UA61635A

UA61635A - Optical radiation dosimeter

Info

Publication number: UA61635A
Application number: UA2003032423A
Authority: UA
Inventors: Mykhailo Oleksandrovy Bezuglyi; Tetiana Redzhynaldivna Klochko; Grygorii Semenovych Tymchyk; Anatolii Tymofiiovyc Tsygankov
Original assignee: Nat Tech Univ Kyiv Polytech
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2003-11-17

Abstract

The proposed optical radiation dosimeter contains a photometric unit and a measuring unit. The photometric unit is coupled optically and mechanically with an optical radiation source. The internal cavity of the photometric unit is designed as an ellipsoid of rotation with a mirror surface. One of the focal planes of the unit constitutes the plane of contact with the tested surface. In the second focal plane, a photoreceiver is installed. Along the axis of the photoreceiver, an emitter and a planar reflector are arranged. The reflector is positioned at the middle part of the photometric unit.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до оптичних пристроїв для вимірювання коефіцієнту дифузного відбиття та може бути 2 використаний для вимірювання коефіцієнту дифузного відбиття як будь-якого технічного зразка, так і матеріалів біомедичного походження.The invention relates to optical devices for measuring the diffuse reflectance coefficient and can be used to measure the diffuse reflectance coefficient of any technical sample and materials of biomedical origin.

Відомий пристрій для визначення відбиваючої здатності матеріалів (А.с. 1286965 СССР від 12.03.85, (501М21/55), який містить джерело та приймач випромінювання з реєструючою апаратурою, волоконні хвилеводи: вимірювальний та освітлювальний, котрі примикають одним зі своїх торців відповідно до приймача 70 випромінювання та джерела випромінювання, а інші торці джгутів суміщені таким чином, що волокна освітлювального джгута хвилеводу розміщені коаксіально по відношенню до волокон вимірювального джгута хвилеводу, при цьому торець освітлювального джгута виконаний у вигляді полого конусу з твірною, розміщеною під кутом Брюстера по відношенню до напряму укладки волокон джгута, а поверхня торця вимірювального джгута хвилеводу виконана у вигляді ввігнутої поверхні з радіусом кривизни, котрий створює на торці кожного 72 волокна хвилеводу кут Брюстера для відбитого випромінювання.A known device for determining the reflectivity of materials (A.s. 1286965 USSR dated 12.03.85, (501М21/55), which contains a source and a receiver of radiation with recording equipment, fiber waveguides: measuring and illuminating, which adjoin one of their ends in accordance with the radiation receiver 70 and the radiation source, and the other ends of the bundles are combined in such a way that the fibers of the illuminating waveguide bundle are placed coaxially with respect to the fibers of the measuring waveguide bundle, while the end of the illuminating bundle is made in the form of a hollow cone with the generator placed at a Brewster angle with respect to the direction of laying the fibers of the bundle, and the end surface of the measuring waveguide bundle is made in the form of a concave surface with a radius of curvature that creates a Brewster angle for reflected radiation at the end of each 72 waveguide fiber.

Недоліком аналогу є втрати інформаційного сигналу в волоконних хвилеводах та внаслідок ефектів багатократного розсіяння від ділянки досліджуваної поверхні, обмежені сервісні функції, викликані відсутністю індикації поточних результатів вимірювання, їх запам'ятовування, а також неможливість плинного автоматизованого аналізу поверхні.The disadvantage of the analogue is the loss of the information signal in the fiber waveguides and due to the effects of multiple scattering from the area of the examined surface, limited service functions caused by the lack of indication of current measurement results, their memorization, as well as the impossibility of continuous automated analysis of the surface.

Найбільш близьким по технічній суті до запропонованого є пристрій для неінвазивної оптичної діагностики матеріалів біомедичного походження (Патент 33078 України, від 15.02.2001, «301М421/47, 21/55), який містить джерело та приймач оптичного випромінювання з реєструючою апаратурою, фотометричну головку, що оптично і непорушно з'єднана з джерелом оптичного випромінювання, а її електрична система з'єднана з контрольно-вимірювальною системою у складі мікроконтролера і персонального комп'ютера, джерело оптичного випромінювання встановлене безпосередньо у вхідному отворі фотометричної головки, внутрішня порожнина « якої покрита зразковим засобом дифузного відбивання, а приймач, встановлений на стінці інтегрувальної сферичної порожнини на осі перпендикулярній до осі зондуючого випромінювання, відділений оптично від світлової плями робочого отвору непрозорим білим екраном, причому робочий отвір сферичної порожнини розташовано на одній осі з вхідним отвором. оThe device for non-invasive optical diagnostics of biomedical materials (Patent 33078 of Ukraine, dated 15.02.2001, "301M421/47, 21/55"), which contains a source and receiver of optical radiation with recording equipment, a photometric head, is the closest in terms of technical substance to the proposed one. which is optically and permanently connected to the source of optical radiation, and its electrical system is connected to the control and measurement system consisting of a microcontroller and a personal computer, the source of optical radiation is installed directly in the entrance hole of the photometric head, the inner cavity of which is covered with an exemplary by means of diffuse reflection, and the receiver, installed on the wall of the integrating spherical cavity on an axis perpendicular to the axis of the probing radiation, is separated optically from the light spot of the working hole by an opaque white screen, and the working hole of the spherical cavity is located on the same axis as the entrance hole. at

Недоліком вказаного прототипу є обмежений спектральний діапазон роботи пристрою, викликаний се обмеженістю діапазону довжин хвиль, в якому можна використати покриття сферичної порожнини фотометричної головки з високим коефіцієнтом відбиття та приймачі зі значною чутливістю. ее,The disadvantage of this prototype is the limited spectral range of the device, caused by the limitation of the range of wavelengths in which it is possible to use the coating of the spherical cavity of the photometric head with a high reflection coefficient and receivers with significant sensitivity. eh

В основу винаходу поставлена задача вдосконалення пристрою для оптичного дозування випромінювання «-- шляхом використання фотометричної головки, внутрішня поверхня якої являє собою дзеркальну порожнину з 3о поверхнею еліпсоїда обертання, в середині якої розміщене плоске дзеркало, що розширює спектральний ее, діапазон роботи пристрою до 2мкм та вище.The basis of the invention is the task of improving the device for optical dosing of radiation "-- by using a photometric head, the inner surface of which is a mirror cavity with a 3o surface of an ellipsoid of rotation, in the middle of which there is a flat mirror that expands the spectral ee, the operating range of the device up to 2μm and above.

Поставлена задача вирішується тим, що в дозиметрі оптичного випромінювання, що містить фотометричну головку, що оптично і непорушно з'єднана з джерелом оптичного випромінювання, а її електрична система « з'єднана з контрольно-вимірювальною системою, приймач оптичного випромінювання з реєструючою З 70 апаратурою, новим є те, що внутрішня поверхня фотометричної головки являє собою дзеркальну порожнину з с поверхнею еліпсоїда обертання, одна з його фокальних площин е площиною контакту з досліджуваною з» поверхнею, а в другій - розміщено приймач оптичного випромінювання, причому джерело оптичного випромінювання оптично зв'язане з досліджуваною поверхнею за допомогою оптичного елемента та плоского дзеркала, розміщеного в середині еліпсоїда обертання.The task is solved by the fact that in the optical radiation dosimeter, which contains a photometric head that is optically and permanently connected to the source of optical radiation, and its electrical system is connected to the control and measurement system, the receiver of optical radiation with recording equipment , the new thing is that the inner surface of the photometric head is a mirror cavity with the surface of an ellipsoid of rotation, one of its focal planes is the plane of contact with the examined surface, and in the second - the receiver of optical radiation is placed, and the source of optical radiation is optically connected connected to the investigated surface using an optical element and a flat mirror placed in the middle of the ellipsoid of rotation.

Підвищення ефективності дозиметру оптичного випромінювання досягається тим, що в пристрої, який б пропонується порожнина фотометричної головки є дзеркалом з поверхнею еліпсоїду обертання, в фокальних - площинах якого розміщені відповідно досліджуваний об'єкт та приймач випромінювання, що дозволяє концентрувати відбите випромінювання з довжиною хвилі 2мкм та вище на приймачі випромінювання з більшою б ефективністю ніж у прототипу. со 20 Сутність винаходу ілюструється кресленням (Фіг.) функціональної структурної схеми дозиметру оптичного випромінювання. сл Джерело 1 оптичного випромінювання непорушно з'єднане з фотометричною головкою (ФГ) 2, до складу якої входять оптичний елемент З і два дзеркала: плоске 4 та з поверхнею еліпсоїда обертання 6, причому джерело 1 оптичного випромінювання розташовано на одній оптичній осі з оптичним елементом З та плоским дзеркалом 4, 29 розміщеним в середині еліпсоїда обертання. Фотометричну головку 2 виробляють з необхідними в. конструктивними параметрами, виходячи з вирішуваних завдань. Оптично прозора кришка 7 закриває поверхню контакту фотометричної головки 2 з досліджуваною поверхнею 5, захищаючи внутрішні поверхні ФГ 2 від забруднення, і в разі необхідності знімається. Первинну обробку сигналу з приймача 8 оптичного випромінювання здійснює мікроконтролер 9, що системно поєднаний з мікропроцесором 10 та блоком пам'яті 11, 60 результат обробки інформації в якому відображається на індикаторі 12. Живлення джерела 1 оптичного випромінювання, приймача 8 оптичного випромінювання, МК 9, МП 10, БП 11 та індикатора 12 здійснюється від джерела 13 енергії (ДЕ). Використання у складі контрольно-вимірювальної апаратури мікроконтролера 9, мікропроцесора 10, блоку пам'яті 11 та індикатора 12 дозволяє виготовити цей пристрій як єдиний автономний прилад. бо Запропонований пристрій працює у такій послідовності. Світловий потік від джерела 1 оптичного випромінювання направляють у ФГ 2 через оптичний елемент З і за допомогою плоского дзеркала 4 спрямовують на досліджувану поверхню 5(зразок), яка знаходиться в одній з фокальних площин еліпсоїдного дзеркала 6. Дифузно відбите зразком світло падає на поверхню еліпсоїдного дзеркала б та збирається в другому фокусі, в котрому розміщений приймач 8 оптичного випромінювання, зумовлюючи виникнення у ньом відповідного фотоструму.The increase in the efficiency of the optical radiation dosimeter is achieved by the fact that in the proposed device, the cavity of the photometric head is a mirror with the surface of an ellipsoid of rotation, in the focal planes of which the object under investigation and the radiation receiver are located, respectively, which allows to concentrate the reflected radiation with a wavelength of 2 μm and higher on the radiation receiver with greater efficiency than in the prototype. so 20 The essence of the invention is illustrated by a drawing (Fig.) of a functional structural diagram of an optical radiation dosimeter. sl The source 1 of optical radiation is permanently connected to the photometric head (FG) 2, which includes the optical element C and two mirrors: flat 4 and with the surface of the ellipsoid of rotation 6, and the source 1 of optical radiation is located on the same optical axis as the optical element With a flat mirror 4, 29 placed in the middle of the ellipsoid of rotation. Photometric head 2 is produced with the necessary constructive parameters, based on the tasks to be solved. The optically transparent cover 7 covers the contact surface of the photometric head 2 with the examined surface 5, protecting the internal surfaces of the FG 2 from contamination, and can be removed if necessary. The primary processing of the signal from the optical radiation receiver 8 is carried out by the microcontroller 9, which is systemically connected to the microprocessor 10 and the memory unit 11, 60 the result of information processing, which is displayed on the indicator 12. The power supply of the optical radiation source 1, the optical radiation receiver 8, MK 9, MP 10, BP 11 and indicator 12 are powered by energy source 13 (DE). The use of a microcontroller 9, a microprocessor 10, a memory block 11 and an indicator 12 as part of the control and measurement equipment allows you to manufacture this device as a single autonomous device. because the proposed device works in the following sequence. The light flux from the source 1 of optical radiation is sent to the FG 2 through the optical element C and with the help of a plane mirror 4 is directed to the investigated surface 5 (sample), which is located in one of the focal planes of the ellipsoidal mirror 6. The light diffusely reflected by the sample falls on the surface of the ellipsoidal mirror b and is collected in the second focus, in which the receiver 8 of optical radiation is placed, causing the corresponding photocurrent to appear in it.

Далі інформаційний сигнал надходить на мікроконтролер 9, де після підсилення та аналоге цифрового перетворення обробляється та передається у мікропроцесор 10. У мікропроцесорі він оброблюється і порівнюється з даними, які зберігаються у блоці пам'яті 11. Потім результуючий сигнал відображається на індикаторі 12, який розміщений на зовнішній стороні пристрою, у вигляді цифрової індикації.Next, the information signal is sent to the microcontroller 9, where, after amplification and analog-to-digital conversion, it is processed and transmitted to the microprocessor 10. In the microprocessor, it is processed and compared with the data stored in the memory block 11. Then the resulting signal is displayed on the indicator 12, which is placed on the outside of the device, in the form of a digital display.

70 Змінюючи розміри ФГ та дані, які зберігаються у БП, можна застосовувати дозиметр оптичного випромінювання для вимірювання коефіцієнту відбиття багатошарових діелектричних дзеркал, металічних поверхонь, покриттів на теплозахисних матеріалах, а також для діагностики різних травм та поверхневих захворювань живих біологічних тканин.70 By changing the dimensions of the FG and the data stored in the BP, the optical radiation dosimeter can be used to measure the reflection coefficient of multilayer dielectric mirrors, metal surfaces, coatings on heat-shielding materials, as well as to diagnose various injuries and surface diseases of living biological tissues.

Claims

19 Formula of the invention Optical radiation dosimeter, which contains a photometric head that is optically and immovably connected to the source of optical radiation, and its electrical system is connected to the control and measurement system, an optical radiation receiver with recording equipment, which differs in that the internal the surface of the photometric head is a mirror cavity with the surface of an ellipsoid of rotation, one of its focal planes is the plane of contact with the surface under investigation, the receiver of optical radiation is placed in the second, and the source of optical radiation is located on one optical axis with an optical element and a flat mirror placed in the middle ellipsoid of rotation. « iv) so (Se) «- (Se)

- and? (22) - (22) (95) sl 60 b5