Размещено на http://www.allbest.ru/

Держстандарт України

Харківський державний науково-дослідний інститут метрології

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Спеціальність 05.11.15 - Метрологія та метрологічне забезпечення

Розробка і дослідження еталонних засобів вимірювань енергетичних параметрів оптичного випромінювання на базі абсолютних радіометрів

Гур'єв Микола Вадимович

Харків 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Харківському державному науково-дослідному інституті метрології Держстандарту України

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Назаренко Леонід Андрійович, Харківський державний науково-дослідний інститут метрології, начальник науково-дослідного відділу температурних та теплофізичних вимірювань

Офіційні опоненти - доктор технічних наук, професор Соловйов Валентин Сергійович, Харківський державний науково-дослідний інститут метрології, начальник головного метрологічного центру державної служби єдиного часу і еталонних частот України

- кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Загоруйко Юрій Анатолійович, НТК „Інститут Монокристалів” НАН України, м. Харків, старший науковий співробітник науково-дослідного відділу оптичних і конструкціонних кристалів

Провідна установа - Національний університет „Львівська політехніка”, інформаційно-вимірювальна кафедра Міністерства освіти і науки України

Захист дисертації відбудеться “29” листопада 2001 р. о 14оо годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.827.01 у Харківському державному науково-дослідному інституті метрології за адресою: 61002, м. Харків, вул. Мироносицька, 42.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського державного науково-дослідного інституту метрології за адресою: 61002, м. Харків, вул. Мироносицька, 42.

Автореферат розісланий “26 ” жовтня 2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Косач Н.І.

1. Загальна характеристика роботи

кріогенний приймач радіометричний температурний

Актуальність теми. В даний час розвиток науки, промисловості, медицини потребує все більшого підвищення рівня точності оптичних вимірювань. У свою чергу це потребує створення еталонних засобів вимірювань енергетичних параметрів оптичного випромінювання в широкому діапазоні спектра (0,2 - 50 мкм), які б забезпечували єдність і необхідну точність вимірювань.

Необхідно відзначити три основні напрямки вимірювань енергетичних параметрів випромінювання: світлові вимірювання, спектрорадіометрія і вимірювання інтегральних енергетичних величин. Кожне з цих напрямків відіграє величезну роль у сучасній науці, промисловості і медицині, де вони використовуються для здійснення контролю якості продукції, удосконалення технологій, дослідження властивостей, побудови і складу речовин.

Створення еталонних засобів для метрологічного забезпечення цих напрямків потребує розробки відповідних засобів відтворення фотометричних, спектрорадіометричних і інтегральних величин, що можуть здійснюватися як на базі моделей чорних тіл, так і на базі приймачів випромінювання.

В останні роки намітилася тенденція створення еталонів на базі приймачів, що значно спрощує передачу і підвищує точність відтворення одиниць фотометричних величин. У зв'язку з цим, однією з найбільш нагальних і актуальних проблем сучасної метрології є розробка приймачів оптичного випромінювання, здатних вимірювати фотометричні величини в абсолютних одиницях з високою точністю, що дозволяє вирішувати ті складні метрологічні задачі, які існують в сучасній науці і промисловості.

Однією з найбільш складних проблем при здійсненні світлових і спектрорадіометричних вимірювань є малі рівні потоків випромінювання (10-5 Вт у видимої, 10-7 Вт в УФ області спектра). У зв'язку з цим приймачі, що розробляються, повинні мати, крім високої точності, ще й високу чутливість. Отримати приймачі з такими властивостями стало можливим завдяки розвитку в останні роки кріогенної радіометрії. Приймачі, охолоджувані до температури рідкого гелію, завдяки значному поліпшенню теплових характеристик приймальних елементів при охолодженні здатні вимірювати такі потоки випромінювання з похибкою на рівні 0,01%. Однак для цього при розробці необхідно вирішувати цілий ряд задач, таких як оптимізація конструкції приймача, розробка методу подавлення фонового випромінювання, проведення експериментальних і теоретичних досліджень метрологічних характеристик.

Разом з використанням кріогенних радіометрів для світлових і спектрорадіометричних вимірювань, дуже перспективним є використання кріогенних радіометрів для побудови термодинамічної температурної шкали радіометричним методом. Як показали дослідження, проведені в НФЛ (Великобританія), для температурного діапазону від мінус 40оС до плюс 100оС цей спосіб перебуває на одному рівні з кращою газовою термометрією. Тому найбільш цікавою задачею є дослідження радіометричного методу побудови температурної шкали в діапазоні від 300 до 1000 К на базі моделі чорного тіла і кріогенного приймача.

У зв'язку з тим, що кріогенний приймач є дорогим приладом і потребує витрати дорогого рідкого гелію, його широке використання стає неможливим. Тому однією з найбільш актуальних проблем є розробка приймачів випромінювання, які могли б бути відкалібровані за кріогенним радіометром, і надалі б використовувались замість нього протягом тривалого часу. Такими можуть бути приймачі, виготовлені на основі тонкоплівкової технології, які працюють при кімнатній температурі, неселективні, мають високу чутливість і здатні вимірювати потоки на рівні 10-5 - 10-6 Вт. Для розв'язання цієї задачі також необхідно при розробці оптимізувати конструкцію приймача, розробити систему подавлення дрейфу фонового сигналу, провести теоретичні й експериментальні дослідження його метрологічних характеристик.

Разом з цим, особливий інтерес має використання техніки, що сама калібрується, на базі фотодіодів з 100%-ою внутрішньою квантовою ефективністю. Такі приймачі можуть вимірювати квазімонохроматичне випромінювання в діапазоні від 400 до 900нм із похибкою кращою 0,1%. Але для цього необхідно здійснити оптимізацію конструкції, яка дозволила б вимірювати зовнішню квантову ефективність, чи зводила б її до величини близької до одиниці (приймачі типу пастки - трапдетектор). Також необхідно розробити метод вимірювань, який дозволів би врахувати в трапдетекторі випромінювання, що не поглинається, провести експериментальні і теоретичні дослідження метрологічних характеристик розроблених методів вимірювань.

Рішення всіх цих задач є найбільш актуальною проблемою сучасної метрології в області фотометрії, спектрорадіометрії, термометрії і по точності дозволяє підняти її на якісно більш високий рівень.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконувалася відповідно до Державної програми „Створення еталонної бази України” (реєстраційний № 08.05-МВ/01-93 ДКНТП): за темою 06.03.08.01. „Розробка методів і засобів побудови температурної шкали радіометричним методом” (1993, №№ держреєстрації UА02001003Р, 0294U001342, виконавець); за темою 06.01.04.01. „Створення Державного первинного еталона одиниці сили світла” (1992-1995, №№ держреєстрації UА01006767Р, 0296U003339, виконавець); за темою 06.01.11.17. „Створення Державного первинного еталона спектральних і інтегральних характеристик випромінювання: яскравості, сили світла й освітленості”(продовжується з 1998 р., відповідальний виконавець)

Мета і задачі дослідження. Основною метою роботи є розробка й дослідження прецизійних засобів і методів вимірювань потужності оптичного випромінювання для таких задач як: дослідження радіометричного методу побудови термодинамічної температурної шкали в діапазоні 300 - 1000 К, відтворення одиниці сили світла кандели, спектрорадіометричних вимірювань у діапазоні довжин хвиль від 0,2 до 2,5 мкм.

Задачі дослідження.

1. Розробити кріогенний приймач для дослідження радіометричного методу побудови термодинамічної температурної шкали і визначити його метрологічні характеристики.

2. Визначити метрологічні характеристики установки по відтворенню термодинамічної температурної шкали в діапазоні від 300 до 1000 К.

3. Визначити похибки вимірювань термодинамічної температури.

4. Розробити абсолютний кріогенний радіометр для відтворення одиниці сили світла і визначити його метрологічні характеристики.

5. Розробити і провести експериментальні дослідження методу відтворення одиниці сили світла на базі абсолютного кріогенного радіометра.

6. Розробити абсолютний кріогенний радіометр для спектрорадіометричних вимірювань. Розробити і провести теоретичний аналіз методу подавлення фона в кріогенному радіометрі.

7. Розробити неселективний тонкоплівковий радіометр здатний вимірювати потоки випромінювання на рівні 5М10-6 і провести теоретичні й експериментальні дослідження його метрологічних характеристик. Розробити і досліджувати систему подавлення фонового дрейфу сигналу термобатареї радіометра.

8. Розробити метод вимірювання потужності випромінювання установкою на основі дводіодної конфігурації фотодіодів фірми „HAMAMATSU”, що самі калібруються, провести теоретичні й експериментальні дослідження метрологічних характеристик методу.

9. Розробити метод вимірювань потужності випромінювання трапдетектором на базі фотодіодів фірми „HAMAMATSU”, що самі калібруються, яка враховує відбите від трапдетектора випромінювання. Провести дослідження метрологічних характеристик методу.

Об'єктом дослідження є похибки засобів і методів вимірювань потужності випромінювання, а також методу використання кріогенного радіометра для відтворення одиниці сили світла і радіометричного методу побудови термодинамічної температурної шкали.

Предметом дослідження є: абсолютний кріогенний приймач для радіометричного методу побудови температурної шкали; абсолютний кріогенний радіометр для відтворення одиниці сили світла; абсолютний кріогенний радіометр для спектрорадіометричних вимірювань; установка для відтворення одиниці сили світла; установка для побудови термодинамічної температурної шкали в діапазоні від 300 до 1000 К; тонкоплівковий радіометр АП-300; трапдетектор який складається із фотодіодів, шо самі калібруються, фірми „HAMAMATSU”; установка на основі дводіодної конфігурації.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проводилися з використанням методів математичного моделювання з застосуванням обчислювальної техніки. Експериментальні дослідження проводилися з використанням оптичних, електричних і температурних методів вимірювань, з використанням високоточної апаратури і засобів обчислювальної техніки. Експериментальні результати оброблялися з використанням методів математичної статистики.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Розроблено й експериментально реалізовано метод відтворення одиниці сили світла кандели на базі абсолютного кріогенного радіометра з точністю, який відповідає світовому рівню даного виду вимірювань.

2. Отримано нові результати метрологічних досліджень радіометричного методу побудови термодинамічної температурної шкали в діапазоні від 300 до 1000 К, які свідчать про можливість підвищення точності радіаційних температурних вимірювань.

3. Експериментально досліджено метод вимірювання потужності випромінювання установкою на основі дводіодної конфігурації фотодіодів фірми „HAMAMATSU”, що самі калібруються, яка має велику, у порівнянні з традиційною конструкцією типу пастки (трапдетектор), ширину приймальної діаграми направленості.

4. Вперше запропоновано і експеріментально досліджено метод вимірювання потужності випромінювання трапдетектором, що дозволяє враховувати відбите від трапдетектора випромінювання.

5. Розроблено і досліджено тонкоплівковий радіометр АП-300 з системою зниження рівня дрейфу сигналу, який має поліпшені метрологічні характеристики.

6. Розроблено метод подавлення фонового випромінювання в абсолютному кріогенному радіометрі, який дозволяє реалізувати мінімальну, що реєструється, потужність випромінювання 8М10-11 Вт.

Практичне значення одержаних результатів.

Розроблений кріогенний радіометр використовується в установці для дослідження радіометричного методу побудови термодинамічної температурної шкали в діапазоні 300 - 1000 К. Отримані результати досліджень свідчать про перспективність методу. Кріогенний радіометр також використовується як базовий засіб вимірювань у Державному первинному еталоні одиниці сили світла кандели, що підтверджено актами впровадження (додатки А і Б).

Розроблений кріогенний радіометр використовується для створення Державного первинного еталона спектральних і інтегральних характеристик випромінювання: яскравості, сили світла й освітленості. Крім того, для цього еталона використовується розроблений радіометр АП-300, а також розроблені методи вимірювань на базі фотодіодів, що самі калібруються.

Особистий внесок здобувача. Провів розробку і дослідження абсолютних кріогенних приймачів для радіометричного методу побудови термодинамічної температурної шкали, еталона кандели і спектрорадіометричних вимірювань. Розробив спосіб вимірювання еквівалентності оптичних каналів кріогенного приймача і фотометра-компаратора, що калібрується, для відтворення одиниці сили світла кандели. Розробив метод подавлення фону в кріогенному радіометрі. Провів експериментальні дослідження метрологічних характеристик радіометра АП-300. Розробив і експериментально реалізував систему зниження фонового дрейфу сигналу термобатареї радіометра.

Розробив метод вимірювання потужності випромінювання установкою на базі дводіодної конфігурації фотодіодів фірми „HAMAMATSU”, що самі калібруються, провів теоретичні й експериментальні дослідження метрологічних характеристик методу. Розробив метод вимірювання потужності випромінювання трапдетектором, що враховує відбите від трапдетектора випромінювання, провів експериментальні і теоретичні дослідження метрологічних характеристик методу.

У публікаціях, які написані у співавторстві, здобувачеві належать: у роботах [1,5] - розробка і дослідження абсолютного кріогенного приймача для радіометричного методу побудови термодинамічної температурної шкали; у роботі [2] - розробка і дослідження абсолютного кріогенного приймача для еталона кандели, а також розробка способу вимірювання еквівалентності оптичних каналів кріогенного приймача і фотометра-компаратора, що калібрується, для відтворення одиниці сили світла кандели; у роботі [3] - проведення експериментальних досліджень метрологічних характеристик радіометра АП-300; у роботі [11] - розробка методу вимірювання потужності випромінювання установкою на базі дводіодної конфігурації фотодіодів фірми „HAMAMATSU”, що самі калібруються, проведення теоретичних й експериментальних досліджень метрологічних характеристик методу.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертаційної роботи повідомлено на: 7-й Міжнародній науково-технічній конференції „Електричні методи та засоби вимірювання температури” (Львів, 1992р.); 5-й Міжнародній науково-технічній конференції „Метрологічне забезпечення температурних і теплофізичних вимірювань” (Харків, 1994р.); Українській науково-технічній конференції „Метрологія та вимірювальна техніка”(Харків, 1995р.); 2-й Міжнародній науково-технічній конференції „Метрологія та вимірювальна техніка” (Харків, 1999р.); 3-й Міжнародній науково-технічній конференції „Метрологія в електроніці” (Харків, 2000 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 11 наукових праць, серед яких 4 статті у фахових наукових виданнях (одна робота без співавторів).

Структура дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків і списку використаних джерел та двух додатків.

Загальний обсяг роботи складає 143 сторінки тексту, з них 5 рисунків займають 5 окремих сторінок, 4 таблиці - 2 сторінки, список літератури з 88 найменувань - 6 сторінок, додатки - 2 сторінки.

2. Основний зміст роботи

У вступі розкрита актуальність теми, зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами, сформульована мета і задачі дослідження, наукова новизна отриманих результатів, дано практичне значення отриманих результатів, особистий внесок автора в дисертаційну роботу та у публікаціях, які написані у співавторстві.

У першому розділі на основі аналізу літературних даних показано, що відтворення фотометричних, спектрорадіометричних і інтегральних величин може здійснюватися як за допомогою джерел випромінювання, так і за допомогою приймачів.

Якщо для калібрування джерел випромінювання доцільне використання МЧТ, то для калібрування приймачів доцільне використання еталонів, що базуються на абсолютних приймачах.

Тому у світі переважає тенденція створення еталонів на базі абсолютних приймачів, які значно спрощують і підвищують точність відтворення і передачі одиниць фотометричних величин. За допомогою теплових приймачів з електричним заміщенням можна вимірювати потік випромінювання в абсолютних одиницях.

Похибки відтворення фотометричних і спектрорадіометричних величин за допомогою МЧТ і абсолютних теплових приймачів з електричним заміщенням, що працюють за умов кімнатних температур, приблизно однакові і складають 0,1%. Однак, якщо порожнинні приймачі з електричним заміщенням охолоджувати до температури рідкого гелію (нижче 5К), то їхні метрологічні характеристики поліпшуються більш ніж на порядок. Радіометри, в який приймачі охолоджуються рідким гелієм, називаються кріогенними.

У кріогенних радіометрах, завдяки значному зниженню при глибокому охолодженні теплових втрат на випромінювання, а також використанню проводів для підводів, із надпровідного сплаву з поганою теплопровідністю, реалізується висока еквівалентність електричного заміщення. Крім того, завдяки різкому зниженню теплоємності міді за умов кріогенних температур, приймачі можуть мати масивні порожнини з високим коефіцієнтом поглинання і при цьому здатні вимірювати низькі рівні потужностей 10-5 Вт. Усі ці фактори призводять до похибки таких радіометрів на рівні менш ніж 0,01%.

Завдяки високій точності і чутливості відкрилися широкі перспективи використання кріогенної радіометрії в різних областях науки і техніки.

Найбільш розповсюдженим застосуванням для кріогенних радіометрів є їх використання як бази для оптичних радіаційних шкал у різних еталонних лабораторіях світу.

Широкий динамічний діапазон і спектральна неселективність кріогенних радіометрів дозволили використовувати їх для калібрування космічної контрольно-вимірювальної апаратури.

Величезний інтерес викликає використання кріогенної радіометрії для реалізації шкали спектральної чутливості. Завдяки глибокому охолодженню приймачів з'являється можливість прецизійного вимірювання надто малих потужностей оптичного випромінювання на рівні 10-7 - 10-6 Вт, що є перспективним для створення еталонів і установок вищої точності в ультрафіолетовій області спектра, де малі потоки є істотною проблемою при високоточних вимірюваннях.

Крім того, у даний час точність визначення міжнародної температурної шкали уже виявилася недостатньою для побудови радіометричних еталонів, що відповідають світовому рівню розвитку цих видів вимірювань (радіометрії, спектрорадіометрії, фотометрії). Більше того, сама температурна шкала стала удосконалюватися завдяки радіометричним методам. У зв'язку з цим величезний інтерес викликає використання кріогенної радіометрії для реалізації радіаційного методу побудови термодинамічної температурної шкали в широкому діапазоні температур.

У другому розділі описано проведені дослідження радіометричного методу побудови термодинамічної температурної шкали в діапазоні 300 - 1000 К і вимірювання константи Стефана-Больцмана.

Радіометричний метод заснований на законі випромінювання Стефана-Больцмана. Термодинамічна температура МЧТ визначається з виразу:

W = g · F(е,б) · (1-D) · (1+S) · (1+с) · у · Ф4, (1)

де W - потужність випромінювання, яка надходить до абсолютного приймача; g - геометричний фактор, що визначає умови відбору випромінювання; F(е,б) - функція переносу випромінювання; (1-D) - дифракційна поправка; (1+S) - поправка на розсіяне випромінювання; (1+с) - поправка на теплопровідність залишкових газів; у - постійна Стефана-Больцмана; T - термодинамічна температура МЧТ.

Для визначення термодинамічної температури T з виразу (1), потрібно незалежно визначити всі параметри, які входять у праву частину. Тому більш прийнятним варіантом є відносні вимірювання, що ґрунтуються на екстраполяції, яка здійснюється за відношенням радіаційних потоків для двох температур:

=, (2)

де Tо - опорна температура МЧТ; T - вимірювана температура МЧТ.

Така методика дозволяє істотно підвищити точність вимірювань, тому що при проведенні вимірювань в однакових умовах, у разі слабкої залежності F(е,б), D, S, с, g від температури, вони у виразі (2) скорочуються.

Також значно знижується поправка, пов'язана з нееквівалентністю електричного заміщення абсолютного приймача, тому що для вимірюваних потоків W(Т) і W(То) вона однакова й у виразі (2) скорочується.

Реалізація даного методу поставила вимогу створення експериментальної установки, до складу якої входять високотемпературний випромінювач типу МЧТ із регульованою температурою в діапазоні від 300 до 1000 К, гелієвий кріостат з абсолютним кріогенним приймачем і кріогенна фотометрична камера-пастка, розташована між випромінювачем і приймачем. Загальний вид розробленої установки показано.

При розробці конструкції кріогенного приймача проведено теоретичний розрахунок теплових характеристик приймача, який дозволив отримати наступні результати: температурна чутливість порожнини - 3М104 К/Вт; постійна часу - 1 хвилина; стабільність температури теплостоку - 3М10-5 К, яка забезпечується за допомогою автоматичної системи стабілізації температури теплостоку (АССТ).

Проведено теоретичний і експериментальний аналіз похибок абсолютного приймача, що розділяються на дві групи: інструментальні похибки і похибки, обумовлені нееквівалентністю електричного заміщення. Інструментальні похибки визначаються точністю вимірювань напруги під час визначення потужності електричного заміщення. Похибка вимірювання потужності електричного заміщення за умови використання цифрового вольтметра приблизно дорівнює 0,01%.

Найбільш складним завданням є визначення нееквівалентності електричного заміщення. Тут необхідно виділити кілька основних її джерел: похибка розрахунку поглинальної здатності радіометра; різні градієнти температур у порожнині при електричному заміщенні й опроміненні; теплові втрати по проводах - підводах; похибка, обумовлена термічним опором поглинаючого покриття порожнини приймача; стабільність температури теплостоку.

У таблиці 1 наведено результати теоретичного й експериментального визначень складових похибок і сумарну похибку абсолютного кріогенного приймача.

Таблиця 1

Джерело	Метод, прилад	Величина	Похибка,%
Напруга на нагрівальній обмотці	Цифровий вольтметр	0,1 В	0,01
Зразковий опір	Перевірочна установка	300 ом	0,005
Поглинальна здатність	Розрахунок	0,9994	0,01
Стабільність температури теплостоку	Експеримент	_	0,004
Термічний опір фарби	Розрахунок	-	710-6
Градієнт температури в порожнині	Експеримент	_	0,0057
Теплові втрати у проводах	Розрахунок	-	510-5
Сумарна похибка, %	0,016

За результатом проведених теоретичних досліджень з розробки методик і програм розрахунків випромінювальної здатності МЧТ, поглинальної здатності порожнини приймача, функції переносу випромінювання, розсіювання у фотометричній камері і дифракційних втрат, проведено розрахунок параметрів експериментальної установки для побудови термодинамічної температурної шкали в діапазоні від 300 до 1000 К. Функцію переносу випромінювання F(е,б) = 0,999 визначено з похибкою 0,03 %, геометричний фактор g = 1,2668 М 10-3 - з похибкою 0,11 %, дифракційна поправка 1 - Dо = 0,9991 - з похибкою 0,005 %, поправка на розсіяне випромінювання 1 + S = 1,007 - з похибкою 0,09 %, поправка на теплопровідність залишкових газів 1 + с = 1,0005 - з похибкою 0,01 %. Були виміряні термодинамічні температури МЧТ із максимальною похибкою 0,012% (за умови Т=769 К).

На установці, яка складається з розробленого кріогенного приймача, камери-пастки і низькотемпературного МЧТ, за умови температури потрійної точки води, вимірено постійну Стефана-Больцмана з похибкою 0,154%. Відхилення від теоретичного значення, отриманого з основних теоретичних констант, склало 0,14 %, що відповідає похибці вимірювань.

У третьому розділі описані результати розробки і використання кріогенного радіометра для відтворення одиниці сили світла кандели.

Розглянемо методику створення еталона. На першому етапі здійснюється калібрування вольтватної чутливості компаратора за кріогенним радіометром з використанням монохроматичного випромінювача. На відміну від традиційного використання газового лазера, у розробленій схемі використовувалася газорозрядна лампа високого тиску (ДРТС-250) разом з світлофільтром, що забезпечує виділення спектральної лінії ртуті л = 546,1нм. Перевагою даного випромінювача є те, що його випромінювання неполяризоване і просторово некогерентне, а довжина хвилі близька до нормованої (л = 555нм).

Вольтватна чутливість компаратора Sк* розраховується з формули:

Sк* = , (3)

де - сигнал компаратора; - потужність оптичного випромінювання, виміряного кріогенним радіометром.

При цьому відтворюється одиниця світлового потоку люмен на довжині хвилі 546,1 нм.

Вольтлюменову чутливість компаратора Sк можна знайти з виразу:

Sк = Sк* · K546,1, (4)

де K546 = 672,2769 - коефіцієнт, що встановлює зв'язок між ватом і люменом на довжині хвилі 546,1 нм. Для відтворення кандели фотометр-компаратор установлювався на фіксованій відстані від випромінювача, і вимірялася освітленість Ел і сила світла Iл на довжині хвилі 546,1 нм:

Ел = , (5);

Iл = Е · L2, (6)

де А к - площа вхідної діафрагми компаратора; L - відстань між компаратором і випромінювачем.

Конструкцію кріогенного радіометра. При розробці приймача теплові характеристики було підібрано таким чином, щоб фонове випромінювання від вікна кріостата 7, проходячи через фотометричну камеру 6, не перегрівало порожнину відносно теплостоку більш ніж на 2 К, и при цьому була можливість вимірювання потужності випромінювання на рівні 10-5 Вт. Тому температурну чутливість було підібрано на рівні 7М103 К/Вт.

Зміна конструкції і, відповідно, теплових характеристик приймача у порівнянні з конструкцією, описаною в попередньому розділі, поставила вимогу проведення теоретичних та експериментальних досліджень метрологічних характеристик, у результаті яких було зроблено наступні висновки: похибка, пов'язана з розходженням градієнтів температур уздовж порожнини у фазах випромінювання і заміщення - 5 М10-5 %; похибка, пов'язана з термічним опором фарби - 5,5 М 10-6 %; похибка від теплових втрат на проводах-підводах - 4,5 М10-6 %. Коефіцієнт поглинання порожнини вимірено експериментально за допомогою інтегруючої сфери з похибкою 3 М 10-3 %.

На підставі проведених досліджень кріогенного радіометра, отримано наступні технічні характеристики: коефіцієнт поглинання радіометра - 0,9994; температурна чутливість порожнини - 7 М 103 К/Вт; вольтватна чутливість - 100 В/Вт; гранична чутливість - 10-10 Вт; постійна часу - 30 с; верхня границя вимірів - 6 М 10-4 Вт; похибка вимірювання потужності оптичного випромінювання - 0,02 %.

Для визначення потужності випромінювання, яке спрямовується до фотометра-компаратора, що калібрується, було розроблено спосіб вимірювання коефіцієнта еквівалентності оптичних каналів кріогенного радіометра і фотометра-компаратора.

Значення потужності випромінювання, що спрямовується до фотометра-компаратора, визначається з виразу:

P = , (7)

де Kэкв - коефіцієнт еквівалентності заміщення; Б - коефіцієнт еквівалентності оптичних каналів кріогенного приймача і сферичного фотометра-компаратора; б эф - ефективний коефіцієнт поглинання приймальної порожнини; Рэл - електрична потужність заміщення.

Значення коефіцієнта А залежить від ступеня ідентичності фотометричних камер сферичного фотометра-компаратора і кріогенного радіометра, а також від пропускання вхідного вікна кріостата 7. Коефіцієнт А визначається експериментально шляхом установки допоміжного фотометра на місце сферичного компаратора і на місце кріогенного приймача.

Сумарна похибка відтворення кандели склала 0,1%. За своїм метрологічним і технічним рівнем еталон відповідає кращим зразкам еталонів одиниці світла у світі. Що стало результатом використання найбільш високоточного засобу вимірювань потужності оптичного випромінювання - порожнинного кріогенного радіометра з електричним заміщенням.

У четвертому розділі описано розроблені радіометри для спектрорадіометричних вимірювань.

Однією з основних проблем для спектрорадіометричних вимірювань є малі рівні радіаційних потоків. Як приклад мінімальна потужність радіаційного випромінювання на виході з монохроматора у видимій області спектра складає приблизно 10-5 Вт. Особливо серйозна ця проблема для ультрафіолетової області спектра випромінювання. Потужність потоку випромінювання від дейтерієвої лампи через монохроматор складає усього лише 2М10-7 Вт, що робить проблематичним використання порожнинних приймачів з електричним заміщенням, які працюють за умови кімнатних температур. У зв'язку з цим особливий інтерес для спектрорадіометричних вимірювань представляє кріогенний радіометр. Оптимізація конструкції кріогенного радіометра може забезпечити можливість вимірювань таких потоків з похибкою на рівні 0,01%. Конструкція розробленого кріогенного приймача для спектрорадіометричних вимірювань близька до конструкції, описаної в попередніх розділах, однак, у результаті вибору оптимальної конструкції приймальної порожнини (кут при вершині 10 град. і висота 53 мм) вдалося знизити масу і, відповідно, підняти температурну чутливість до 105 К/Вт.

За умови робочої температури приймача 5 К опір давача температури порожнини складає 1075 Ом. Тому за умови подачі вимірювального струму 3М10-5 А на давач приймача з температурним коефіцієнтом опору 0,5 1/К, вольтватна чутливість приймача за умови температурної чутливості порожнини 105 К/Вт складає 1243 В/Вт, що призводить до мінімальної потужності випромінювання приймача, що реєструється, на рівень 8М10-11 Вт. Це дає можливість вимірювати радіаційний потік 2М10-7 Вт з похибкою ± 0,04%.

У результаті проведених досліджень було отримано наступні метрологічні характеристики приймача: похибка від градієнтів температур уздовж порожнини - 5,6М10-5 %; від термічного опору фарби - 6,7М10-7 %; від теплових втрат на проводах-підводах - 8М10-5 %.

Однією з основних проблем під час вимірювань кріогенним радіометром некогерентного випромінювання малих рівнів потужності є тепловий фон від вікна кріостата з кімнатною температурою.Тому пропонується нова конструкція кріогенного радіометра, у якій для подавлення фонового випромінювання використовується охолоджувана до температури рідкого гелію мідна заслінка з кварцовим склом, що не пропускає випромінювання в далекої ІЧ області (вище 3000 нм), у тому діапазоні довжин хвиль, де випромінює вікно кріостата. При цьому скло пропускає потік, що сходиться, випромінювання від монохроматора в діапазоні від 200 до 2500 нм. Для визначення пропускання кварцового скла розроблено метод, у якому використовується допоміжна заслінка з кварцовим склом, що також охолоджується до температури рідкого гелію. Головним достоїнством пропонованого методу є те, що вимірювання потоку випромінювання з монохроматора відбувається відразу після вимірювання пропускання скла заслінки, при цьому вона залишається на місці без небажаних змін місцезнаходження, що могло б призвести до похибки вимірювань.

Для того, щоб не використовувати часто кріогенний радіометр з'явилася необхідність створення неселективного вакуумного плівкового радіометра, що був би придатний для спектрорадіометричних вимірювань за схемою лампа-монохроматор-приймач, і який би міг забезпечити вимірювання радіаційного потоку на рівні 5М10-6 Вт. Для приймача подібного типу не потрібно гарантувати еквівалентність електричної і радіаційної потужності, її досить вимірювати шляхом калібрування приймача за кріогенним радіометром, і далі у виді сталості нееквівалентності цей приймач можна використовувати тривалий час, що робить необов'язковим часте використання кріогенного радіометра.

Конструкцію розробленого радіометра АП-300, виготовленого на основі тонкоплівкової технології.

Загальним істотним недоліком роботи з плівковими радіометрами є безупинний дрейф сигналу термобатареї, обумовлений зміною фонового випромінювання від вакуумної камери, що відбувається у зв'язку зі зміною її температури. У зв'язку з цим було використано систему подавлення фонового дрейфу сигналу термобатареї. Було розроблено конструкцію радіометра, де між вхідним кварцовим вікном вакуумної камери 5 і приймачем було розміщено алюмінієву масу 6 із кварцовим, прозорим склом, що істотно (за розрахунками у 105 разів) подавило теплове випромінювання вхідного вікна і корпуса на приймач. Дослідження показали, що швидкість дрейфу не перевищувала 0,05 мкВ/хв за умови швидкості зміни температури приміщення 2 К за годину. Удалося реалізувати мінімальну потужність випромінювання, що реєструється, обумовлену шумами термобатареї (10-8 Вт).

У результаті проведених експериментальних досліджень було отримано наступні характеристики радіометра: діаметр приймальної площадки - 11мм; чутливість - 9 В/Вт; постійна часу - 7 с; мінімальна потужність випромінювання, що реєструється - 10-8 Вт; основна похибка - 0,3%; діапазон потужностей випромінювання, що вимірюються, - від 10-6 до 10-2 Вт.

Для спектрорадіометричних вимірювань великий інтерес представляє техніка, що сама калібрується, на базі фотодіодів із внутрішньою квантовою ефективністю близькою до одиниці.

Кремнієве самокалібрування засноване на ідеї того, що квантова ефективність Q(л) фотодіодів на довжині хвилі л може бути записана як:

Q(л) = A(л) · Y(л) · F(л), (8)

де квантовий вихід для генерації электрон-дірочної пари Y(л) дорівнює одиниці в більшій частині видимого спектрального діапазону; F(л) - колективний фактор ефективності; коефіцієнт поглинання можна записати як:

А(л) = 1 - с(л), (9)

Коефіцієнт поглинання повинен бути визначений шляхом прецизійного вимірювання коефіцієнта відбиття с(л) чи зведений до величини близької до одиниці (трапдетектор).

Тому було розроблено метод вимірювання коефіцієнта відбиття фотодіода, який полягає в тому, що відбите від фотодіода випромінювання спрямовується на другий фотодіод, при цьому коефіцієнт відбиття фотодіода можна представити як:

с(л) = · , (10)

Відношення чутливостей визначалося експериментально, відмінності в чутливостях фотодіодів не були помічені на рівні 0,003% у діапазоні довжин хвиль, де є стовідсотковий квантовий вихід (від 500 до 850нм).

Маючи коефіцієнт поглинання фотодіода можна легко обчислити його амперватну чутливість за рівнянням:

S(л) = , (11)

де л - довжина хвилі в нанометрах.

Було проведено експериментальні дослідження метрологічних характеристик методу. Було вимірено відмінності коефіцієнтів відбиття двох фотодіодів для радіаційних потоків з s и p-поляризацією. Відмінностей на рівні 0,01% помічено не було. Досліджено похибку вимірювань, пов'язану зі зміною відношення s і р складових радіаційного потоку після відбиття від першого фотодіода. Максимальна похибка не перевищує 0,14%. Було проведено звірення установки на основі дводіодної конфігурації з радіометром АП-300 у діапазоні від 500 до 850 нм. Максимальна відмінність на перевищувала 0,31%, що відповідає похибці вимірювання радіометром АП-300.

Даний метод може бути використан в трапдетекторі для визначення відбитого випромінювання. Тому було розроблено метод вимірювання потужності випромінювання трапдетектором, у якій враховується відбитий від пастки потік. Зворотний потік вимірюється фотодіодом №1 у результаті повороту фотодіода №3, при цьому коефіцієнт поглинання фотодіода №1 для зворотнього потоку вимірюється за способом, описаним вище.

Проведено теоретичні дослідження похибки метода, пов'язаної зі зміною відношення s і р складових потоку випромінювання в результаті багаторазового відбиття від фотодіодів. Максимальна похибка вимірювання трапдетектором з використанням пропонованого методу не перевищує 0,004%. Проведено звірення трапдетектора з установкою на основі дводіодної конфігурації в діапазоні довжин хвиль від 500 до 850 нм. Максимальна відмінність не перевищувала 0,071 %. З результатів звірень обох методів можна зробити висновок, що вони мають досить високу точність і забезпечують точність вимірювань на рівні 0,1%.

Висновки

1. Розроблено абсолютний порожнинний кріогенний приймач з електричним заміщенням для експериментальної установки з дослідження термодинамічних температур у діапазоні 300 К - 1000 К:

1.1. Проведено теоретичні й експериментальні дослідження метрологічних характеристик кріогенного приймача: досліджено еквівалентність електричного заміщення; розраховано коефіцієнт поглинання порожнини.

1.2. У результаті проведених досліджень отримані наступні метрологічні характеристики приймача: температурна чутливість порожнини - 3·104 К/ВТ; постійна часу - 30 с; стабільність температури теплостоку - 3·10-5 К; діапазон вимірюваних потужностей - від 10-6 до 1,5·10-4 Вт; похибка вимірювань радіаційного потоку - 0,016%.

2. На установці, до складу якої входять розроблений кріогенний приймач, камера-пастка і високотемпературна МЧТ, вимірено термодинамічні температури МЧТ із максимальною похибкою 0,012% (при Т=769 К), що свідчить про перспективність радіометричного методу відтворення температурної шкали.

3. Розроблено абсолютний порожнинний кріогенний радіометр з електричним заміщенням для відтворення одиниці сили світла кандели:

3.1. Проведено теоретичні й експериментальні дослідження метрологічних характеристик кріогенного радіометра: досліджено еквівалентність електричного заміщення; вимірено коефіцієнт поглинання порожнини.

3.2. У результаті проведених досліджень отримано наступні метрологічні характеристики: температурна чутливість - 7·103 К/Вт; постійна часу - 30 с, стабільність температури теплостоку - 3·10-5 К; діапазон вимірювань - від 10-5 до 6·10-4 Вт; коефіцієнт поглинання порожнини - 0,9994; похибка вимірювань радіаційного потоку - 0,02%.

3.3. Розроблено спосіб вимірювання оптичних каналів кріогенного радіометра і фотометра-компаратора, що калібрується.

3.4. Завдяки використанню кріогенного радіометра здійснено відтворення одиниці сили світла із сумарною похибкою 0,1 %, що відповідає кращому світовому рівню.

4. Розроблено абсолютний кріогенний приймач для спектрорадіометричних вимірювань:

4.1. Проведено теоретичні дослідження метрологічних характеристик приймача, у результаті яких було встановлено, що мінімальна потужність випромінювання, яка реєструється, складає 8М10-11 Вт, це дозволяє вимірювати радіаційний потік 2М10-7 Вт з похибкою ± 0,04 %.

4.2. Розроблено метод подавлення фонового випромінювання від вікна кріостата на кріогенний приймач, який дозволяє реалізувати мінімальну, що реєструється, потужність випромінювання 8М10-11Вт.

5. Розроблено тонкоплівковий радіометр АП-300 для спектрорадіометричних вимірювань:

5.1. У результаті проведених експериментальних і теоретичних досліджень отримано наступні метрологічні характеристики радіометра: вольтватна чутливість - 9 В/Вт; постійна часу - 7 с; мінімальна потужність випромінювання, що реєструється - 10-8 Вт; діапазон вимірювань - від 10-6 до 10-2 Вт; максимальна похибка вимірювань - 0,3%.

5.2. На основі досліджень дрейфу сигналу термобатареї тонкоплівкового радіометра АП-300 розроблено і реалізовано систему зниження рівня дрейфу сигналу, яка дозволяє реалізувати мінімальну, що реєструється, потужність випромінювання 10-8 Вт.

6. Розроблено метод вимірювання радіаційного потоку на основі дводіодної конфігурації фотодіодів фірми „HAMAMATSU”, що самі калібруються, для спектрорадіометричних вимірювань.

6.1. Проведено експериментальні і теоретичні дослідження метрологічних характеристик методу - досліджено похибку методу пов'язаною зі зміною s і р складових потоку випромінювання в результаті відбиття від першого фотодіоду.

6.2. Максимальні похибки методу не перевищують 0,1%. Метод може використовуватися у трапдетекторі для вимірювання відбитого випромінювання.

7. Проведено звірення радіометра АП-300 із установкою на основі дводіодної конфігурації фотодіодів, що самі калібруються, у діапазоні довжин хвиль від 500 до 850 нм. Максимальні відмінності у вимірюваних потужностях випромінювання відповідають похибці АП-300.

8. Розроблено метод вимірювань потоку випромінювання трапдетектором, що враховує відбите від трапдетектора випромінювання.

8.1. Проведено теоретичні дослідження похибки методу пов'язаної зі зміною відношення s і р складових потоку випромінювання в результаті багаторазового відбиття від фотодіодів.

8.2. Максимальна похибка вимірювання трапдетектором з використанням пропонованого способу не перевищує 0,004%.

9. Проведено звірення установки на основі дводіодної конфігурації з трапдетектором. Максимальні відмінності не перевищували 0,071%.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Голобородько В.Т., Гур'єв М.В., Каштан'єр В.Л., Купко О.Д., Назаренко Л.А. Радиометрический метод построения термодинамической температурной шкалы // Измерительная техника. - 1995. - № 6. - С. 36 - 40.

2. Голобородько В.Т., Гур'єв М.В. Абсолютный криогенный радиометр для высокоточных фотометрических измерений // Измерительная техника. - 1996. - № 11. - С. 22 - 25.

3. Голобородько В.Т., Грицай В.В., Гур'єв М.В., Ципко Н.К. Пленочный радиометр с электрическим замещением для фотометрических измерений // Измерительная техника. - 1997. - № 5. - С. 18 - 21.

4. Гур'єв М.В. Сличение неселективного пленочного радиометра АП-300 с самокалибрующимся фотодиодом фирмы „HAMAMATSU” // Український метрологічний журнал - 2000. - № 2. - С. 50 - 53.

5. Голобородько В.Т., Гур'єв М.В., Назаренко Л.А. Абсолютный криогенный приемник для прецизионных измерений температуры // Електричні методи та засоби вимірювання температури: Тези доповідей. 7 Міжнар. наук.-техн. конф. - Львів 1992. - С. 38 - 39.

6. Гур'єв М.В. Криогенный приемник для точных фотометрических измерений // Метрологічне забезпечення температурних і теплофізичних вимірювань: Тези доповідей. 5 Міжнар. наук.-техн. конф. - Харків: ХДНДІМ, 1994. - С. 227 - 228.

7. Гур'єв М.В. Абсолютный криогенный радиометр с электрическим замещением // Метрологія та вимірювальна техніка: Тези доповідей. Україн. наук.-техн. конф. - Харків: ХДНДІМ.- 1995. - С. 140.

8. Гур'єв М.В. Установка для измерения коэффициента поглощения полостных приемников // Метрологія та вимірювальна техніка: Тези доповідей. Україн. наук.-техн. конф. - Харків: ХДНДІМ.- 1995. - С. 141.

9. Гур'єв М.В. Эталонные спектрорадиометрические и фотометрические измерения на базе абсолютного криогенного радиометра // Метрологія та вимірювальна техніка: Наук. прац. ІІ Міжнар. наук.-техн. конф. у двух томах. Т.2. - Харків: ХДНДІМ.- 1999. - С. 85 - 86.

10. Гур'єв М.В. Неселективный пленочный радиометр // Метрологія та вимірювальна техніка: Наук. прац. ІІ Міжнар. наук.-техн. конф. у двух томах. Т.2. - Харків: ХДНДІМ.- 1999. - С.102 - 104.

11. Гур'єв М.В., Купко О.Д., Назаренко Л.А. Двухдиодная конфигурация самокалибрующихся фотодиодов // Метрологія в електроніці: Наук. прац. ІІІ Міжнар. наук.-техн. конф. у двух томах. Т.2. - Харків: ХДНДІМ. - 2000. - С. 58 - 60.

Анотація

Гур'єв М.В. Розробка і дослідження еталонних засобів вимірювань енергетичних параметрів оптичного випромінювання на базі абсолютних радіометрів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.15 - Метрологія та метрологічне забезпечення. - Харківський державний науково-дослідний інститут метрології, Харків, 2001.

Дисертацію присвячено розробці та дослідженню абсолютних кріогенних приймачів для таких задач як дослідження радіометричного методу побудови термодинамічної температурної шкали в діапазоні від 300 до 1000 К, відтворення одиниці сили світла кандели, побудова шкали спектральної чутливості в діапазоні довжин хвиль від 200 до 2500 нм.

За допомогою розробленого абсолютного кріогенного приймача було проведено вимірювання термодинамічної температури в діапазоні від 300 до 1000 К з максимальною похибкою 0,012 % (за умови Т = 769 К). За допомогою розробленого кріогенного радіометра, а також методу його використання для еталона кандели, було відтворено одиницю сили світла із сумарною похибкою 0,1 %, що відповідає світовому рівню для даного виду вимірювань. Розроблений кріогенний радіометр для спектрорадіометричних вимірювань має мінімальну потужність випромінювання, що реєструється, 8М10-11 Вт, яка дає можливість проводити вимірювання з максимальною похибкою 0,04 % в УФ області.

Розроблено тонкоплівковий радіометр АП-300 для спектрорадіометричних вимірювань, що дозволяє вимірювати потужність квазімонохроматичного випромінювання на рівні 10-5 Вт з похибкою 0,3 %.

Розроблено метод подавлення фонового випромінювання в кріогенному радіометрі і дрейфу фонового випромінювання в АП-300.

Розроблено метод вимірювань потужності випромінювання установкою на основі дводіодної конфігурації фотодіодів фірми „HAMAMATSU”, що самі калібруються, а також метод вимірювань трапдетектором, що враховує відбитий потік і забезпечує похибку 0, 004%.

Ключові слова: Кріогенний радіометр, температурна шкала, кандела, спектрорадіометрія, фотодіод, що сам калібрується, трапдетектор.

Аннотация

Гурьев Н.В. Разработка и исследование эталонных средств измерения энергетических параметров оптического излучения на базе абсолютных радиометров. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.15 - метрология и метрологическое обеспечение. - Харьковский государственный научно-технический институт метрологии, Харьков, 2001.

Диссертация посвящена разработке и исследованию абсолютных криогенных приемников для таких задач как исследование радиометрического метода построения термодинамической температурной шкалы в диапазоне від 300 до 1000 К, воспроизведение единицы силы света канделы, построение шкалы спектральной чувствительности в диапазоне длин волн від 200 до 2500 нм. Кроме того, диссертация посвящена разработке и исследованию приемников которые могут быть использованы вместо криогенного радиометра для спектрорадиометрических измерений - тонкопленочного радиометра АП-300, установок на базе самокалибрующихся фотодиодов. В диссертации представлены результаты разработки методов подавления фонового излучения в криогенном радиометре и подавления фонового дрейфа в АП-300, а также разработки и исследования методов измерения установками на основе самокалибрующихся фотодиодов (трапдетектор, двухдиодная установка).

В результате проведенных исследований разработанного криогенного приемника для радиометрического метода построения температурной шкалы получены следующие метрологические характеристики: погрешность связанная с температурными градиентами в полости - 0,0057 %; погрешность связанная с термическим сопротивлением краски - 710-6; погрешность связанная с тепловыми потерями по проводам - 510-5; температурная чувствительность полости - 3·104 К/Вт; постоянная времени - 30 с; стабильность температуры теплостока - 3·10-5 К; диапазон измеряемых мощностей - від 10-6 до 1,5·10-4 Вт; погрешность измерения радиационного потока - 0,016%.

С помощью установки, содержащей абсолютный криогенный приемник, охлаждаемую жидким гелием, фотометрическую камеру-ловушку и высокотемпературную МЧТ были проведены измерения термодинамической температуры в диапазоне від 300 до 1000 К с максимальной погрешностью 0,012 % (при Т = 769 К).

Проведены экспериментальные и теоретические исследования метрологических характеристик разработанного криогенного радиометра для эталона канделы в результате которых получены следующие результаты: погрешность связанная с градиентами температур вдоль полости - 5 М10-5 %; погрешность связанная с термическим сопротивлением краски похибка - 5,5 М 10-6 %; погрешность связанная с тепловыми потерями по проводам - 4,5 М10-6 %; коэффициент поглощения радиометра - 0,9994; температурная чувствительность полости - 7 · 103 К/Вт; вольт ваттная чувствительность - 100 В/Вт; пороговая чувствительность - 10-10 Вт; постоянная времени - 30 с; верхняя граница измерений - 6 · 10-4 Вт; погрешность измерения мощности оптического излучения - 0,02 %.

С помощью криогенного радиометра, а также методики его использования для эталона канделы, была воспроизведена единица силы света с суммарной погрешностью 0,1 %, что соответствует мировому уровню данного вида измерений.

Разработан абсолютный криогенный радиометр для эталона спектральных характеристик излучения, в котором используется методика подавления фонового излучения. В результате проведених исследований были получены следующие метрологические характеристики радиометра: погрешность от градиентов температур вдоль полости - 5,6М10-5 %; от термического сопротивления поглощающей краски - 6,7М10-7 %; от тепловых потерь по подводящим проводам - 8М10-5 %; постоянная времни нагрева полости - 30 с; температурная чувствительность полости - 105 К/Вт; вольтваттная чувствительность - 1243 В/Вт. Минимально регистрируемая мощность излучения разработанного радиометра составляет 8М10-11 Вт, что дает возможность проводить измерения с максимальной погрешностью 0,04 % в УФ области спектра излучения.

Разработан неселективный тонкопленочный радиометр АП-300 для спектрорадиометрических измерений, работающий при комнатной температуре. Были поучены результаты экспериментальных исследований метрологических характеристик радиометра: диаметр приемной площадки - 11мм; постоянная времени - 7 с; вольтваттная чувствительность - 9 В/Вт; минимально регистрируемая мощность излучения - 10-8 Вт; диапазон измеряемых мощностей излучения - 10-6 - 10-2 Вт. В результате разработки и использования в АП-300 системы подавления дрейфа фонового излучения, радиометр может измерять мощность квазимонохроматического излучения 10-5 Вт с погрешностью 0,3 %.

Разработан метод измерения мощности излучения установкой на основе двухдиодной конфигурации самокалибрующихся фотодиодов фирмы „HAMAMATSU”, которая имеет большую, по сравнению с трапдетектором, ширину приемной диаграммы направленности. Измерены отличия коэффициентов отражения двух фотодиодов для радиационных потоков с s и p-поляризацией. Отличий на уровне 0,01% замечено не было. Исследована погрешность измерений связанная с изменением отношения s и р составляющих радиационного потока после отражения от первого фотодиода. Проведены сличения радиометра АП-300 с методикой измерения на основе двухдиодной конфигурации в диапазоне длин волн от 500 нм до 850 нм. Максимальные отличия не превысили 0,31%, что соответствует погрешности АП-300. Погрешность измерений установки составляет 0,1%.

...