автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Исследование воздействия ультрафиолетового излучения на материальные объекты, методы его измерения и устройства регистрации

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ТОЧНОЙ МЕХАНИКИ И ОПТИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Р Г В од

1 О Ф£В 1998 На правах рукописи

Томский Константин Абрамович

УДК 535.63; 621381; 536.5

Исследование воздействия ультрафиолетового излучения на материальные объекты, методы его измерения и устройства регистрации

Специальность : 05.11.07 - оптические и оптико-электронные приборы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г.Санкт-Петербург 1998

Работа выполнена в научно-техническом предприятии «ТКА»

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Афанасьев В.П.

кандидат физико-математических наук Иванов Ю.В.

Ведущее предприятие: НИИ «Гириконд»

Защита состоится /У февраля 1998 г. в /г- на заседании диссертационного совета Д 053.26.01 при Санкт-Петербургском государственном институте точной механики и оптики (технический университет) по адресу : 197101, г.Санкт-Петербург, ул.Саблинская, д.14.

Автореферат разослан. 1998 г. Ваши отзывы и замечания по

автореферату просим направлять по адресу : 197101, Санкт-Петербургский государственный институт точной механики и оптики (технический университет), ул.Саблинская, д.14, ученому секретарю диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

•М.Красавцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРСТИКА РАБОТЫ Актуальность и основные цеди работы

Фундаментальные исследования в области оптики, создание новых оптических материалов, элементов и покрытий, научно-технические разработки оптического приборостроения не могут обходиться без измерений, результаты которых выражены в узаконенных единицах, а погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Вновь разрабатываемые оптические устройства, их узлы и элементы, методы измерений и испытаний обязаны пройти экспериментальные исследования для определения степени их соответствия установленным правилам и нормам метрологии.

В последнее время значительно возрос интерес к исследованиям физиологической эффективности оптического излучения, разработке научно-обоснованных основ комфортной световой среды, стремительно развивается «системный световой дизайн», все большее значение придается экологическим аспектам оптического и, в первую очередь, ультрафиолетового (УФ) облучения.

Потребность многочисленных служб охраны труда и санитарно-эпидемеологического надзора, научных и производственных лабораторий, институтов и учреждений культуры в метрологически аттестованных рабочих средствах измерения в настоящее время не удовлетворяется. Морально и физически устаревшие отдельные образцы УФ радиометров и значительный парк выпускавшихся до 1992 года отечественных люксметров не может быть использован в современных технических измерениях.

Поэтому исследования в области УФ излучения, создание средств его измерения и повышение качества и надежности измерений являются весьма актуальными задачами.

Целью работы является исследование воздействия УФ излучения на материальные объекты и разработка методов и средств измерения его параметров.

Для достижения этой дели требовалось решить следующие задачи:

- создать однозначные способы оценки качества измерений УФ излучения;

- обосновать возможность надежного и достоверного измерения УФ излучения разного спектрального состава;

- существенно уменьшить погрешности, повысить надежность и обеспечить единообразие измерений УФ излучения;

- изучить влияние оптического излучения на материальные объекты и определить светостойкость музейных и библиотечных материалов под воздействием УФ облучения;

- создать простые и надежные устройства для регистрации УФ излучения.

Научная новизна исследований

- теоретически обоснована и экспериментально опробована мера спектральной УФ эффективности, позволяющая однозначно определять энергетические параметры излучения от источников разного спектрального состава;

- разработаны оригинальные средства измерения УФ излучения, получившие практическую реализацию в новейших радиометрах, включенных в госреестр средств измерений РФ;

- созданы действующие установки для обеспечения и налажена метрика УФ излучения в ближней области спектра;

- впервые предложен способ оценки качества корригирования физического приемника, позволяющий снизить погрешность измерений до 3%;

- установлена возможность определения уровня энергии УФ облучения, при котором начинается изменение цветности и цветопередачи материалов в зависимости от их светостойкости;

- разработай метод измерения коэффициента поглощения УФ излучения кожей человека и создан универсальный прибор для реализации этого метода;

- создай унифицированный ряд высокоточных, прямоотсчетных фотометров, радиометров и дозиметров с расширенными функциональными возможностями.

Основные научные положения и результаты выносимые на защиту:

1. Надежное и достоверное измерение УФ излучения обеспечивается введением эффективных УФ величин.

2. Взаимная корреляция энергетической экспозиции, спектрального состава воздействующего излучения и чувствительности к излучению искусственных и природных материалов позволяет определить безопасный перазрушающин уровень облучения.

3. Энергия УФ излучения может быть оценена с необходимой для многих практических задач степенью достоверности способом нидикации уровня воздействия.

4. Коэффициент экстинции определяет комфортные условия нахождения человеческого организма при действии на него оптической радиации в обуславливает выбор индивидуальных защитных средств.

5. Создан ряд измерителей оптического излучения, удовлетворяющил всем современным метрологическим, техническим и эксплуатационным требованиям, в том числе, сернйио выпускаются двухканальиый фотометр и комбинированный УФ радиометр/люксметр, которьк включены в госреестр средств измерений Российской Федерации.

Апробация работы.

Основные результаты и научные положения, представленные в диссер-гацин, докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах :

- Всероссийской Конференции «Оптика,Стекло,Лазеры-95», СПб, 1995г.

- международной конференции «Физическая метрология», СПб, 1996г.

- международном семинаре «Оптика, Инновация-96» на Лейпцигско! инновационной ярмарке , Лейпциг, 1996г.

- международной конференции «Управление продукционным лpoцecco^ растений в регулируемых условиях», СПб, 1996г.

- XI научно-технической конференции «Фотометрия и ее метрологиче ское обеспечение»,Москва, 1996г.

- международных конференциях «Безопасность музеев», Новгород, 1993г., Москва 1994г., Киров, 1995г.

- международных 1-Ш светотехнических конференциях, Ленинград, -Суздаль, 1995г., Новгород, 1997г.

- Всероссийском семинаре «Безопасность библиотек и библиотечных фондов» , СПб, 1997г.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 8 научных работ. Структура и обьем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Объем работы составляет 128 страниц, включая 29 рисунков. Список литературы содержит 101 наименование.

Содержание работы

Во введении диссертации отмечается ее актуальность, цель работы, основные научные положения, выносимые на защиту и научная новизна.

Первая глава диссертации посвящена аналитическому обзору современных методов и средств измерения в области спектра 0,2...1,1 мкм. Отмечается возрастающая потребность в фотометрии видимого и УФ излучения, а также специфика измерения УФ излучения, обсуждаются проблемы метрологического обеспечения измерений биоэффективных величин. Приведены краткие характеристики и особенности приемников излучения, используемых при измерении параметров УФ излучения. Приведена информация об устройствах для ослабления оптического излучения, в частности, не меняющие состояния поляризации и полностью его деполяризующие.

Рассмотрены три способа коррекции спектральной характеристики фотоприемников за счет использования светофильтров : способ аддитивного поглотителя, субстрактивный способ и способ, основанный на синтезе первых двух. Приведены краткие характеристики источников излучения, используемых при фотометрических измерениях.

Особый раздел первой главы составляют материалы по источникам УФ излучения. Приведена их классификация в соответствии с их биологическим воздействием на материальные объекты.

Приведены результаты анализа литературных источников, посвященных воздействию УФ излучения на материальные объекты, в частности на музейные материалы и экспонаты. По результатам анализа, приведенного в первой главе обозначены задачи последующего исследования, сформулированные выше.

Во второй главе работы рассмотрены физические основы единообразия средств и единства измерений оптического излучения. Приведены методики измерений абсолютной и относительной спектральной чувствительности фотоприемных у строиств, отступления от линеииости ватт-амперной и световой характеристики фотоприемников, стабильности и воспроизводимости источников излучения, приборов п их элементов. При этом приводятся схемы измерений и описания экспериментальных установок с анализом методической и приборной погрешности. Все из-

мереиия, исследования и обработка результатов проводились с использованием компьютерной техники (IBM PC), а расчеты осуществлялись в оперативной системе MS DOS, Excel и Windows.

В процессе работы были опробованы фотоприемники: фотоэлементы с многощелочными фотокатодами, фотоумножители с теллурнд-цезиевыми фотокатодами, фотодиоды: фосфид-галлиевые, арсенид-галлиевые, карбид-кремниевые и на основе гидрогенизированиого аморфного кремния a-Si:H . Абсолютная спектральная чувствительность перечисленных типов фотонриемннков представлена на рис. 1, на котором также приведена теоретическая кривая спектральной чувствительности фотоприемника при квантовом выходе, равном единице.

Рис.1.Абсолютная спектральная чувствительность исследуемых фотоприемников.

Исходя из требования по значению абсолютной спектральной чувствительности, линейности фотоответа на падающее излучение, стабильности и малости темпового тока, для построения фотометров и радиометров рекомендуется выбирать чувствительные в УФ области спектра СаР фотодиоды, а для видимой - в! фотодиоды. Эти фотодиоды обеспечивают линейность ватт-амперной характеристики при перепаде освещенности на их чувствительных элементах до 107 раз /кремний/ и 105 ра: /фосфид-галлий/, темповой ток - .меньше 10~7 А, неравномерность чувст вительности по площади близкую к 1%, наименьшее значение измеряе мого потока до 10"1в Вт. При этом не требуется электрического пнташп и относительная спектральная чувствительность корригируется под от ноептельную спектральную эффективность излучения несложным!

приемами с помощью стандартных цветных стекол. Вакуумные фотоэлементы, фотоумножители и карбид-кремниевые фотодиоды пока в обо-шаченной области спектра в качестве измерительных служить не могут, ввиду ограничения линейности, большого темпового тока и необходимости источника питания.

Единственным недостатком указанных фотодиодов (присущим, впрочем, всем рассмотренным приемникам, исследуемым в данной работе) является селективность чувствительности, т. е. зависимость спектральной чувствительности от длины волны падающего излучения. Это не может служить препятствием при проведении спектральных измерений, особенно при использовании метода равноспектральной фотометрии. По этой причине объективная оценка энергетических параметров ионохроматического излучения в области спектра 0,2 ... 1,1 мкм на сегодняшний день осуществляется селективными по спектру высокостаби-зизированными приемниками излучения.

Для получении достоверных и надежных результатов измерений интегрального потока излучения предлагается ввести понятие эффектив-юго УФ потока по аналогии со световым потоком. Но, если в видимой ■ асти спектра действует мощная система световых величин, основанная ia относительной спектральной световой эффективности (чувствительность глаза), то в УФ области предлагается следующее.

Известны кривые относительной спектральной УФ эффективности, тринятые в виде табулированных значений международной комиссией ю освещению (МКО). Три из одиннадцати подобных кривых (Rilling of >acteria - ba, Erythema - er, Direct Pigmentation - pi) изображены на рис. t, на котором, кроме того, показано относительное спектральное рас-■ределение излучения Солнца на поверхности Земли, лампы накалива-п1 я при цветовой температуре 2856К и черного тела при 3200 К и излу-|ение дейтериевой лампы Д11К-90.

Уменьшение погрешности измерения интегрального УФ излучения 10жет быть достигнуто введением эффективной оценки облученности с юмощью условного приемника, относительная спектральная чувстви-ельность которого нормируется как образцовая УФ эффективность. В :ачестве относительной УФ эффективности предлагается использовать J (X), соответствующую относительной эффективности Direct Pigmcnta-ion (табулированные значения приведены в диссертации).

Эффективный ноток излучения Ф(Х) в этом случае будет равен

Ф(Х) = Bm J ф(Я,).и(А.).<1Х,. , где Вт - нормирующий множи-

ель. Физический смысл множителя, учитывая, что мы оперируем в од-юй системе энергетических единиц, есть значение спектрального коэф-шциента пропускания корригирующего фильтра в максимуме расчет-юй кривой относительной спектральной УФ эффективности с корреги-|ующим фильтром Up (А.).

Рис. 2. Относительная ультрафиолетовая эффективность излучения.

Корригирующий фильтр, исправляющий относительную спектральную чувствительность реального физического приемника под выбранную относительную спектральную меру, будь то V (X) или V (X) рассчитывается с использованием персонального компьютера в соответствии с программой по алгоритму

ир (л.) = в (X). т. ю-"111"

или ир (>.) = Б

где ир (X.) - получаемое значение и (Я.) для реального приемника,

- относительная спектральная чувствительность приемника, к,(Х) - показатель поглощения цветного стекла в фильтре, ¡, ( в а, - марка, толщина и площадь цветного стекла.

Первое выражение используется для расчета корригирующего фильтра, составленного субстрактивным способом (стекла накладываются друг на друга), второе - аддитивным способом (стекла, равной толщины, располагаются рядом друг с другом), причем = а - площадь всего фильтра, принимаемая за единицу.

При получении результатов измерений в эффективных величинах главным является оценка качества корригирования кривой чувствительности приемника под заданную меру. Принятая в Госстандарте оценка корригирования по пяти источникам для световых измерений не всегда достаточна, а для УФ области просто непригодна. Поэтому нами

предложено проводить спектральную оценку 8х=1 - ир(А,)/и(А.) н интегральную с плавающими пределами интегрирования по формуле

6£ = I - /ир(Я.)с(Х)<и / {ЩХ.)е(\)(ЗХ,

Система построения УФ эффективных величин заявлена в международные организации.

В третьей главе диссертации рассматриваются вопросы измерения воздействующего на объекты окружающей среды и человека УФ излучения. УФ часть оптического излучения 200 ... 400 им относится к наиболее эффективной по степени воздействия на природные и искусственные объекты и на биологические организмы. В связи с чем возникает повышенный интерес к количественной оценке УФ излучения. В частности, в канной главе диссертации делается попытка практическими и теоретическими мерами решить задачу определения безопасного уровня УФ облученности при воздействии излучения на произведения искусства.

Были проведены сравнительные измерения световой обстановки в ведущих государственных музеях России отечественными и зарубежными фотометрами. Анализ показал, что основная составляющая погрешности измерений УФ излучения вызывается применяемыми способами разносаектральной метрики. Другая составляющая обусловлепа методической погрешностью, связанной с контролем уровня освещенности в световых единицах и определения УФ излучения как доли светового. Любое фотобиологическое и фотохимическое влияние оптического излу-чення на материал зависит от облученности, спектрального распределения мощности излучения, относительной спектральной чувствительно-:ти материала к излучению и от длительности облучения. Исследованию на стойкость к оптическому излучению подвергалось около 80 образцов типичных для музеев и библиотек (газетная бумага, пергамент, ткани, акварель, темпера, белила, лак, масляные краски, кожа и кость).

Проведение исследований по изменению свойств музейных и библиотечных материалов осуществлялось на специальном облучающем оборудовании с ксеноновой или ртутной лампой и различными отре-(ающнмн фильтрами (рис. 3).

йствием света.

Режим облучения материалов был циклическим : 8 часов - облучение, 16 часов - перерыв. Облучение проводилось до появления объективных изменений свойств материала.

Правило Бунзеио-Роско устанавливает, что фотобиологический и фотохимический эффект В зависит от эффективной освещенности и периода облученности. Поэтому нами контролировалась экспозиция и определялась зависимость: В= ДН) = i (Е1).

Измерения в зоне образцов проводились портативным фотометром, который контролировал освещенность в лк и энергетическую облученность в Вт/мг для области спектра 300 ... 410 им.

Впервые измерение изменений свойств были сделаны с использованием полосового спектрального метода и интегрально по спектру. Метод контроля состоял в том, что в определенные периоды времени измерялся коэффициент яркости |3 облучаемых и контрольных образцов Р = а0/амс5 где а0 и амс - яркость образца и яркость молочного стекла как идеального рассеивателя, и спектральный коэффициент яркости |3дх за светофильтрами, имитирующими кривые сложения. В контрольных измерениях использовался фотометр-яркомер повышенной чувствительности ФПЧ, молочное стекло типа МС20 и источник излучения - светоизмерительная лампа типа СИ с цветовой температурой 2856 К (источник А).

Числовой массив данных по стойкости различных материалов к облученности обрабатывался с помощью ЭВМ. Как показали проведенные испытания, повреждения материалов могут быть уменьшены, когда коротковолновая граница освещения, особенно УФ часть, отрезается постановкой фильтра.

Результаты измерений показывают, что каждый образец имеет свою функцию В = Т (Н,фф). Для случая облучения УФ излучением построена гистограмма стойкости различных материалов к оптическому излучению (рис. 4).

* 900

Акварель Масляная Образцы Образцы Текстильные

краска бумаги газет материалы

Тип материала

Рис.4 Стойкость музейных материалов к УФ излучению

Ш - по иашим данным

по данным зарубежных исследователей (Дж.Крохманн, Германия)

Полученные данные позволили рассчитать корреляцию уровня безопасной энергетической экспозиции с излучением источников, применяемых в библиотеках и музеях (дневной свет, лампы накаливания, флуоресцентные лампы, металлогалоидные и галогенные лампы). В таблице 1 приведены безопасные значения энергетической освещенности Едоп для некоторых музейных материалов.

Таблица1.

Материал Энергетическая экспозиция Ндоп, Вт ч/мг, (0,2.-.0,4 мкм) Энергетическая освещенность Едоп, мВт/м2,(0,2...0,4 мкм,)

Газеты, книги 68 2,7

Темпера, пастель 210 8,3

Живопись маслом 750 29,8

Текстильные материалы 380 15,1

Изменение свойств материала (коэффициент яркости, колориметрические соотношения), абсолютная спектральная чувствительность фотоприемного контрольного устройства и спектрорадпациопные характеристики облучателя позволили разработать рекомендации по установлению норм сохранности музейных экспонатов при экспозиции и хранении.

Важным параметром, влияющим на изменение свойств материала, при его облучении, является коэффициент поглощения пли в более общем виде коэффициент экстинкции. Нами проведены исследования по количественной оценке доли невозвращенного оптического излучения, попадающего на объект исследования (коэффициент экстинкции). Эта задача может быть решена прямым измерением полного коэффициента диффузного отражения с помощью фотометрического тара и применением цветных светофильтров для спектральной селекции. Исследование зависимости коэффициента экстинкции от вида покрытия кожи определялась на установке, схема которой приведена на рис. 5.

Облученность для спектрального интервала 0,3 ... 0,4 мкм в зоне измерения составила примерно 100 Вт/м2 для ртутной лампы ДРТ2. Спектральная селекция осуществлялась интерференционными и полосовыми фильтрами. В результате измерений обнаружена зависимость коэффициента экстинциц кожи человека от места попадания излучения на разные части тела и от типа кожи. Разброс составил до 1,8 раз. Количественные оценки способности кожи поглощать излучение и их сопоставление с составом покрытия позволили дать рекомендации по использованию кремов и лосьонов и установить дозы облучения.

Источник ОоъетиЪ фильтры

Фотометрический шар

Во локон Но- оптический к8арце8ый шгут

(Уьрсччоёыи а измеряемый отрсинаглем^

Рис. 5. Установка для измерения коэффициента экстикции.

В заключительной части третьей главы диссертации рассмотрены методы измерения облученности видимого и УФ излучения при оценке его влияния на рост овощных культур. На основе приведенного рассмотрения выработаны рекомендации по одновременному контролю абсолютной мощности падающего излучения в видимой и УФ областях спектра. Рекомендация реализована в приборе, выпускаемом малой серией предприятием «ТКА».

В четвертой главе диссертации рассматриваются схемные и функциональные особенности разработанных фотометров и радиометров. Разра ботаны фотоизмерительные устройства на спектральную область 200 .. 760 нм. Основным элементом приборов служит фотоприемник и созда чаемое фотоприемное устройство на его базе. Все разработанные ирибо ры являются средствами измерения прямого действия с индикацией ре зультата непосредственно в цифровом видена электронном табло в аб солютных значениях измеряемых фотометрических величин. Приборы выполнены в полевом исполнении с автономным питанием от батареи.

В диссертации рассмотрены следующие задачи измерений оптического излучения, которые решены в виде законченных приборов в ранге рабочих средств измерений:

- измерение освещенности в видимом диапазоне спектра в лк;

- измерение энергетической освещенности в разных участках УФ диапазона на длинах волн 200 ... 400 им, в Вт/м2 ;

- измерение интегральной яркости протяженных объектов в видимой области спектра в кд/м3 ;

- измерение энергетической освещенности в спектральных зонах с длинами волн 315 ... 400, 280 ... 315 и 200 ... 280 нм в Вт/мг;

- определение дозы УФ излучения в заданной интервале длин волн;

- измерение фотофизиологического эффекта излучения;

- индикация степени опасности оптического излучения для музейных материалов по группам светостойкости;

- индикация разных уровней УФ излучения для индивидуального пользования.

Диапазон изменения измеряемых фотометрических параметров составляет от Ю2 до 105 раз.

При проектировании приборов было принято решение о модульном исполнении фотометров с большим коэффициентом унификации и с объединением в одном приборе двух функциональных самостоятельных каналов. Почти во всех приборах имеется оптический блок с изменением чувствительности и электронный блок обработки, индикации и питания. Исключение составляют индикаторные приборы индивидуального пользователя, которые выполнены в виде малогабаритного легкого единого блока. Объединение каналов производится в соответствии с поставленными задачами измерений. В одном из приборов объединены каналы измерения освещенности и УФ облученности. В другом каналы освещенности и яркости протяженных объектов.

Измерение освещенности и .энергетической облученности воздействующего излучения производится без применения проектирующей оптики непосредственно фотоприемником с преобразующими оптическими элементами. Точность измерения освещенности (облученности) зависит от ошибки корригирования относительной спектральной чувствительности и от косинусной ошибки, обусловленной несоответствием угла па-депня измеряемого потока и индикатрисой рассеяния на входном зрачке прибора. На входном окне фотонриемного устройства устанавливается, косинусная насадка, которая уменьшает косинусную составляющую погрешности до 3% при угле падении излучения до 80°. Материал косинусной насадки - молочное стекло МС13 для видимого канала, н матированное кварцевое стекло КУ для УФ канала. Ошибки корригирования в канале световых измерений при регистрации освещенности от любых источников излучения с учетом погрешности калибровки и государственной аттестации образцового средства не превышает 3%. Измерение ' УФ излучения обеспечивается квазиП-образной кривой чувствительности приемника для области спектра 290 ... 400 (А+ В) и отдельно для областей 280 ... 315 (В) и 315 ... 400 (А) нм (см. рис. 6).

Из-за сложности корригирования под П-образную функцию и потери из-за этого чувствительности погрешность в УФ канале достигает 20%, из которых 10% систематическая погрешность передачи единицы УФ ватта от эталона к образцовому средству. В перспективе необходимо использовать предложенную нами относительную ультрафиолетовую спектральную эффективность излучения II (X), которая для наглядности также изображена на рис. б.

1,0

а) ¿ва) иа) ¿¿оо

0,5

с

ЮО

200

300 400 А, им

Рис. 6. Спектральные характеристики фотоприемного устройства.

В приборе яркомере-люксметре измерение яркости основано на введенном М. М. Гуревичем понятии яркости пучка лучей. Поток Ф переносимый световой трубкой, которая может быть сформирована навинчиваемой насадкой с рядом диафрагм, пропорционален яркости протяженного экрана и не зависит от расстояния до экрана Ф, = Ьу/в^вг./г2, где Л., - яркость экрана, и вг - площадь фотоприемного устройства и измеряемого пятна на экране, г - расстояние от фотопрнемного устройства до экрана. Обязательное условие: яркость измеряется только в заданном направлении по нормали к экрану, поверхность экрана должна быть равнояркой по углу и по площади. Если последнее не выполняется, то измеряется габаритная яркость.

Спектрорадиометр по входному узлу напоминает яркомерную насадку с люками, образованными рядом диафрагм. Излучение после прохождения диафрагм (квазипараллельное) попадает не на приемник, а на диспергирующий элемент - голографическую линзу, специально разработанную и рассчитанную для дисперсии УФ излучения. Параллельный пучок, отразившись от линзы, попадает на фотоприемник уже разложенным по длнпам волн. Изменение длины волны осуществляется поворотом голографической линзы вокруг оси, перпендикулярной падающему пучку. Спектральное разрешение такого спектрорадиометра 5 нм, рабочая область длин волн 280 ... 450 им, исключение второго и большего порядков дифракции и ослабление влияния рассеянного излучения осуществляется цветными стеклами типа УФС и ПС.

Индикаторные приборы и приборы для определения дозы облучения не являются измерительными средствами и у них отсутствует в обычном понимании цифровая шкала в единицах фотометрических величин. Све-тодиоды различного цвета сигнализируют о наличии или отсутствии того или иного вида излучения, или показывают достижение определенного уровня УФ энергии, накопленной в плоскости измерения, или указывают какое надо произвести действие при данном режиме облучения.

Простота решения приборов не снимает всех проблем измерения УФ излучения. Действительно, обязательна коррегировка приемника под выбранную спектральную меру, линейность фотоответа от падающей энергии в пределах указанных на шкале (картинке) уровней - необходима, сам уровень должен задаваться при градуировке индикатора с помощью образцовых средств. Кроме того, прибор должен быть недорогим, переносным, работать в любых климатических условиях и понятен в применении совершенно неподготовленному технически индивидууму и полностью безопасным при использовании.

Эксплуатационные и технические параметры разработанных нами серийно выпускаемых приборов и приведены в табл. 2.

Таблица 2. Характеристики выпускаемых прибо| зов.

№ п/п Тип и название прибора Пределы измерений Погрешность измерений,% Особенности Гос. реестр РФ

1 люксметр УФ - радиометр (мод.ТКА 01/3) 1....2 • 10ь лк 0,001 ...102 Вт / м2 (280-400нм) 3 10 Коррегиров. X) П - образная х-ка. Включен

2 люксметр / яркомер (мод.ТКА-04/3) лк 1....2 • 105 кд/м2 3 4 Коррегиров. \/( X) включен

3 Фотометр ( А,В,С,) (мод.ТКА-07/2) 0,001....200 Вт / м2 315-400 нм 280-315 нм 200-280 нм. 10 П-образные х - ки

4 Спектрофотометр ( (мод.ТКА - 09/2) 220 - 450 нм, Д Д. = 5 нм. 15 Топографический диспергирующий элемент

5 УФ - индикаторы (мод.ТКА-02/2, 02/7. и 02/9) 250-400НМ И,; N2; N3; Ы,; 8т/м2; 20 Сохранность музейных и библиотечных экспонатов

6 Измеритель защитных свойств УФ -протектора. (мод.ТКА -05/1) 250 - 400 нм 5 Защитные свойства кремов, пленок, стекол.

Дальнейшая перспектива развития фотометрического малогабаритного приборостроения видится в расширенна спектральной области измерений до 1100 им, расширении динамического диапазона в сторону малых значений измеряемых величин, существенное уменьшение погрешности измерений, особенно энергетических в УФ области спектра до 10%, отказ от эталонов энергетической фотометрии при его замене на измерение электрического тока с погрешностью 0,1%, модификация электронных схем фотометра для измерения когерентного монохроматического и импульсного излучения, введении в блок обработки сигналов запоминающего модуля для анализа спектрального распределения измеряемого излучения, непосредственный вывод измеренных значений на ЭВМ.

По проделанной работе могут быть сделаны следующие выводы:

1. Разработаны методы энергетической фотометрии, позволяющие, при создании приборов, нормировать их измерительные характеристики.

2. Выбрана, обоснована и предложена для принятия в качестве меры эффективная энергетическая величина в области 280-400 им, обеспечивающая возможность измерения источников излучения существенно различающихся по спектральному составу.

3. Разработана методика, снижающая погрешность коррегирования чувствительности измерителей оптического излучения до 3% в видимой и до 10% в УФ области спектра.

4. Получены конкретные значения спектрального диапазона (200-420 нм) и уровней энергетической УФ экспозиции для основных музейных материалов, превышение которых приводит к изменениям цветности и цветовой передачи.

5. Разработан метод измерения относительного спектрального УФ коэффициента диффузного отражения кожи человека, применяемый для диагностики различных заболеваний.

6. Выработана концепция создания группы приборов индивидуального пользования для индикации безопасного уровня УФ облучения и изготовлены опытные образцы малогабаритных дозиметров и индикаторов.

7. Сформирована перспективная схема развития оптического малогабаритного приборостроения, обеспечивающая потребности науки и техники в надежных серийных средствах измерений.

В виде приложений к диссертации приведены результаты внедрения и отзывы на выполненные исследования.

По материалам диссертация опубликованы следующие работы:

1. К.А.Томский, О.М.Михайлов, Г.Б.Раховский,. Влияние режима облучения на сохранность музейных экспонатов. Труды II Международной светотехнической конференции. Суздаль. 1995г.

2. К.А.Томский. Способ измерения ультрафиолетового излучения, устройство для его реализации, фотопреобразователь. Международный патент РСТ/Ии/00245. № Гос.регистрации 97113711.

3. К.А.Томскин. Оптические приборы и фотометрические устройства для регистрации УФ-нзлучения. Труды международной конференции «Физическая метрология», СПб, 1996г.

4. К.А.Томский, О.М.Михайлов. Физические основы единообразия измерения УФ-излучения в области спектра 0,28....0,42 мкм. Труды международной конференции «Физическая метрология», СПб, 1996г.

5. К.А.Томский, В.Н.Кузьмин,. Пути решения проблемы УФ-излучения при облучении овощей в условиях закрытого грунта. Меадународная конференция «Управление продукционным процессом растений в регулируемых условиях». СПб, 1996г.

6. К.А.Томский, В.Н.Кузьмин. Проблемы интегральных измерений в УФ области спектра и пути их решения. Труды XI научно-технической конференции «Фотометрия н ее метрологическое обеспечение». Москва. 1996г.

7. К.А.Томскин, О.М.Михайлов. Создание рабочих средств для измерения видимого и ультрафиолетового излучения и их метрологическое обеспечение. Сборник докладов 4-ой Международной светотехнической конференции. Новгород. 1997г.

8. К.А.Томский, Ю.П.Иванов, О.М.Михайлов. Рекомендации по нормированию освещенности в музеях и библиотеках. 1997г. Согласована 1-ая редакция отраслевого стандарта Министерства культуры.