Піроелектричний джоульметр імпульсного лазерного випромінювання
Описано конструкцію, принцип дії та основні характеристики вимірювача енергетичних параметрів імпульсного когерентного і некогерентного випромінювання нового покоління. Вимірювальна головка приладу перетворює сигнал піроелектричного сенсора і передає його безпосередньо в комп’ютер за допомогою USB-і...
Saved in:
| Published in: | Наука та інновації |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28137 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Піроелектричний джоульметр імпульсного лазерного випромінювання / В.Г. Душко, Л.В. Леваш, В.С. Лисенко, Ю.Г. Птушинський, В.С. Радько, О.А. Росновський, В.Б. Самойлов // Наука та інновації. — 2010. — Т. 6, № 5. — С. 50-54. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860115229731454976 |
|---|---|
| author | Душко, В.Г. Леваш, Л.В. Лисенко, В.С. Птушинський, Ю.Г. Радько, В.С. Росновський, О.А. Самойлов, В.Б. |
| author_facet | Душко, В.Г. Леваш, Л.В. Лисенко, В.С. Птушинський, Ю.Г. Радько, В.С. Росновський, О.А. Самойлов, В.Б. |
| citation_txt | Піроелектричний джоульметр імпульсного лазерного випромінювання / В.Г. Душко, Л.В. Леваш, В.С. Лисенко, Ю.Г. Птушинський, В.С. Радько, О.А. Росновський, В.Б. Самойлов // Наука та інновації. — 2010. — Т. 6, № 5. — С. 50-54. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наука та інновації |
| description | Описано конструкцію, принцип дії та основні характеристики вимірювача енергетичних параметрів імпульсного когерентного і некогерентного випромінювання нового покоління. Вимірювальна головка приладу перетворює сигнал піроелектричного сенсора і передає його безпосередньо в комп’ютер за допомогою USB-інтерфейсу. Наведені результати Державної метрологічної атестації приладу.
Описаны конструкция, принцип действия и основные характеристики измерителя энергетических параметров импульсного когерентного и некогерентного излучения нового поколения. Измерительная головка прибора преобразует сигнал пироэлектрического сенсора и передает его непосредственно в компьютер с помощью USB-интерфейса. Представлены результаты Государственной метрологической аттестации прибора.
The general arrangement, principle of operation and basic parameters of new generation of coherent and noncoherent radiation power and energy meters are described. A smart head of the meter converts the signal from the pyroelectric sensor and transfers it immediately to PC using a high-speed USB 2.0 interface. The results of the State metrological testing are presented.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:35:57Z |
| format | Article |
| fulltext |
50
Наука та інновації. 2010. Т. 6. № 5. С. 50—54.
© В.Г. ДУШКО, Л.В. ЛЕВАШ, В.С. ЛИСЕНКО,
Ю.Г. ПТУШИНСЬКИЙ, В.С. РАДЬКО,
О.А. РОСНОВСЬКИЙ, В.Б. САМОЙЛОВ, 2010
В.Г. Душко, Л.В. Леваш, В.С. Лисенко,
Ю.Г. Птушинський, В.С. Радько, О.А. Росновський, В.Б. Самойлов
Інститут фізики НАН України, Київ
ПІРОЕЛЕКТРИЧНИЙ ДЖОУЛЬМЕТР
ІМПУЛЬСНОГО ЛАЗЕРНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ
Описано конструкцію, принцип дії та основні характеристики вимірювача енергетичних параметрів імпульсного
когерентного і некогерентного випромінювання нового покоління. Вимірювальна головка приладу перетворює сиг-
нал піроелектричного сенсора і передає його безпосередньо в комп’ютер за допомогою USB-інтерфейсу. Наведені
результати Державної метрологічної атестації приладу.
К л ю ч о в і с л о в а: піроелектричний приймач, джоульметр, лазерне випромінювання, ІЧ-випромінювання.
Створення сенсорних пристроїв і метроло-
гічної бази для вимірювання енергетичних ха-
рактеристик електромагнітного випроміню-
вання є однією із ключових проблем, які ви-
значають розвиток сучасних наукомістких
технологій. Поряд із традиційними сферами
застосування вимірювачів некогерентного ви-
промінювання — спектрометрією, радіометрією,
пірометрією — особливого значення в останні
роки набула проблема вимірювання енерге-
тичних параметрів лазерного випромінюван-
ня. Актуальність цієї проблеми зумовлена
стрімким зростанням парку лазерних імпуль-
сних випромінювачів, що викликає нагальну
потребу в створенні нових робочих засобів для
атестації лазерів з розширеними енергетични-
ми характеристиками, до того ж сумісних із
сучасними комп’ютерними засобами обробки
інформації.
Нижче буде описано розроблений авторами
швидкодіючий вимірювач енергії імпульсу ла-
зерного випромінювання. Це — сучасний бага-
тофункціональний програмно-апаратний ви-
мірювальний комплекс на базі піроелектрич-
ного приймача випромінювання. Така струк-
тура вимірювача дала можливість у повному
обсязі реалізувати головні переваги піроелек-
тричного приймача порівняно з іншими те-
пловими та фотонними приймачами, а саме:
неселективність, швидкодію, великий дина-
мічний діапазон вимірювань та високу темпе-
ратурну стабільність. З іншого боку, неперерв-
на цифрова обробка сигналу дала змогу отри-
мувати додатково інформацію про часові па-
раметри цугу випромінювання та їх похідні:
частоту (період) повторення імпульсів та се-
редню потужність променю.
СТРУКТУРА ТА ФУНКЦІОНУВАННЯ ВИМІРЮВАЧА
ЕНЕРГІЇ ЛАЗЕРНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ
Вимірювач енергії призначений для прийо-
му імпульсного лазерного випромінювання,
перетворення його в електричні сигнали, а та-
кож для попередньої цифрової обробки цих
сигналів та передачі інформації в режимі ре-
ального часу в персональний комп’ютер (ПК)
для її подальшої обробки з метою одержання
результатів вимірювання енергії імпульсного
лазерного випромінювання.
51Наука та інновації. № 5, 2010
Наукові основи інноваційної діяльності
До складу вимірювача енергії входять:
піроелектричний чутливий елемент;
плата узгоджуючого підсилювача;
плата аналого-цифрового перетворювача
(АЦП);
корпус;
кабель зв’язку з ПК.
Структурна схема вимірювача енергії наве-
дена на рис. 1. Електричний сигнал, який гене-
рується піроелектричним чутливим елементом
3 подається на вхід узгоджуючого підсилювача
4. Підсилений до оптимального рівня імпуль-
сний сигнал через інструментальний підсилю-
вач зі змінним коефіцієнтом підсилення 6 по-
дається на аналоговий вхід АЦП 7, який вико-
нує аналого-цифрове перетворення миттєвих
значень сигналу. Під час роботи модуля цифро-
вої обробки сигналів коефіцієнт підсилення
встановлюється таким, щоб максимально під-
силити сигнал до рівня ±10 В (діапазон вхідно-
го сигналу АЦП), але не перевищити його (не
досягнути режиму насичення АЦП).
Сам вимірювач виконано у вигляді двох плат.
На платі узгоджуючого підсилювача 2 розмі-
щуються чутливий елемент 3, виконаний на
основі монокристалу LiTaO3, та сам узгоджую-
чий підсилювач 4 (див. рис. 2). Всі інші струк-
турні елементи розміщуються на платі аналого-
цифрового перетворювача 5, зовнішній вигляд
якої наведено на рис. 3.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1314
Рис. 1. Структурна схема вимірювача енергії: 1 — вимірювач енергії; 2 — плата узгоджуючого підсилювача; 3 — чут-
ливий елемент; 4 — узгоджуючий підсилювач; 5 — плата аналого-цифрового перетворювача; 6 — підсилювач інстру-
ментальний; 7 — аналого-цифрововий перетворювач; 8 — мікроконтролер; 9 — інтерфейс RS-232; 10 — з’єднувач ін-
терфейсу USB; 11 — кабель інтерфейсу USB; 12 — персональний комп’ютер; 13 — схема живлення; 14 — джерело
опорної напруги
Рис. 2. Зовнішній вигляд плати узгоджуючого підсилю-
вача з піроелектричним чутливим елементам
14
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
13
52 Наука та інновації. № 5, 2010
Наукові основи інноваційної діяльності
Керуючим елементом модуля цифрової об-
робки сигналів є мікроконтролер, який в про-
цесі вимірювання енергії лазерного випромі-
нювання виконує такі функції:
керування роботою АЦП та підсилювача ін-
струментального;
прийом даних від АЦП та їх попередня об-
робка в режимі реального часу;
підтримка інформаційного обміну з ПК по
інтерфейсу USB;
прийом та виконання команд, що надходять
від ПК в режимі реального часу;
подача даних в ПК в режимі реального часу.
Чутливий елемент піроелектричного прийма-
ча випромінювання виповнено з пластини тан-
талату літію з розмірами 11 × 11 × 0,1 мм та єм-
ністю 420 пФ. Поглинаючий електрод являє
собою суцільний тонкий шар ніхрому з поверх-
невим опором Rпов ≈ 190 Ом/квадрат. Нерівно-
мірність спектральної характеристики компен-
сується за допомогою програмного забезпечення.
ПРОГРАМНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ МОДУЛЯ
ЦИФРОВОЇ ОБРОБКИ СИГНАЛІВ
Програмне забезпечення (ПЗ) модуля циф-
рової обробки сигналів складається із систем-
ного та прикладного ПЗ. До складу системно-
го ПЗ модуля входять:
операційна система реального часу;
драйвер інтерфейсу USB.
До складу прикладного ПЗ модуля входять:
процес task_ep2_rx;
процес task_ep2_tx;
обробник апаратного переривання timer1_
int_func.
Рис. 3. Зовнішній вигляд плати аналого-цифрового пе-
ретворювача
Рис. 4. Структура ПЗ мо-
дуля цифрової обробки
сигналів
53Наука та інновації. № 5, 2010
Наукові основи інноваційної діяльності
Технічні характеристики вимірювачів ВЕП-1Л
№
пор.
Найменування параметрів та одиниці вимірювання
1 Спектральний діапазон імпульсного випромінювання, мкм 0,3÷15
2 Динамічний діапазон вимірювання енергії імпульсного випромінювання, Дж 3 · 10–6 ÷ 1 · 10–3
3 Верхня межа густини енергії (при тривалості імпульсу >45 нсек.), Дж/см2
5 · 10–3
4 Верхня межа середньої густини потужності, Вт/см2
2 · 10–1
5 Частота повторення імпульсів (не більше), Гц 2000
6 Тривалість імпульсу (не більше), с 10–5
7 Діаметр чутливого елемента, мм 10
8 Матеріал чутливого елемента LiTaO3
9 Основна відносна похибка вимірювання енергії, % 10
10 Основна відносна похибка вимірювання середньої потужності, % 10
11 Тип інформаційного інтерфейсу для зв’язку з персональним комп’ютером USB 2.0
12 Напруга живлення, В +5
13 Потужність, що споживається по інтерфейсу USB (не більше), Вт 0,5
14 Температура навколишнього повітря під час роботи вимірювача, °С +5 ÷ +40
15 Відносна вологість навколишнього повітря під час роботи вимірювача (не більше), % 95
16 Габаритні розміри вимірювача (діаметр, висота), мм ø 100 × 60
17 Маса вимірювача (не більше), кг 0,4
подача результатів виконаних розрахун ків та
проміжних даних на ПК по інтер фей су USB.
Процес task_ep2_rx виконує прийом та керу-
вання виконанням команд, що надходять від ПК.
Структура ПЗ модуля цифрової обробки сиг-
налів зображена на рис. 4. Використання опера-
ційної системи реального часу надає достатню
кількість системних сервісів. Це дає можливість
зручно структурувати прикладне ПЗ у вигляді
незалежних процесів, що можуть виконуватися
паралельно із наперед заданими пріоритетами та
взаємодіяти між собою потрібним чином (синх-
ронізувати роботу один одного, обмінюватися да-
ними, приймати та відправляти дані на ПК).
Драйвер послідовного інтерфейсу USB реа-
лізує стандартний комунікаційний інтерфейс
USB 2.0, який забезпечує обмін даними між
модулем цифрової обробки сигналів та персо-
нальним комп’ютером.
Прикладне ПЗ модуля цифрової обробки
сигналів використовує сервіси операційної
системи та реалізовує такі функції:
прийом команд та даних від ПК по інтер-
фейсу USB;
керування виконанням команд;
прийом потоку даних від АЦП;
проміжне накопичення даних, отриманих
від АЦП, виконання розрахунків;
Рис. 5. Вікно «Вимірювання». Загальний вигляд
Рис. 6. Вимірювач ВЕП-1Л з підключеним комп’ютером
54 Наука та інновації. № 5, 2010
Наукові основи інноваційної діяльності
Обробник апаратного переривання timer1_int_
func безпосередньо керує роботою АЦП. Процес
task_ep2_tx виконує прийом потоку даних, що
надходять від АЦП, проміжне накопичення даних,
проведення розрахунків та подачу результатів
на ПК за допомогою драйвера інтерфейсу USB.
ПРОГРАМНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ПК
Програмне забезпечення ПК функціонує на
апаратній платформі типу IBM PC-AT під ке-
руванням операційної системи Windows XP та
виконує такі функції:
інформаційна взаємодія із модулем цифро-
вої обробки сигналів, видача команд та па-
раметрів вимірювання, прийом результатів
вимірювання;
візуалізація результатів вимірювання;
зберігання результатів вимірювання;
зберігання параметрів вимірювання,
введення, редагування та зберігання калі-
бровочної інформації.
Інтерфейс ПЗ ПК складається з трьох вікон:
«Вимірювання», «Параметри», «Графіки».
Загальний вигляд вікна «Вимірювання» та
призначення елементів керування зображені на
рис. 5. Результати вимірювання енергії, серед-
ньої потужності та частоти слідування імпульсів
випромінювання у цифровому вигляді відобра-
жаються в означених місцях вікна. При відобра-
женні розмірності енергії та середньої потуж-
ності динамічно відображаються префікси сис-
теми одиниць CI (наприклад, мкДж, кДж, мВт).
Загальний вигляд вимірювача енергії ВЕП-1Л з
підключеним комп’ютером наведено на рис. 6.
Технічні характеристики створених вимі-
рювачів ВЕП-1Л наведені в таблиці.
Перевірка та підтвердження основних ме-
трологічних характеристик вимірювачів про-
водилася в Національному науковому центрі
«Інститут метрології» Державного комітету
України з питань технічного регулювання та
споживчої політики. За результатами метроло-
гічної атестації ННЦ «Інститут метрології» 2
грудня 2009 року видав свідоцтво про держав-
ну метрологічну атестацію на вимірювач енер-
гії імпульсного лазерного випромінювання
ВЕП-1Л. Цим свідоцтвом вимірювачі енергії
імпульсного лазерного випромінювання ВЕП-
1Л визнано такими, що відповідають вимогам
ДСТУ 3539-97 і допускаються до застосування
як робочі засоби вимірювальної техніки.
Роботу проведено в рамках проекту Міжві-
домчої ради з наукового приладобудування при
Президії НАН України «Розробка та виготов-
лення приладу для вимірювання енергетичних
характеристик когерентного та некогерентно-
го випромінювання» згідно з розпорядженням
Пре зидії НАН України № 99 від 15.02.2007 р.
В.Г. Душко, Л.В. Леваш, В.С. Лысенко, Ю.Г. Птушинский,
В.С. Радько, О.А. Росновский, В.Б. Самойлов
ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДЖОУЛЬМЕТР
ИМПУЛЬСНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Описаны конструкция, принцип действия и основные
характеристики измерителя энергетических параметров
импульсного когерентного и некогерентного излучения
нового поколения. Измерительная головка прибора пре-
образует сигнал пироэлектрического сенсора и передает
его непосредственно в компьютер с помощью USB-ин-
терфейса. Представлены результаты Государственной
метрологической аттестации прибора.
Ключевые слова: пироэлектрический приемник, джо-
ульметр, лазерное излучение, ИК-излучение.
V.G. Dushko, L.V. Levash, V.S. Lysenko, Yu.G. Ptushinsky,
V.S. Rad’ko, O.A. Rosnovsky, V.B. Samoylov
PYROELECTRIC JOULEMETER OF IMPULSE
LASER RADIATION
The general arrangement, principle of operation and basic pa-
rameters of new generation of coherent and noncoherent radia-
tion power and energy meters are described. A smart head of the
meter converts the signal from the pyroelectric sensor and trans-
fers it immediately to PC using a high-speed USB 2.0 interface.
The results of the State metrological testing are presented.
Key words: pyroelectric detector, joulemeter, laser ra-
diation, IR-radiation.
Надійшла до редакції 25.05.10
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-28137 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1815-2066 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:35:57Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Душко, В.Г. Леваш, Л.В. Лисенко, В.С. Птушинський, Ю.Г. Радько, В.С. Росновський, О.А. Самойлов, В.Б. 2011-10-29T14:16:40Z 2011-10-29T14:16:40Z 2010 Піроелектричний джоульметр імпульсного лазерного випромінювання / В.Г. Душко, Л.В. Леваш, В.С. Лисенко, Ю.Г. Птушинський, В.С. Радько, О.А. Росновський, В.Б. Самойлов // Наука та інновації. — 2010. — Т. 6, № 5. — С. 50-54. — укр. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin6.05.050 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28137 Описано конструкцію, принцип дії та основні характеристики вимірювача енергетичних параметрів імпульсного когерентного і некогерентного випромінювання нового покоління. Вимірювальна головка приладу перетворює сигнал піроелектричного сенсора і передає його безпосередньо в комп’ютер за допомогою USB-інтерфейсу. Наведені результати Державної метрологічної атестації приладу. Описаны конструкция, принцип действия и основные характеристики измерителя энергетических параметров импульсного когерентного и некогерентного излучения нового поколения. Измерительная головка прибора преобразует сигнал пироэлектрического сенсора и передает его непосредственно в компьютер с помощью USB-интерфейса. Представлены результаты Государственной метрологической аттестации прибора. The general arrangement, principle of operation and basic parameters of new generation of coherent and noncoherent radiation power and energy meters are described. A smart head of the meter converts the signal from the pyroelectric sensor and transfers it immediately to PC using a high-speed USB 2.0 interface. The results of the State metrological testing are presented. Роботу проведено в рамках проекту Міжвідомчої ради з наукового приладобудування при Президії НАН України «Розробка та виготовлення приладу для вимірювання енергетичних характеристик когерентного та некогерентного випромінювання» згідно з розпорядженням Президії НАН України № 99 від 15.02.2007 р. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Наука та інновації Наукові основи інноваційної діяльності Піроелектричний джоульметр імпульсного лазерного випромінювання Пироэлектрический джоульметр импульсного лазерного излучения Pyroelectric joulemeter of impulse laser radiation Article published earlier |
| spellingShingle | Піроелектричний джоульметр імпульсного лазерного випромінювання Душко, В.Г. Леваш, Л.В. Лисенко, В.С. Птушинський, Ю.Г. Радько, В.С. Росновський, О.А. Самойлов, В.Б. Наукові основи інноваційної діяльності |
| title | Піроелектричний джоульметр імпульсного лазерного випромінювання |
| title_alt | Пироэлектрический джоульметр импульсного лазерного излучения Pyroelectric joulemeter of impulse laser radiation |
| title_full | Піроелектричний джоульметр імпульсного лазерного випромінювання |
| title_fullStr | Піроелектричний джоульметр імпульсного лазерного випромінювання |
| title_full_unstemmed | Піроелектричний джоульметр імпульсного лазерного випромінювання |
| title_short | Піроелектричний джоульметр імпульсного лазерного випромінювання |
| title_sort | піроелектричний джоульметр імпульсного лазерного випромінювання |
| topic | Наукові основи інноваційної діяльності |
| topic_facet | Наукові основи інноваційної діяльності |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28137 |
| work_keys_str_mv | AT duškovg píroelektričniidžoulʹmetrímpulʹsnogolazernogovipromínûvannâ AT levašlv píroelektričniidžoulʹmetrímpulʹsnogolazernogovipromínûvannâ AT lisenkovs píroelektričniidžoulʹmetrímpulʹsnogolazernogovipromínûvannâ AT ptušinsʹkiiûg píroelektričniidžoulʹmetrímpulʹsnogolazernogovipromínûvannâ AT radʹkovs píroelektričniidžoulʹmetrímpulʹsnogolazernogovipromínûvannâ AT rosnovsʹkiioa píroelektričniidžoulʹmetrímpulʹsnogolazernogovipromínûvannâ AT samoilovvb píroelektričniidžoulʹmetrímpulʹsnogolazernogovipromínûvannâ AT duškovg piroélektričeskiidžoulʹmetrimpulʹsnogolazernogoizlučeniâ AT levašlv piroélektričeskiidžoulʹmetrimpulʹsnogolazernogoizlučeniâ AT lisenkovs piroélektričeskiidžoulʹmetrimpulʹsnogolazernogoizlučeniâ AT ptušinsʹkiiûg piroélektričeskiidžoulʹmetrimpulʹsnogolazernogoizlučeniâ AT radʹkovs piroélektričeskiidžoulʹmetrimpulʹsnogolazernogoizlučeniâ AT rosnovsʹkiioa piroélektričeskiidžoulʹmetrimpulʹsnogolazernogoizlučeniâ AT samoilovvb piroélektričeskiidžoulʹmetrimpulʹsnogolazernogoizlučeniâ AT duškovg pyroelectricjoulemeterofimpulselaserradiation AT levašlv pyroelectricjoulemeterofimpulselaserradiation AT lisenkovs pyroelectricjoulemeterofimpulselaserradiation AT ptušinsʹkiiûg pyroelectricjoulemeterofimpulselaserradiation AT radʹkovs pyroelectricjoulemeterofimpulselaserradiation AT rosnovsʹkiioa pyroelectricjoulemeterofimpulselaserradiation AT samoilovvb pyroelectricjoulemeterofimpulselaserradiation |