Патент на изобретение №2351034

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ СВЕТОВЫХ ИМПУЛЬСОВ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

(57) Реферат:

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для генерирования излучения – для генерирования световых импульсов ультрафиолетового излучения с возможностью амплитудно-временной модуляции в широком диапазоне частот, а именно, от импульсов наносекундной длительности до непрерывного излучения. Техническим результатом изобретения является создание устройства для генерирования световых импульсов ультрафиолетового излучения постоянной интенсивности, которое позволяет воспроизводить сигналы различных физических процессов и природных явлений, протекающих с выделением ультрафиолетового излучения. Устройство содержит герметичную колбу с оптически-прозрачным выходным окном, внутри которой размещен катод и анод. Вне колбы смежно к окну установлен датчик ультрафиолетового излучения. На оптически прозрачном окне внутри колбы, которая отвакуумирована, размещен источник ультрафиолетового излучения. Между анодом и катодом последовательно размещены фокусирующий электрод, ускоряющий электрод и запирающий электрод, причем анод, фокусирующий электрод и ускоряющий электрод подключены к источнику высокого напряжения, запирающий электрод к источнику запирающего напряжения, катод через схему контроля катодного тока заземлен на корпус прибора, а катодный подогреватель подключен к источнику подогрева катода. Датчик ультрафиолетового излучения, источник высоковольтного питания, источник запирающего напряжения и источник катодного питания подключены к управляющему процессору. В качестве источника ультрафиолетового излучения могут быть использованы широкозонные ионные кристаллы (например, CaF₂, BaF₂, BeO и др.), гетероструктуры на основе III-N соединений (например, AlGaN и др.). 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Настоящее изобретение относится к устройствам для генерирования излучения ультрафиолетового спектрального диапазона с возможностью амплитудно-временной модуляции в широком диапазоне частот: от импульсов наносекундной длительности до непрерывного излучения.

Необходимость создания подобных источников связана как с проблемой диагностики фотоприемной аппаратуры, работающей в ультрафиолетовом спектральном диапазоне, например для проверки работоспособности детекторов (регистраторов) электрических разрядов, проверки ультрафиолетовых противопожарных датчиков (датчиков контроля факелов, сканеров пламени и т.п.), так и возможными использованиями источника ультрафиолетового излучения в других научных и технических целях.

Электрические разряды возникают в высоковольтных электрических цепях при нарушении качества изоляции, загрязнении электрических изоляторов и нарушении технологии проведения монтажных работ. Наиболее распространенными видами электрических разрядов являются коронный и дуговые разряды. В настоящее время для инспекции линий электропередач получают широкое распространение детекторы (регистраторы) ультрафиолетового излучения, которые предназначены для обнаружения коронных разрядов на высоковольтном и низковольтном электрооборудовании при любой солнечной освещенности. В связи с этим возникает проблема проверки и аттестации таких приборов в заданном диапазоне длин волн. Необходимо иметь источник, способный воспроизводить сигнал ультрафиолетового диапазона, соответствующий реальным амплитудно-временным характеристикам излучения, возникающим в результате одной из разновидностей электрического разряда либо при горении различных материалов.

Главным требованием, предъявляемым к источникам такого класса, является стабильность излучаемого сигнала и воспроизводимость результатов в течение длительного времени, необходимого для отладки и тестирования фотоприемной аппаратуры.

Следует отметить, что в задачах, связанных с научно-исследовательской деятельностью, также необходимо иметь источник ультрафиолетового излучения с возможностью амплитудно-временной модуляции сигнала.

Известно устройство, предназначенное для создания ультрафиолетового излучения (Описание изобретения к авторскому свидетельству SU 1069033 А от 21.07.82). Это устройство содержит герметичную колбу с оптически-прозрачным выходным окном, внутри которой размещены катод и анод, а вне колбы смежно к окну установлен датчик ультрафиолетового излучения.

Однако недостатками известного устройства является невозможность реализации амплитудно-временной модуляции ультрафиолетового излучения, невозможность выбора нужного спектрального диапазона ультрафиолетового излучения.

Задачей настоящего изобретения является преодоление указанных недостатков и обеспечение:

– амплитудно-временной модуляции излучения в широком диапазоне частот изменения амплитуды сигнала,

– выбор нужного спектрального диапазона выходного излучения.

Техническим результатом изобретения является создание устройства для генерирования световых импульсов ультрафиолетового излучения постоянной интенсивности, которое позволяет воспроизводить сигналы различных физических процессов и природных явлений, протекающих с выделением ультрафиолетового излучения, таких как коронный, дуговой и искровой разряды, процессов горения различных материалов и веществ и т.п. Универсальность устройства дает возможность его применения в различных отраслях промышленности для решения самых разнообразных задач, например для тарировки приборов, предназначенных для инспекции высоковольтных линий электропередачи.

Поставленная задача решается, а указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для создания ультрафиолетового излучения, содержащем герметичную колбу с оптически-прозрачным выходным окном, внутри которой размещен катод с подогревателем и анод, на оптически прозрачном окне внутри отвакуумированной колбы размещен источник ультрафиолетового излучения, а вне колбы смежно к окну установлен миниатюрный датчик ультрафиолетового излучения. Между анодом и катодом последовательно размещены фокусирующий электрод, ускоряющий электрод и запирающий электрод, причем анод, фокусирующий электрод и ускоряющий электрод подключены к источнику высокого напряжения, катод через схему контроля катодного тока заземлен, катодный подогреватель подключен к источнику подогрева катода, а запирающий электрод подключен к источнику запирающего напряжения, датчик ультрафиолетового излучения, источник высоковольтного питания, источник запирающего напряжения и схема контроля катодного тока подключены к управляющему процессору.

В качестве источника ультрафиолетового излучения могут быть использованы широкозонные ионные кристаллы (например, CaF₂, BaF₂, BeO и др.), гетероструктуры на основе III-N соединений (например, AlGaN и др.).

На чертеже представлена схема устройства для генерирования световых импульсов ультрафиолетового излучения.

Устройство, имеющее модульную структуру, содержит герметичную колбу 1, внутри которой в ее торцевой части размещен катод 2. На оптически прозрачном окне 3 колбы, находящемся напротив катода, установлен источник ультрафиолетового излучения 4. За кристаллом 4 размещен анод 5, подключенный к источнику высоковольтного напряжения 6. В пространстве колбы между анодом 5 и катодом 2 последовательно размещены фокусирующий электрод 7, ускоряющий электрод 8 и запирающий электрод 9. Электроды 7 и 8 подключены к источнику высоковольтного напряжения 6. Запирающий электрод 9 подключен к источнику запирающего напряжения 10. Катод через схему контроля катодного тока 11 заземлен на корпус прибора, питание на подогрев катода подается с источника подогрева катода 12. Смежно по отношению к оптически прозрачному окну 3 установлен миниатюрный датчик 13 ультрафиолетового излучения (УФ). Источник высоковольтного напряжения 6, источник запирающего напряжения 10, источник 11 катодного питания и датчик 13 подключены к процессору 14, снабженному индивидуальным источником питания 15.

Устройство работает следующим образом. Оператор с помощью процессора задает определенную математическую модель сигнала, обеспечивающего получение заданного режима УФ-излучения. Нагретый катод 2 эмитирует электроны, которые в результате разности потенциалов между катодом 2 и анодом 5 движутся в направлении источника ультрафиолетового напряжения 4. Электроны при их движении в этом направлении ускоряют путем подачи высоковольтного напряжения от источника 6 на ускоряющий электрод 8. Далее электронный пучок фокусируют, подавая высокое напряжение от источника 6 на электрод 7. Сфокусированный электронный пучок бомбардирует источник ультрафиолетового напряжения 4, в качестве которого могут быть использованы широкозонные ионные кристаллы (например, CaF₂, BaF₂, ВеО и др.), гетероструктуры на основе III-N соединений (например, AlGaN и др.). В результате бомбардировки источника ультрафиолетового излучения 4 электронами он начинает излучать ультрафиолетовое излучение, которое выходит через оптически прозрачное, например, сапфировое окно 3.

Амплитудно-временная модуляция сигнала осуществляется изменением значения катодного тока источника. Для этого используется схема контроля катодного тока 11. На один из входов схемы подается измеряемая величина текущего значения катодного тока, на второй вход – задаваемое моделью сигнала. Схема сравнивает величины измеряемого и задаваемого значения и управляет уровнем запирающего напряжения так, что амплитудно-временная характеристика излучаемого сигнала соответствует выбранной математической модели.

С целью изменения плотности электронного пучка на запирающий электрод 9 подают напряжение от регулируемого источника запирающего напряжения 10. Изменением плотности электронного пучка воздействуют на параметры УФ излучения, которое возникает в результате бомбардировки электронами пучка источника ультрафиолетового излучения 4.

Для контроля параметров получаемого УФ излучения предусмотрена обратная связь с использованием миниатюрного датчика 13 ультрафиолетового излучения, расположенного на выходе колбы. Названный датчик регистрирует излучение и формирует сигнал контроля, который подается на процессор 14. В процессоре 14 производится вычисление коэффициента корреляции между замеренным излучением и параметрами заложенной математической модели. Коэффициент корреляции в общем случае позволяет сделать вывод о работоспособности прибора в целом.

Процессор 14, контролирующий работу устройства, снабжен автономным источником питания 15. В памяти процессора хранятся различные модели излучаемого сигнала, соответствующие, например, коронному разряду или типу горения какого-либо конкретного материала. Многообразие математических моделей, заложенных в память процессора, позволяет имитировать широкий спектр УФ-излучения, сопровождающего различные физические явления, связанные со световой радиацией.

Применение различных источников ультрафиолетового излучения 4 обеспечивает изменение спектрального диапазона длин волн в УФ диапазоне.

Устройство через специальный разъем может быть подключено к внешнему компьютеру для загрузки в память процессора программ с различными моделями генерации излучаемого устройством сигнала.

Устройство благодаря наличию управляющего электрода 9, функционирование которого контролируется процессором 14, обеспечивает амплитудно-временную модуляцию УФ излучения в широком диапазоне частот: от импульсов наносекундной длительности до непрерывного излучения. Данное качество устройства в сочетании с возможностью его автономного питания обеспечивает ему широкую промышленную применимость.

Формула изобретения

1. Устройство для генерирования световых импульсов ультрафиолетового излучения, содержащее герметичную колбу с оптически-прозрачным выходным окном, внутри которой размещен катод с подогревателем и анод, а вне колбы смежно к окну установлен датчик ультрафиолетового излучения, отличающееся тем, что на оптически прозрачном окне внутри колбы, которая отвакуумирована, размещен источник ультрафиолетового излучения, между анодом и катодом последовательно размещены фокусирующий электрод, ускоряющий электрод и запирающий электрод, причем анод, фокусирующий электрод и ускоряющий электрод подключены к источнику высокого напряжения, катод через схему контроля катодного тока заземлен на корпус прибора, катодный подогреватель подключен к источнику подогрева катода, а запирающий электрод к источнику запирающего напряжения, датчик ультрафиолетового излучения, источник высоковольтного питания, источник запирающего напряжения подключены к управляющему процессору.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве источника ультрафиолетового излучения используются широкозонные ионные кристаллы (например, CaF₂, BaF₂, BeO и др.).

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве источника ультрафиолетового излучения используются гетероструктуры на основе III-N соединений (например, AlGaN и др.).

РИСУНКИ