИЧЕСКИЙ

Полезная модель относится к области криминалистики и судебной экспертизы, а также к фотометрической технике индикации, в частности к устройствам измерения светоотражающей способности различных поверхностей. Она может быть использована в криминалистической экспертизе, в военном деле, в медицине, в промышленном производстве для оценки светоотражающей способности веществ, материалов и изделий и решения связанных с этим задач, например, определения числа выстрелов по степени окопчения деталей оружия, соответствия свойств отражателей и различных покрытий установленным требованиям, контроля состояния кожного покрова, контроля шероховатости поверхности и др.
Известен фотометр многоканальный [1] для измерения спектральных характеристик рассеивающих образцов с учетом градуировочных измерений в различных дискретных интервалах спектра, в котором источники излучения расположены в одной плоскости с приемником излучения равномерно вокруг него и на расстоянии от объекта измерения, определяемом согласно выражению
L=0,25D/tga,
где L - расстояние от плоскости расположения приемника излучения и источников излучения до освещаемой поверхности объекта измерений;
D - диаметр освещаемой поверхности объекта измерений;
α - задний апертурный угол осветителя.
Недостатком данного устройства является возможность его применения только в затемненном помещении, ввиду погрешности в измерениях, возникающих в результате попадания в приемник излучения как прямого, так и отраженного света от посторонних источников излучения. Кроме того, с помощью устройства трудно добиться повторяемости результатов измерений ввиду отсутствия приспособлений, обеспечивающих одинаковое расстояние от измеряемой поверхности до источников и приемника излучения. К недостаткам устройства относится также расположение источников и приемников излучения в одной плоскости, что обуславливает неэффективное рассеивание большей части лучей от источников излучения при отражении от исследуемой пробы.
Известен универсальный фотометр [2], содержащий источник световой энергии возбуждения, оптическую систему, кювету, закрываемую крышкой, и фотоприемник, к тоже устройство снабжено дополнительной внешней оптической ячейкой с крышкой с отверстиями и двумя гибкими световодами, выполненными из световолокна, одни концы которых закреплены в крышке кюветы с помощью направляющих металлических трубок, а противоположные концы - в выносной оптической ячейке посредством съемных световододержателей, причем световоды крепятся в световододержателях с возможностью их установки как под углом 90°, так и под углом 180°, кроме того, отверстия для световодов в крышках кюветы и выносной оптической ячейки светогерметизированы резиновыми уплотнителями. Недостатком устройства является необходимость формирования лучей для световода и их точное позиционирование (необходима оптическая система), поскольку незначительные несовпадения светового потока и световода приводят к существенному снижению чувствительности устройства. Кроме того, в устройстве отсутствуют приспособления для обеспечения единообразия измерений твердых материалов, в частности, одинакового расстояния от светоиспускающего световода до исследуемого объекта и от объекта до световоспринимающего световода, а также углов освещения, что в итоге снижает повторяемость результатов измерений.
Известен фотометр медицинский [3], принятый за прототип, содержащий оптический блок в виде фотометрического шара со светоотражающим покрытием внутри, осветитель, конденсор, кассеты для светофильтров, входной объектив, два выходных отверстия, шторку и приемник излучения. Фотометр обеспечивает постоянство условий измерений и исключение попадания на приемник излучения постороннего света. Недостатками устройства являются: необходимость формирования лучей для выходного отверстия (требуется оптическая система, требующая настройки и содержащая элементы, которые могут изменять свои оптические свойства с течением времени); ограниченный круг исследуемых образцов (только протяженные плоские или с небольшой кривизной участки диаметром более 18 мм); наличие окраски на внутренней поверхности шара, которая с течением времени может изменить цвет и отражающую способность, а также получить механические повреждения, что существенно повлияет на показания приемника излучения; невозможность измерений первичного светового потока, отразившегося от поверхности образца, поскольку приемник излучения регистрирует только излучение, проинтегрированное поверхностью шара; высокая стоимость устройства, большие габариты и масса - общий вес около 2 кг.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в создании новых универсальных, недорогих, малогабаритных и легких технических устройств измерения интенсивности первичного светового потока, отраженного поверхностями объектов различных типов, форм и размеров, не требующих регулировки и сохраняющих эксплуатационные характеристики длительное время.
Технический результат достигается путем:
использования сборной конструкции, предусматривающей возможность быстрой установки на устройство других типов осветителей, приемников излучения, кронштейнов для образцов различных типов, форм и размеров, а при снятии кронштейнов образцов - возможность измерения любых протяженных поверхностей;
регистрации интенсивности первичного светового потока, отраженного непосредственно поверхностью исследуемого образца;
применения схемы компоновки элементов, не требующей регулировки и отказа от использования в световодных каналах лакокрасочных покрытий, что увеличивает время сохранения эксплуатационных характеристик устройства;
уменьшения массы и себестоимости устройства за счет изготовления его деталей из полимерных материалов.
Сущность полезной модели выражается в совокупности следующих признаков:
Фотометр криминалистический содержит источник питания, оптический блок, встроенный осветитель, приемник излучения, регистратор, причем оптический блок состоит из корпуса с каналами первичного и отраженного излучения, а также трех съемных кронштейнов, первый, из которых съемный кронштейн осветителя, второй - съемный кронштейн приемника излучения с теплоизолирующими прокладками и третий - съемный кронштейн исследуемого образца с отверстием и при этом выход съемного кронштейна приемника излучения соединен с входом регистратора, а выход съемного кронштейна осветителя с источником питания, к тому же продольные оси каналов первичного и отраженного излучения в корпусе, а также канала отверстия в съемном кронштейне исследуемого образца расположены в одной плоскости, в которой продольная ось канала первичного излучения расположена под углом 45° к плоскости исследуемого образца и 90° к продольной оси канала отраженного излучения.
Сущность технического решения поясняется чертежом. На фиг.1. изображена блок-схема фотометра криминалистического, содержащего источник питания 1, оптический блок 2, регистратор 3, встроенный осветитель 4, корпус 5, канал первичного излучения 6, канал отраженного излучения 7, канал отверстия для исследуемого образца 8, съемный кронштейн осветителя 9, съемный кронштейн приемника излучения 10, съемный кронштейн образца 11; теплоизолирующие прокладки 12, приемник излучения 13, исследуемый образец 14.
Устройство работает следующим образом.
Выход кронштейна встроенного осветителя 4 подключается к источнику питания 1, а выход кронштейна приемника излучения 10 к регистратору 3.
В зависимости от исследуемого образца подбирается съемный кронштейн образца 11 (с отверстием или кюветой). При исследовании монолитных изделий, например, газового поршня автомата Калашникова, используется кронштейн образца с отверстием. При исследовании вязких веществ, используется кронштейн с кюветой, в которую помещается образец и разравнивается лопаточкой. После установки кронштейна с размещенным в нем образцом на корпусе 5 поверхность исследуемого образца оказывается в точке пересечения продольной оси канала первичного излучения 6 и канала отраженного излучения 7.
При необходимости исследования протяженных поверхностей кронштейн образца 11 снимается. Корпус фотометра прикладывается открытой стороной к исследуемой поверхности, которая при этом также оказывается в точке пересечения продольной оси канала первичного излучения 6 и канала отраженного излучения 7.
При включении питания излучение от встроенного осветителя 4 проходит через канал первичного излучения 6 и падает на поверхность исследуемого образца под углом около 45°. Определенная часть падающего излучения поглощается поверхностью образца или рассеивается, а определенная - отражается от поверхности образца в канал отраженного излучения 7, где попадает на чувствительный элемент приемника излучения 13.
Приемниками излучения могут быть фотодиоды или фоторезисторы. Чувствительным элементом фотодиода является металлическая пластина, на которую нанесен слой полупроводникового материала (например, селена с напыленной поверх него тонкой пленкой золота или другого неокисляющегося металла). Толщина пленки подобрана таким образом, что она проводит электричество, но прозрачна и пропускает свет. Свет, падающий на селен вызывает дрейф свободных электронов, которые заряжают металлическую пластину отрицательно относительно селена. Таким образом, при попадании на приемник излучения (фотодиод) светового потока он вырабатывает электрический ток.
Параметры электрического тока, вырабатываемого приемником излучения пропорциональны интенсивности излучения - чем больше излучение, тем больше вырабатываемое напряжение или сила тока и наоборот. С увеличением светопоглощающей и (или) светорассеивающей способности поверхности исследуемого образца, вызванной загрязнением, потемнением или другими изменениями состояния или свойств материала, из которого она состоит, уменьшается интенсивность отражаемого поверхностью светового потока, что влечет уменьшение напряжения или силы тока, вырабатываемого приемником излучения.
Регистрация параметров тока, вырабатываемого приемником излучения, производится регистратором 3, в качестве которого используется микровольтметр или микроамперметр.
Предохранение приемника излучения от нагрева при работе встроенного осветителя осуществляется за счет теплоизолирующих прокладок 12 из материала с низкой теплопроводностью, установленных между съемным кронштейном осветителя 9, а также съемным кронштейном приемника излучения 10 и корпусом 5.
Конструкция фотометра предусматривает возможность быстрой замены встроенного осветителя 4 на аналогичный осветитель или осветитель другого типа за счет съемного кронштейна осветителя. Имеется также возможность замены приемника излучения за счет съемного кронштейна приемника излучения 10.
Предлагаемое устройство является промышленно применимым: на него подготовлена эскизная документация и проведены испытания экспериментального образца.
Элементы оптического блока изготавливаются из полимерных материалов.
В качестве приемника излучения используется фотодиод ФД 256 с диаметром корпуса 3,8 мм (диаметр чувствительного элемента 1,37 мм) и диапазоном спектральной характеристики 0,4-1,1 мкм. Вместо фотодиодов могут использоваться фоторезисторы.
В качестве регистратора используют микровольтмер с точностью измерения не менее 0,001 В.
Источником питания является городская электрическая сеть и адаптер питания, обеспечивающий напряжение 12 В и силу тока 2А. В качестве встроенного осветителя используется галогенная лампа модели MR11 20WGU4 12 В 20 Ватт с рефлектором диаметром 35 мм, установленная на кронштейне осветителя с помощью стандартного цоколя GU4. Съемный кронштейн осветителя и съемный кронштейн приемника излучения крепятся к корпусу болтами через теплоизолирующие прокладки из паронита толщиной 1-3 мм. Проведенные натурные исследования подтвердили работоспособность предлагаемого устройства.
Устройство, воплощающее полезную модель способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно:
регистрацию интенсивности светового потока, отраженного от поверхности исследуемого образца;
обеспечение возможности измерений протяженных поверхностей;
обеспечение возможности измерений различных по форме и размерам монолитных изделий, а также веществ и материалов непостоянной формы (сыпучих, вязких и пр., в том числе специально подготавливаемых проб), за счет сменных кронштейнов с отверстиями (посадочными местами) и кюветами;
обеспечение высокой ремонтопригодности и возможности использования осветителей и приемников излучения различных типов за счет съемных кронштейнов;
идентичность условий измерений образцов различных типов за счет постоянства силы света и взаимного расположения элементов устройства, а также исключения попадания первичного излучения осветителя и излучения внешних источников света на приемник излучения;
предотвращение теплового воздействия осветителя на приемник излучения за счет теплоизолирующих прокладок;
низкая себестоимость фотометра за счет изготовления его элементов из полимерных материалов;
сохранение эксплуатационных характеристик фотометра в течении длительного времени за счет отказа от использования лакокрасочных и иных покрытий на внутренних поверхностях.
Источники информации:
1. Патент на полезную модель RU 90897. Заявка №2009125810/22, кл. G01J 3/00. Фотометр многоканальный.
2. Патент на полезную модель RU 75473. Заявка №2008108238/22, кл. G01N 21/64. Универсальный фотометр.
3. Патент на изобретение RU 2301972. Заявка №2003135901/28, кл. G01J 1/04; G01N 21/47. Фотометр медицинский (прототип).