СВЕТОПОГЛОЩАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
LIGHT-ABSORBING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к фотометрии, и может быть применено в извещателях пожарных дымовых оптико-электронных точечных (ИПДОТ), обнаруживающих загорания, сопровождающиеся появлением дыма, путем регистрации рассеянного частицами дыма оптического излучения, а так же в устройствах для измерения фотометрических параметров оптических деталей.
Уровень техники
Наиболее близким к предложенному изобретению является выбранное в качестве прототипа светопоглощающее устройство (авторское свидетельство СССР №868373, опубл. 30.09.1981 г. ). Данное устройство содержит светопоглощающий материал, и выполнено в виде замкнутой полости, имеющей входное отверстие, диаметр которого составляет не более 1/5 внутреннего размера полости, причем коэффициент отражения светопоглощающего материала составляет менее 5%. Световой поток проходит через входное в замкнутую полость отверстие, и падает на поверхность поглощающего материала. Непоглощенная часть светового потока (примерно 5%), отраженная внутренней поверхностью полости, падает на поверхность поглощающего материала. Поглощается вторично (95% от падающего) и т.д.
К недостаткам известного технического решения можно отнести то, что размеры замкнутой полости превышают 5 диаметров входного отверстия, т.е. светопоглощающее устройство имеет достаточно большие габаритные размеры, это затрудняет его использование в реальных устройствах, например в ИПДОТ.
Сущность изобретения
Задача, положенная в основу предлагаемого технического решения, заключается в создании светопоглощающего устройства удобного для использования в реальных устройствах, например в ИПДОТ, за счет уменьшения размеров замкнутой полости.
Техническим результатом, достигаемым предложенным решением, является создание малогабаритного, по отношению к прототипу, светопоглощающего устройства.
Технический результат по первому варианту достигается тем, что в светопоглощающем устройстве, содержащим замкнутую полость с входным отверстием, ограниченную поверхностью материала, согласно предложенному решению пространство замкнутой полости представляет собой последовательность пространств равноудаленных между собой в поперечном направлении канавок, выполненных в материале, профили первой и последней, в упомянутой последовательности, канавок представляют собой секторы кругов, углы между радиусами, ограничивающими секторы, не превышают 180°, остальные канавки имеют полукруглый профиль, центры кругов, части которых являются профилями канавок, лежат в одной плоскости, входное отверстие направлено, в поперечном направлении, в пространство первой канавки, размер поперечного сечения входного отверстия, в плоскости поперечного сечения канавок, не больше радиуса круга, часть которого является профилем первой канавки, каждая, кроме первой, канавка в упомянутой последовательности, обращена к пространству предыдущей канавки, и их пространства совмещены не меньше, чем до центра круга, часть которого является профилем предыдущей канавки, поверхность ограничивающая замкнутую полость является светопоглощающей, поверхность ограничивающая замкнутую полость, по меньшей мере поверхность канавок, выполнена зеркальной.
Совмещение каждой, кроме первой, канавки в упомянутой последовательности, с пространством предыдущей канавки не меньше, чем до центра круга, часть которого является профилем предыдущей канавки, обеспечило то, что световые лучи, упавшие из внешнего пространства через входное отверстие на зеркальную поверхность первой канавки, возвращаются во входное отверстие только после последовательных переотражений этих лучей зеркальными поверхностями всех канавок.
Технический результат по второму варианту достигается тем, что в светопоглощающем устройстве, содержащим замкнутую полость с входным отверстием, ограниченную поверхностью материала, согласно предложенному решению замкнутая полость ограничена тороидальной поверхностью, концы линии образующей эту поверхность совмещены с осью вращения образующей линии, образующая линия состоит из трех участков: первый и третий - концевые, второй расположен между ними, та часть тороидальной поверхности, которая образована первым участком образующей линии, представляет собой наружную поверхность остроконечной фигуры, вершина которой направлена изнутри замкнутой полости во входное отверстие, выполненное в той части тороидальной поверхности, которая образована третьим участком образующей линии, форму окружающей входное отверстие тороидальной поверхности, которая образована третьим участком образующей линии, выбирают в зависимости от назначенной эффективности светопоглощающего устройства, второй участок образующей линии представляет собой дугу окружности, размеры дуги окружности, размеры и форма первого участка образующей линии, и их положение относительно входного отверстия, выбраны из условия, что лучи от источника излучения, направленные через входное отверстие, падают на ту часть тороидальной поверхности, которая образована первым и вторым участками образующей линии, и нормаль к поверхности, в точке падения любого из упомянутых лучей, не направлена во входное отверстие, поверхность ограничивающая замкнутую полость, по меньшей мере та часть тороидальной поверхности, которая образована вторым и третьим участками образующей линии, является светопоглощающей, поверхность ограничивающая замкнутую полость, по меньшей мере та часть тороидальной поверхности, которая образована первым и вторым участками образующей линии, выполнена зеркальной, любой из размеров поперечного сечения входного отверстия составляет не более двух размеров замкнутой полости в осевом направлении, и половины ее размера в поперечном направлении.
Следствием того, что нормаль к зеркальной поверхности, которая образована первым и вторым участками образующей линии, в точке падения любого луча от источника излучения, направленного через входное отверстие, не направлена во входное отверстие, является то, что упомянутые лучи после отражения и последовательного переотражения от поверхности, которая образована первым и вторым участками образующей линии, падают на окружающую входное отверстие тороидальную поверхность, которая образована третьим участком образующей линии, и отражаются или многократного переотражаются этой поверхностью. Количество переотражений зависит от формы поверхности. От количества переотражений зависит эффективность светопоглощающего устройства.
В частном случае (1-й вариант исполнения) равноудаленные между собой канавки выполнены в виде концентрических торообразных канавок.
В частном случае (2-й вариант исполнения) первый участок образующей линии представляет собой дугу окружности, эта дуга и дуга второго участка образующей линии, являются дугами одной и той же окружности, любая из этих дуг является продолжением другой дуги.
В частном случае (2-й вариант исполнения) остроконечная фигура имеет форму конуса.
В частном случае (2-й вариант исполнения) окружающая входное отверстие тороидальная поверхность, которая образована третьим участком образующей линии, имеет плоскую форму. За счет этого упрощена конструкция светопоглощающего устройства. Светопоглощающие устройства такой конструкции целесообразно использовать в случаях, когда не требуется высокая эффективность поглощения светового потока поступающего в замкнутую полость через входное отверстие.
В частном случае (2-й вариант исполнения) окружающая входное отверстие тороидальная поверхность, которая образована третьим участком образующей линии, имеет плоскую форму, и выполнена с рифлением, рифли выполнены в виде концентрических торообразных канавок, и расположены вокруг входного отверстия. За счет рифления повышается эффективность поглощения светового потока поступающего в замкнутую полость через входное отверстие.
В частном случае (2-й вариант исполнения) форма окружающей входное отверстие тороидальной поверхности, которая образована третьим участком образующей линии, выбрана из условия образования этой поверхностью лабиринтной отражающей свет системы, пространство лабиринтной отражающей свет системы состоит из последовательности, в радиальном направлении, пространств концентрических торообразных канавок выполненных в материале, все канавки, кроме максимальной, имеют полукруглый профиль, профиль максимальной канавки представляет собой сектор круга, угол между радиусами, ограничивающими сектор, не превышает 180°, общая ось канавок совмещена с упомянутой осью вращения образующей линии, центры кругов, части которых являются профилями канавок, и центр окружности, дуга которой является вторым участком образующей линии, лежат в одной плоскости, минимальная канавка, от которой начинается упомянутая последовательность, обращена к пространству ограниченному тороидальной поверхностью, образованной первым и вторым участками образующей линии, пространство минимальной канавки совмещено с пространством ограниченным упомянутой тороидальной поверхностью не меньше, чем до центра окружности, дуга которой является вторым участком образующей линии, каждая, кроме минимальной, канавка в упомянутой последовательности, обращена к пространству предыдущей канавки, и их пространства совмещены не меньше, чем до центра круга, часть которого является профилем предыдущей канавки, светопоглощающая поверхность ограничивающая пространство лабиринтной отражающей свет системы, по меньшей мере поверхность канавок, выполнена зеркальной.
Совмещение минимальной канавки с пространством ограниченным тороидальной поверхностью, образованной первым и вторым участками образующей линии, не меньше, чем до центра окружности, дуга которой является вторым участком образующей линии, и совмещение каждой, кроме минимальной, канавки в упомянутой последовательности, с пространством предыдущей канавки не меньше, чем до центра круга, часть которого является профилем предыдущей канавки, обеспечило то, что световые лучи, упавшие из пространства, ограниченного упомянутой тороидальной поверхностью, на зеркальную поверхность минимальной канавки, возвращаются в упомянутое пространство только после последовательных переотражений этих лучей зеркальными поверхностями всех канавок.
Выполнение окружающей входное отверстие тороидальной поверхности, которая образована третьим участком образующей линии, в форме лабиринтной отражающей свет системы, обеспечивает высокую эффективность светопоглощающего устройства.
В частном случае (2-й вариант исполнения) пространство максимальной канавки соединено с внешним пространством через отверстия распределенные в окружном направлении. Это позволяет использовать замкнутую полость в качестве дымового и звукового каналов, при использовании светопоглощающего устройства, например в ИПДОТ.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется чертежами, где
На фиг. 1 и 3 показаны примеры выполнения светопоглощающего устройства по первому варианту (одна из боковых стенок обрезана) -рисунки.
На фиг. 2 показан разрез светопоглощающего устройства, рисунок которого показан на фиг. 1.
На фиг. 4 показан разрез светопоглощающего устройства, рисунок которого показан на фиг. 3.
На фиг. 5, 6 и 7 показаны примеры выполнения светопоглощающего устройства по второму варианту. В этих примерах показаны варианты выполнения окружающей входное отверстие тороидальной поверхности, которая образована третьим участком образующей линии.
На фиг. 5 показан пример выполнения светопоглощающего устройства, в котором окружающая входное отверстие тороидальная поверхность, образованная третьим участком образующей линии, имеет плоскую форму.
На фиг. 6 показан пример выполнения светопоглощающего устройства, в котором окружающая входное отверстие тороидальная поверхность, образованная третьим участком образующей линии, имеет плоскую форму, и выполнена с рифлением.
На фиг. 7 показан пример выполнения светопоглощающего устройства, в котором окружающая входное отверстие тороидальная поверхность, которая образована третьим участком образующей линии, образует лабиринтную отражающую свет систему.
Осуществление изобретения
На фиг. 2, 4, 5, 6 и 7 отмечены: 1 - входное отверстие; 2 - материал.
На фиг. 2 и 4 отмечены: 3 - первая канавка в последовательности канавок; 4 - канавки с полукруглым профилем (на фиг. 2 только одна канавка); 5 - последняя канавка в последовательности канавок.
На фиг. 4 отмечены: 6 - возможная ось вращения при выполнении равноудаленных между собой канавок 3, 4 и 5 в виде концентрических торообразных канавок; 7 - отверстие, которое позволяет использовать замкнутую полость в качестве дымового и звукового каналов, при использовании светопоглощающего устройства, например в ИПДОТ.
На фиг. 5, 6 и 7 отмечены: 8 - замкнутая полость; 9 - остроконечная фигура; 10 - ось вращения образующей линии.
На фиг. 6 отмечены: 11 - одна из рифлей; 12 - первый участок образующей линии; а - центральный угол окружности, отвечающий за дугу окружности, которая является вторым участком образующей линии.
На фиг. 7 отмечены: 13 - минимальная канавка в последовательности канавок, пространства которых образуют пространство лабиринтной отражающей свет системы; 14 - вторая канавка в последовательности канавок; 15 - максимальная канавка; 16 - одно из отверстий распределенных в окружном направлении, которые позволяют использовать замкнутую полость в качестве дымового и звукового каналов, при использовании светопоглощающего устройства, например в ИПДОТ.
Для пояснения работы светопоглощающего устройства, на фиг. 2, 4, 5, 6 и 7, в виде стрелок, показаны траектории световых лучей направленных в замкнутую полость.
Для примера на фиг. 2 показаны три, а на фиг. 4 - четыре равноудаленные между собой канавки 3, 4 и 5. Для примера на фиг. 2 угол между радиусами ограничивающими сектор круга, который является профилем первой 3 канавки, равен 90°, а на фиг. 4 этот угол равен 180°.
Для примера на фиг. 7 показаны три концентрические торообразные канавки 13, 14 и 15. Для примера на фиг. 7 угол между радиусами ограничивающими сектор круга, который является профилем максимальной 15 канавки, равен 90°.
Размер поперечного сечения входного отверстия 1, в плоскости поперечного сечения канавок 3, 4 и 5, в примере, показанном на фиг. 2, не больше радиуса круга, часть которого является профилем первой 3 канавки.
В прототипе диаметр входного отверстия составляет не более 1/5 размера замкнутой полости, т.е. при назначенных размерах входного отверстия, размеры замкнутой полости в прототипе будут значительно больше размеров замкнутой полости в предлагаемом техническом решении.
6
10
Анализ траекторий световых лучей, на фиг. 2 в виде стрелок показана траектория только одного из них, направленных из входного отверстия 1 в замкнутую полость, показал, что подавляющее большинство световых лучей возвращаются во входное отверстие 1 после, по меньшей мере, 6-ти последовательных переотражений от зеркальных светопоглощающих поверхностей канавок 3, 4 и 5. И если принять, что суммарный коэффициент отражения светопоглощающей поверхности составляет 20%, т.е. после каждого переотражения световой поток теряет 80% своей интенсивности, то после 6-ти последовательных переотражений интенсивность светового потока вернувшегося во входное отверстие 1 составит 0,000064 (0,2) от интенсивности светового потока поступившего из этого отверстия 1 в замкнутую полость. В светопоглощающем устройстве, показанном на фиг. 4, этот показатель, при 10-ти последовательных переотражениях, составит 0,0000001024 (0,2).
В прототипе при суммарном коэффициенте отражения светопоглощающей поверхности 5%, и при диаметре входного отверстия составляющим 1/5 размера замкнутой полости, интенсивность светового потока вернувшегося во входное отверстие составит 0,0005 от интенсивности светового потока поступившего из этого отверстия в замкнутую полость.
В примере показанном на фиг. 5, любой из размеров поперечного сечения входного отверстия 1 не больше двух размеров замкнутой полости 8 в осевом направлении, и половины ее размера в поперечном направлении. При назначенных размерах входного отверстия, размеры замкнутой полости в прототипе будут значительно больше размеров замкнутой полости 8 в предлагаемом техническом решении.
3
4
10
Анализ траекторий световых лучей, на фиг. 5 в виде стрелок показаны траектории только двух из них, направленных из входного отверстия 1 в замкнутую полость 8, показал, что подавляющее большинство световых лучей возвращаются во входное отверстие 1 после, по меньшей мере, 3-х последовательных переотражений от светопоглощающей поверхности ограничивающей замкнутую полость 8. При суммарном коэффициенте отражения светопоглощающей поверхности равным 20%, интенсивность светового потока вернувшегося во входное отверстие 1 составит 0,008 (0,2) от интенсивности светового потока поступившего из этого отверстия 1 в замкнутую полость. В светопоглощающем устройстве, показанном на фиг. 6, этот показатель, при 4-х последовательных переотражениях, составит 0,0016 (0,2). В светопоглощающем устройстве, показанном на фиг. 7, этот показатель, при 10-ти последовательных переотражениях, составит 0,0000001024 (0,2).
5
Анализ траекторий световых лучей, на фиг. 7 в виде стрелок показана траектория только одного из них, направленных из внешнего пространства в лабиринтную отражающую свет систему через отверстия 16 распределенные в окружном направлении, показал, что подавляющее большинство световых лучей достигают входного в замкнутую полость отверстия 1 после, по меньшей мере, 5-ти последовательных переотражений от светопоглощающей поверхности. Интенсивность светового потока, достигшего входного отверстия 1, составит 0,00032 (0,2) от интенсивности светового потока поступившего из внешнего пространства в лабиринтную отражающую свет систему через отверстия 16.
Светопоглощающее устройство (оба варианта) может состоять из двух сопряженных между собой деталей, выполненных из светопоглощающего или из другого материала 2, при этом поверхность ограничивающая замкнутую полость должна быть светопоглощающей.
Остроконечная фигура 9 (второй вариант) может быть выполнена в виде отдельной детали. Деталь может иметь возможность смещения, например, в радиальном направлении. Это может быть востребовано при использовании светопоглощающего устройства, например в ИПДОТ, для проверки его работоспособности - часть светового потока поступившего из входного отверстия 1 отражается в отверстие 1, открывшейся, при смещении остроконечной фигуры 9, поверхностью сопряжения.