ПРИБОР УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО МОНИТОРИНГА АВТОНОМНЫЙ

Полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использована для обнаружения и регистрации ультрафиолетового излучения от источников огня (пламени), от коронного разряда на высоковольтных линиях электропередач, подстанциях, а также от других источников коротковолнового ультрафиолетового излучения природного и техногенного происхождения. Особенностью предложенного прибора является то, что диапазон его работы составляет в ультрафиолетовой области 185-260 нм и он практически нечувствителен к излучению в области спектра с длиной волны более 260 нм в отличие от приборов на основе фотоэлементов, фотоэлектронных умножителей, фотоэлектронных преобразователей, фотодиодов и т.п. Солнечное ультрафиолетовое излучение в диапазоне 185-260 нм практически полностью поглощается земной атмосферой, поэтому прибор можно использовать в условиях яркой солнечной освещенности и даже в направлении солнца. Солнечный свет не является мешающим фактором при работе прибора. Прибор регистрирует излучение на расстоянии до 250 м.
Известно устройство для измерения и регистрации ультрафиолетового излучения, содержащее объемный кубический датчик с шестью входными окнами, которые направлены в разные стороны и в каждом из которых последовательно установлены световой конический ограничитель, плосковыпуклая линза, светофильтр и фотодиод, который через разъем подключен к регистратору, включающему последовательно соединенные усилители, сумматор и индикатор [RU 83614, U1, G01J 1/04, 10.06.2009].
Недостатком устройства является относительно низкая точность и относительно высокая сложность.
Известно также устройство для измерения ультрафиолетового излучения, содержащее электрически соединенные кабелем приемник (датчик) ультрафиолетового излучения и регистратор, причем приемник включает с одним входным окном полый корпус, в полости которого установлены светофильтр и фотодиод, а с наружной стороны возле входного окна размещены концевой микропереключатель и фокусирующий растр [RU 1603197, C1, G01J 1/04, 30.10.1990].
Недостатком этого устройства является относительно узкие функциональные возможности.
К известным относится и устройство, содержащее в оптическом блоке первое входное окно, механический модулятор оптического излучения, выполненный в виде диска, имеющего отверстия для выделения ультрафиолетовых областей спектра, отверстия для синхронизации работы измерителя и отверстие для идентификации положения модулятора, первый приемник оптического излучения, находящийся на одной оптической оси с первым входным окном, и первый и второй синхродатчики, находящиеся на одной оптической оси соответственно с первым и вторым опорными источниками излучения, двигатель модулятора, блок обработки, выход которого соединен с входом блока индикации, причем, оптический блок измерителя снабжен вторым входным окном, вторым приемником излучения, имеющим одну оптическую ось с ним, двигатель модулятора снабжен блоком синхронизации работы двигателя, блок обработки содержит дифференциальный усилитель, входы которого соединены с выходами первого и второго предварительных усилителей, входы которых соединены с выходами первого и второго приемников оптического излучения, выход дифференциального усилителя соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого соединен с первым входом пикового детектора, его выход соединен с входом основного усилителя сигналов, выход последнего соединен с входом микроконтроллера, первый выход которого соединен со вторым входом пикового детектора, а второй выход - с входом блока индикации, причем третий и четвертый входы микроконтроллера соединены соответственно с выходами первого и второго формирователей прямоугольных импульсов, входы которых связаны с выходами первого и второго синхродатчиков, причем выход первого формирователя прямоугольных импульсов связан с входом блока синхронизации работы двигателя, в модуляторе выполнено шесть отверстий для выделения ультрафиолетовых областей спектра, расположенных по окружности через угловой интервал π/6, причем три из них снабжены светофильтрами и расположены через интервал π/3, три отверстия для синхронизации работы измерителя расположены на другой окружности с интервалом π/33, и напротив отверстий для выделения ультрафиолетовых областей спектра, а отверстие для идентификации положения модулятора расположено на другой окружности напротив любого из отверстий для выделения ультрафиолетовых областей спектра [RU 22546, U1, G01J 1/42, 10.04.2002].
Недостатком устройства является его относительно высокая сложность.
Наиболее близким по своей технической сущности к предложенному является устройство для измерения ультрафиолетового излучения, содержащее электрически соединенные приемник ультрафиолетового излучения со светофильтром на входе и регистратор, причем приемник включает с одним входным окном полый корпус, в полости которого установлен фотодиод, основание, жестко соединенную с ним вертикальную стойку с горизонтальным шарниром с датчиками положения, на котором жестко закреплена рамка с возможностью вращения ее с корпусом вокруг вертикальной оси, на которой симметрично расположен приемник, корпус которого с двух противоположных сторон посредством вертикальных шарниров с датчиками положения жестко соединен с рамкой с возможностью вращения корпуса вокруг горизонтальной оси, а регистратор включает блок сбора и суммирования данных по положениям входного окна корпуса и подключенный к индикатор уровня излучения [RU 2419075, С1, G01J 1/04, 20.05.2011].
Недостатком наиболее близкого технического решения является его относительно низкая помехоустойчивость и относительно низкая чувствительность.
Требуемый технический результат заключается в повышении помехоустойчивости и чувствительности.
Требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство, содержащее регистратор и фотоприемник, выход которого соединен с входом регистратора, содержащего блок суммирования и индикатор уровня излучения, вход которого соединен с выходом блока суммирования, в регистратор введен формирователь импульсов, вход которого является входом регистратора, формирователь звукового сигнала, вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, звуковой индикатор, вход которого соединен с выходом формирователя звукового сигнала, удлинитель импульсов, вход которого соединен с выходом формирователя звукового сигнала, и светодиодный индикатор, вход которого соединен с выходом удлинителя импульсов, при этом, блок суммирования соединен с выходом формирователя импульсов, а фотоприемник является ионизационным датчиком.
На чертеже представлена функциональная схема прибора ультрафиолетового мониторинга автономного.
Прибор ультрафиолетового мониторинга автономный содержит регистратор 1 и фотоприемник 2, выполненный в виде ионизационного датчика, при этом, выход фотоприемника 2 соединен с входом регистратора 1.
Регистратор 1 содержит блок 3 суммирования, выполненный в виде счетчика импульсов, индикатор 4 уровня излучения, выполненный, например, в виде цифрового индикатора, вход которого соединен с выходом блока 3 суммирования.
Кроме того, регистратор 1 содержит формирователь 5 импульсов, вход которого является входом регистратора 1, формирователь 6 звукового сигнала, вход которого соединен с выходом формирователя 5 импульсов, звуковой индикатор 7, вход которого соединен с выходом формирователя 6 звукового сигнала, удлинитель 8 импульсов, вход которого соединен с выходом формирователя 6 звукового сигнала, и светодиодный индикатор 9, вход которого соединен с выходом удлинителя 8 импульсов, при этом, блок 3 суммирования соединен с выходом формирователя 5 импульсов.
Работает прибор ультрафиолетового мониторинга автономный следующим образом.
Прибор предназначен для обнаружения коронного разряда (КР) на высоковольтных линиях электропередач, подстанциях и других объектах, там, где возникновение КР или его повышенная интенсивность свидетельствует о возникновении предаварийных ситуаций (предпробойное состояние изоляторов, расплетение проводов и др.), а также для оценки качества выполненных профилактических работ (таких например как помывка изоляторов), т.е. там, где возможен низкоинтенсивный КР.
Отдельное высоковольтное оборудование и участки высоковольтных линий на подстанциях и других местах, наиболее критичных с точки зрения недопущения аварийных ситуаций и в местах, подверженных более интенсивному загрязнению (близость металлургического и химического производств, теплоэлектростанций, железной дороги и т.д.) могут быть снабжены стационарно установленными приборами для круглосуточного мониторинга и раннего обнаружения КР с системой автоматической тревожной сигнализации.
Прибор может использоваться для регистрации открытого пламени (лесного пожара) на расстоянии до 100 м.
Конструктивно устройство представляет собой легкий носимый прибор, снабженный автономным питанием (подзаряжаемый аккумулятор) и средствами индикации КР и измерения его интенсивности в цифровом виде.
Фотоприемник 1 преимущественно содержит оптическую часть (на чертеже не показана), которая может содержать кварцевый объектив с диафрагмой и полосовым оптическим фильтром, входную бленду и визирную трубку. Входной объектив, например, плоско-выпуклая линза с диаметром ~30 мм и фокусным расстоянием ~50 мм предназначен для фокусировки излучения от источника (открытого пламени или коронного разряда) в плоскости фотокатода фотоприемника, выполненного в виде ионизационного датчика с низкой верхней границей фотоэффекта (рабочий спектральный диапазон 185-260 нм). Бленда ограничивает поле зрение прибора, т.е. не позволяет регистрировать поток паразитного излучения от объектов находящихся вне зоны визирования. Угол зрения входной оптики составляет 0,07-0,3 град., что позволяет уверенно обнаруживать коронный разряд с расстояний 20-200 м. Комбинация из оптического фильтра и фотоприемника ограничивает область спектральной чувствительности полосой 190-250 нм, что обеспечивает работу прибора даже в условиях ясного дня напротив солнца. Для коронного разряда этот диапазон длин волн является информативным для его надежного обнаружения. Для обеспечения максимальной чувствительности работы прибора и увеличения обнаружительной способности КР, фотоприемник работает в режиме счета отдельных фотонов. Чувствительность приемного тракта такова, что при интенсивности входного оптического сигнала порядка 10-13 - 10-14 Вт на длине волны 200 нм. частота выходных счетных электрических импульсов фотоприемника составляет порядка 1 импульса в секунду.
Фотоприемник 1 (ионизационный датчик) преобразует поток ультрафиолетового излучения, возникающего в процессе горения или коронного разряда, и отсутствующего (из-за поглощения озоновым слоем и кислородом атмосферы) в спектре естественного солнечного излучения, достигающего поверхности Земли, в импульсные электрические сигналы. Эта особенность позволяет производить работы по обнаружению открытого пламени или коронного разряда в дневное время суток. При этом, небольшое задымление даже улучшает обнаружительную способность прибора, т.к. при этом наблюдается увеличение полезного сигнала за счет эффекта рассеяния ультрафиолетового излучения. Прибор может питаться от малогабаритной батареи через стабилизатор напряжения и высоковольтный преобразователь напряжения для обеспечения рабочего напряжения питания на фотоприемнике (около 350 В). При попадании на катод фотоприемника 2 квантов излучения с длиной волны в диапазоне 185-260 нм на вход формирователя 5 поступают электрические импульсы, которые преобразуется в импульсы, близкие к прямоугольным. С выхода формирователя 5 импульсы поступают в формирователь 6 звукового сигнала и далее на звуковой индикатор 7. С выхода формирователя 5 импульсы также поступают в блок 3 суммирования, выполненный в виде счетчика импульсов-частотомера для сравнительной оценки уровня светового сигнала на входе прибора. Нахождение прибора в режиме счета контролируется визуально светодиодным индикатором 9. Результат счета выводится на индикаторе 4 уровня излучения, выполненного, например, в виде цифрового индикатора.
Использование в качестве фотоприемника ионизационного датчика с диапазоном чувствительности 185-260 нм обеспечивает его надежную работу даже в солнечную погоду. Прибор прост по конструкции и не требует предварительной калибровки по условиям освещенности.
Таким образом, благодаря усовершенствованию известного устройства существенно повышается помехоустойчивость за счет использования в качестве фотоприемника ионизационного датчика, настроенного на узкий спектр в ультрафиолетовом диапазоне волн, что позволяет работать на уровне квантовых импульсов с отсечением фоновых шумов и что позволяет повысить чувствительность прибора, поскольку используются звуковой и светодиодный индикаторы, реагирующие на отдельные кванты энергии.