183806. lajstromszámú szabadalom • Mérési elrendezés elektromágneses sugárforrások sugárzási energiájának a mérésére
1 183 806 2 A találmány tárgya mérési elrendezés elektromágneses sugárforrások sugárzási energiájának mérésére, amely sugárforrások impulzus- vagy tartós üzemmódban működnek, és ahol a mérés elve kalorimetriás mérési elv. A találmány tárgyát képező mérési elrendezés alkalmas elektromágneses sugárzás összenergiájának mérésére, de alkalmas arra is, hogy a sugárforrás által kibocsátott energiát a sugárzási keresztmetszet mentén egy távolabbi helyen mérjük. A találmány tárgyátképező mérési elrendezés elsősorban lézersugárforrásoknál alkalmazható, de alkalmazható más különleges sugárforrások esetében is, mint például lumineszcens-diódáknál. A kalorimetriás mérési eljárás további előnye abban van, hogy különböző mérő- és minőségellenőrző folyamatoknál lehetővé teszi a gyors, egyszerű szériamérések megvalósítását, mind a tudományos kutatás, mind pedig a kutatásoknál alkalmazott műszerek esetében. A technika különböző területein, például kutatás, fejlesztés területén, de esetenként a különböző tudományos célokra kialakított műszerek előállítása során is, gyakran van szükség arra, hogy az elektromágneses sugárforrást valamint a sugárforrásból kibocsátott sugárzást gyorsan, biztonságosan tudjuk meghatározni, továbbá azt a mérési eredményt valamilyen formában közölni is tudjuk. Különösen nagy jelentősége van ennek a mérési elvnek a szériaszerű gyártások ellenőrzésében. A sugárforrások tulajdonságainak mérésénél nemcsak a sugárzás minőségére és a sugárzás jellemző karakterisztikájára van szükség, hanem emellett gyakran szükség van arra is,hogy a sugárzás összenergiája milyen formában oszlik el annak a térnek a mentén, amely a térszögön belül helyezkedik el, vagy valamilyen térszög tartományban. Mindkét esetben arra van szükség, hogy a sugárzás energiatartalmát gyorsan és pontosan meg lehessen határozni. A kalorimetriás mérési elv alapján a sugárzás energiája hőenergiává van átalakítva, amely hőenergiát hőmérsékletváltozássá alakítunk át, amely hőmérsékletváltozást villamos úton mérünk és értékelünk ki. A sugárzási energiának a hullámhossztól függetlenül történő legteljesebb átalakítása a hőenergiává való átalakítás. Erre a célra tárcsa vagy kúpalakú sugárzáselnyelők, abszorberek alkalmazhatók, amely abszorberek feketített fémből, grafitból vannak kialakítva, illetőleg a térfogat abszorberek, amelyeket nagy sugárzási teljesítmények átalakítására alkalmazunk, üvegből vannak kiképezve. Az abszorberekben a sugárzás hatására létrejövő hőmérséklet növekedést termisztorok vagy hőelemek segítségével mérjük, és a mért értéket jelezzük ki. Igen fontos az, hogy a mérési pontosságot a sugárnyalábnak az abszorber felületére való becsapódási szöge, valamint a sugárzási keresztmetszet mentén történő energia eloszlás ne befolyásolja. Ebből a célból az abszorberek hőmérsékletkiegyenlítést szokás alkalmazni. A hőmérsékletkiegyenlítés időtartama alatt az abszorberben elvesző hőveszteség olyan csekély értéken kell hogy tartva legyen, amely a mérési pontosságot nem befolyásolhatja. Ebből a szempontból az abszorbereknek igen jó hőszigetelő anyagból kell lenniük, valamint az időállandója is megfelelően nagy kell legyen. Ez az időállandó a tárolási időállandó. A tárolási időállandó határozza meg azt, hogy két mérés között milyen minimális időtartamot kell betartani. A DD—WP 62 929 sz. szabadalmi leírásban egy olyan abszorber van ismertetve, amely nyéllel van ellátva, és így a hőmérsékletkiegyenlítés megvalósul, mivel az a szár egy hőtartállyal van összekötve. Ennél a kialakításnál a hőmérsékletgradiens az egész szár mentén, amely a hőtartályhoz csatlakozik, egyenletes lesz. Ez gyakorlatilag azt jelenti, hogy a hőmérsékletmérés mindaddig késleltetve van, amíg egy hőegyensúly be nem áll. Hátrányos ennél a megoldásnál, hogy a szár mentén nem áramlik át teljes hőenergiamennyiség, hanem a hőenergia egy része a környezetbe sugárzás formájában eltávozik. A sugárzás formájában a környezetbe távozó hőmennyiség olyan mérési hibát okoz, amely előre sem nem határozató meg, sem nem számolható ki. A DD—WP 132 544 sz. szabadalmi leírásban egy olyan mérési eljárás van ismertetve, ahol a sugárforrásból kibocsátott sugár becsapódási szögétől és a sugáreloszlás intenzitásától függetlenné tehető a mérés. Ennél a mérési elrendezésnél mérőérzékelőként hőelemek vagy termisztorok vannak az abszorber felületén elosztottan elhelyezve. Ennek a megoldásnak az előzőekhez képest még egy további hátránya, hogy techológiai szempontból nehezen valósítható meg. A környezeti sugárzás, valamint a környezeti hőmérséklet ingadozása korlátozzák a mérés pontosságát, valamint a pontos energiaméréshez szükséges megfelelő felbontó képességet. Ezeknek a zavaró hatásoknak a kiküszöbölése céljából szokásos alkalmazni különbségi elven működő mérési elrendezéseket, amelyeknél két azonos abszorbert kell alkalmazni. Ahhoz azonban, hogy a mérés megfelelően pontos legyen, az abszorberek minden szempontból teljesen egyenlőnek kell, hogy egymással legyenek, nevezetesen az érzékenységük, a ragálási idejük és a lecsengési időállandójuk feltétlenül azonos kell legyen. Két minden szempontból azonos abszorber előállítása rendkívül nagy technológiai fegyelmet, bonyolult mérési és hitelesítési eljárásokat kíván, emelett komoly költségekkel jár. Továbbá hátránya ennek a megoldásnak, hogy ezeket az abszorbereket nem lehet reprodukálhatóan előállítani, vagyis megfelelő számú, azonos tulajdonságú abszorber gyakorlatilag nem állítható elő. A sugárforrások sugárzási jellegének meghatározása a fent említett eljárástól, amely a kalorimetriás mérési eljáráson alapul, független. Erre a célra további ismert megoldások vannak kialakítva. A sugárzás divergenciájának a megállapítására egy lehetséges mód az, hogy a sugárzási keresztmetszet mentén egy mozgatható blendét helyezünk el, és ezzel osztjuk fel különböző területekre a sugárzás keresztmetszetét. Ilyen elrendezést ismertet például az US—PS 3 830 571 sz. vagy a DD—WP 147 153 sz. szabadalmi leírás. Ez a mérési elv, nevezetesen a sugárzási mező energiatartományának részekre való felosztása igen nagy időráfordítást igénylő komplikált mechanikai berendezéseket igénylő eljárás, és a blendének a mozgatása az egyes sugárimpulzusokhoz nem illeszhető megfelelően. A mérési hiba csökkentése céljából, amely mérési hiba a sugárforrás flktuációjából fakad, egy igen időrabló középérték képzésre van szükség. Ez gyakorlatban azt jelenti, hogy a sugárforrás pillanatnyi jóságának a megállapítása ezzel a módszerrel nem lehetséges. Az US 4029.162 sz. szabadalmi leírás egy optoelektronikus regisztráló berendezést ismertet, amelyben matricák segítségével lehet a sugárzás intenzitását változtatni, továbbá egyéb költséges és mindenképpen hibaforrásként szereplő eszközöket tartalmaz, ezen túlmenően pedig egy bonyolult elektronikus kiértékelő berendezést. A matrica ára igen magas. Az elektromágneses sugár regisztrálására ismertek még különféle fotoregisztrálási eljárások, ahol a megvilágított filmnek valamilyen fotometriai úton történő analízisét való5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
