RU2811747C1

RU2811747C1 - Method for measuring optical absorption coefficient in object made of transparent material, device and system for its implementation

Info

Publication number: RU2811747C1
Application number: RU2023117657A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Антоненко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "ИРЭ-Полюс" (ООО НТО "ИРЭ-Полюс")
Filing date: 2023-07-03
Publication date: 2024-01-16

Abstract

FIELD: laser technology.

SUBSTANCE: invention relates to laser calorimetry using feedback when measuring the optical absorption coefficient (OAC) of an object. OAC is measured in two ways by the heat flow in the middle part of the object minus heating by scattered radiation during steady and unsteady heat flow and during heat recovery caused by heating of the faces at the input/output.

EFFECT: achieving correctness and accuracy in measuring the optical absorption coefficient in the range of 10^-6 - 10^-2 cm^-1.

10 cl, 20 dwg

Description

Область техникиField of technology

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной калориметрии с применением обратной связи при измерении коэффициент оптического поглощения.The invention relates to laser technology, namely to laser calorimetry using feedback when measuring the optical absorption coefficient.

Уровень техникиState of the art

Оптические материалы, которые используют в лазерной технике интересны как с точки зрения своего функционального назначения, оптической однородности, нелинейности, так и, конечно, прозрачности. Современные оптические материалы, включая кристаллы, поликристаллы, стекла и керамику в основном имеют коэффициент оптического поглощения (КОП) α 10^-6-10^-2 см^-1. Точное измерение КОП чрезвычайно важно для производства оптических устройств и достижения предельно малых его значений для конкретного материала в процессе его технологического формирования. Кроме этого точность измерений позволяет решать не только прикладные технологические задачи, но и открывает путь к фундаментальным исследованиям свойств материала во взаимодействии с лазерным излучением.Optical materials that are used in laser technology are interesting both from the point of view of their functional purpose, optical homogeneity, nonlinearity, and, of course, transparency. Modern optical materials, including crystals, polycrystals, glasses and ceramics generally have an optical absorption coefficient (OCC) α of 10 ^-6 -10 ^-2 cm ^-1 . Accurate measurement of OPC is extremely important for the production of optical devices and achieving extremely low values for a specific material during its technological formation. In addition, the accuracy of measurements makes it possible to solve not only applied technological problems, but also opens the way to fundamental research into the properties of a material in interaction with laser radiation.

Известен калориметрический способ RU 2650713 С1 измерения малых коэффициентов оптического поглощения нелинейно-оптических кристаллов, обладающих пьезоэлектрическими свойствами, основанный на нестационарном измерении начального участка роста температуры объекта, о которой судят по смещению параметров пьезоэлектрического резонанса под воздействием лазерного излучения и радиочастотного поля. Предварительно проводят калибровку зависимости резонансных параметров от температуры кристалла при однородном распределении температуры под воздействием лазерного излучения заданной мощности на кристалл, причем температуру кристалла в области луча и за его пределами заменяют на эквивалентную температуру на начальном линейном участке роста температуры. Перед воздействием лазерного излучения измеряют форму линии выбранного резонанса, аппроксимируют форму линии резонансной кривой аналитической функцией, выбирают фиксированную частоту внешнего радиочастотного поля, после начала воздействия на кристалл лазерного излучения измеряют зависимость выбранного резонансного параметра от времени, определяют, применяя многозначную функцию, обратную исходной, и калибровку, зависимость температуры кристалла от времени, и, используя аппроксимацию начального участка данной зависимости, определяют коэффициент оптического поглощения кристалла. Недостаток способа в его сложной технической реализации, непредсказуемости резонансных температурных эталонных сигналов от крепления образца. Невозможность разделения тепловых потоков внутри образца под действием поглощенного лазерного излучения на входе/выходе и в объеме кристалла, и разогрева рассеянным лазерным излучением со входа/выхода луча в кристалл. Метод применим только для узкого класса кристаллов - пьезоэлектриков.There is a known calorimetric method RU 2650713 C1 for measuring small optical absorption coefficients of nonlinear optical crystals with piezoelectric properties, based on a non-stationary measurement of the initial portion of the increase in the temperature of the object, which is judged by the shift in the parameters of the piezoelectric resonance under the influence of laser radiation and a radio frequency field. The dependence of the resonance parameters on the temperature of the crystal is preliminarily calibrated with a uniform temperature distribution under the influence of laser radiation of a given power on the crystal, and the temperature of the crystal in the region of the beam and beyond is replaced by an equivalent temperature in the initial linear section of the temperature increase. Before exposure to laser radiation, the line shape of the selected resonance is measured, the line shape of the resonance curve is approximated by an analytical function, a fixed frequency of the external radio frequency field is selected, after the start of exposure of the crystal to laser radiation, the dependence of the selected resonance parameter on time is measured, determined using a multivalued function inverse to the original one, and calibration, the dependence of the crystal temperature on time, and, using the approximation of the initial section of this dependence, the optical absorption coefficient of the crystal is determined. The disadvantage of this method is its complex technical implementation and the unpredictability of resonant temperature reference signals from the sample mount. The impossibility of separating heat fluxes inside the sample under the influence of absorbed laser radiation at the input/output and in the bulk of the crystal, and heating by scattered laser radiation from the input/exit of the beam into the crystal. The method is applicable only for a narrow class of crystals - piezoelectrics.

Стандартный метод определения КОП в лазерных материалах, ISO/CD 11551:2018(E) - Optics and photonics - Lasers and laser-related equipment - Test method for absorptance of optical laser components, основан на использовании лазерной калориметрии в ее нестационарном варианте, когда по кинетике нарастания температуры датчика судят об экспоненциальном нарастании теплового фронта, который достигает датчика температуры. Требует предварительного знания кинетических коэффициентов конкретного образца. Рекомендуемая схема измерений содержит: лазер, два зеркала, два блокирующих поглотителя, причем, один из них поглощает прошедшее через объект лазерное излучение после отражения на двух зеркалах, а мощность лазерного излучения определяется не на выходе из объекта после поглощения, а на его входе и только косвенно по прохождению частично прозрачного зеркала, которое направляет излучение на объект в камере, а сам объект расположен поперек к лазерному излучению, т.е. луч проходит не вдоль длинной оси объекта, а через его середину поперек, причем датчик температуры находится на максимальном удалении от лазерного луча на краю объекта по одну стороны по длинной оси, другая же вместо датчика температуры опирается на упор. Недостатки такой схемы измерения присутствуют в избыточном количестве элементов, и в их некорректном расположении. Во первых, неизвестна мощность излучения на выходе из объекта, по величине которой необходимо рассчитать мощность внутри объекта для определения КОП. Косвенное измерение входной мощности излучения после прохождения полупрозрачного зеркала несет дополнительную погрешность, поскольку далее на пути луч испытывает неконтролируемое отражение и рассеяние на входной грани объекта, да еще после потерь на диафрагме. Во вторых, выбранная поперечная к лучу ориентация объекта приводит к тому, что тепловые фронты со входа/выхода и из объема достигают удаленного на полудлине объекта датчика температуры примерно в одно и тоже время, что не позволяет их разделить на составляющие. В третьих методика не учитывает разогрев датчика температуры в контакте с объектом рассеянным излучением, которое имеет место на входе/выходе луча в объекте.The standard method for determining OPC in laser materials, ISO/CD 11551:2018(E) - Optics and photonics - Lasers and laser-related equipment - Test method for absorption of optical laser components, is based on the use of laser calorimetry in its non-stationary version, when The kinetics of the temperature rise of the sensor is judged by the exponential increase of the thermal front that reaches the temperature sensor. Requires prior knowledge of the kinetic coefficients of a particular sample. The recommended measurement scheme contains: a laser, two mirrors, two blocking absorbers, moreover, one of them absorbs the laser radiation passing through the object after reflection on two mirrors, and the laser radiation power is determined not at the output of the object after absorption, but at its input and only indirectly through the passage of a partially transparent mirror, which directs radiation to an object in the chamber, and the object itself is located transverse to the laser radiation, i.e. the beam does not pass along the long axis of the object, but across its middle, and the temperature sensor is located at the maximum distance from the laser beam on the edge of the object on one side along the long axis, while the other, instead of the temperature sensor, rests on the stop. The disadvantages of this measurement scheme are the excessive number of elements and their incorrect location. Firstly, the radiation power at the output of the object is unknown, from the value of which it is necessary to calculate the power inside the object to determine the COP. Indirect measurement of the input radiation power after passing through a translucent mirror carries an additional error, since further along the path the beam experiences uncontrolled reflection and scattering at the input face of the object, and even after losses on the diaphragm. Secondly, the selected orientation of the object transverse to the beam leads to the fact that thermal fronts from the entrance/exit and from the volume reach a temperature sensor located half the length of the object at approximately the same time, which does not allow them to be separated into components. Thirdly, the technique does not take into account the heating of the temperature sensor in contact with the object by scattered radiation, which occurs at the input/output of the beam in the object.

Помимо нестационарных методов, аппроксимирующих результат расчета КОП на начальном экспоненциальном участке роста температуры с привлечением знания кинетических коэффициентов конкретного исследуемого материала, существует стационарный способ измерения КОП объекта, не требующий предварительных знаний его термодинамических параметров в условиях установившихся тепловых потоков. При этом КОП рассчитывают по формулеIn addition to non-stationary methods that approximate the result of calculating the COP at the initial exponential section of temperature growth using knowledge of the kinetic coefficients of the specific material under study, there is a stationary method for measuring the COC of an object that does not require prior knowledge of its thermodynamic parameters under conditions of steady-state heat flows. In this case, the COP is calculated using the formula

где Р - поглощенная часть мощности в объеме объекта на длине L, P_V - мощность лазерного излучения в внутри объема объекта.where P is the absorbed part of the power in the volume of the object at a length L, P _V is the power of laser radiation inside the volume of the object.

Однако измерить корректно Р на фоне поглощения и рассеяния лазерного излучения на входной и выходной гранях объекта, из-за наличия микродефектов поверхности, не представляется возможным. Как следствие результат может превышать в 5-10 раз действительную величину КОП при измерении малых КОП в диапазоне 10^-5-10^-6 см^-1.However, it is not possible to measure P correctly against the background of absorption and scattering of laser radiation on the input and output faces of the object due to the presence of surface microdefects. As a consequence, the result can be 5-10 times higher than the actual value of the OPC when measuring small OPCs in the range of 10 ^-5 -10 ^-6 cm ^-1 .

Настоящее изобретение лишено указанных выше недостатков и позволяет корректно провести измерение КОП и значительно повысить точность измерений КОП с разделением тепловых потоков в объеме, со входа/выхода и разогрева объекта излучением.The present invention is free from the above-mentioned disadvantages and makes it possible to correctly measure the COP and significantly increase the accuracy of COP measurements with the separation of heat flows in the volume, from the input/output and heating of the object by radiation.

Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.

В изобретении предложен новый способ измерения коэффициента оптического поглощения в прозрачных оптических материалах лазерной оптики на основе лазерной калориметрии. Эти материалы не отличаются высокой теплопроводностью и в лучшем случае имеют теплопроводность в несколько единиц Вт/(мК), поэтому возможно изготовить калориметр с теплопроводностью много большей, чем у объекта исследования и обеспечить эффективный теплоотвод и утилизацию тепла. В свою очередь, в сочетании с предложенной методикой измерения это позволяет обеспечить требуемый диапазон и корректное измерение КОП с повышенной точностью около 10% в протяженных объектах с соотношением длины и ширины более, чем 7:1. Для этого необходимо утилизировать тепловые потоки порождаемые разогревом концов объекта, ввиду наличия структурных дефектов, по входу и выходу лазерного луча, корректно измерить тепловые потоки в средней части объекта, которые обусловлены наличием фонового рассеянного лазерного излучения и искомого поглощения. Способ реализован как в устройстве, так и в лазерной системе. Диапазон измерения КОП лежит в пределах от 10^-6 до 10^-2 см^-1 и определятся чувствительностью приемника мощности теплового потока и мощностью лазера. Для этого достаточно иметь лазерное излучение мощностью до 10 Вт с лазерным лучом, не выходящее за пределы апертуры исследуемого объекта и достигающим измеритель мощности после поглощения объектом.The invention proposes a new method for measuring the optical absorption coefficient in transparent optical materials of laser optics based on laser calorimetry. These materials do not have high thermal conductivity and, at best, have a thermal conductivity of several units of W/(mK), so it is possible to manufacture a calorimeter with a thermal conductivity much greater than that of the object of study and ensure effective heat removal and heat recovery. In turn, in combination with the proposed measurement technique, this makes it possible to provide the required range and correct measurement of the OPC with an increased accuracy of about 10% in extended objects with a length-to-width ratio of more than 7:1. To do this, it is necessary to utilize the heat flows generated by heating the ends of the object, due to the presence of structural defects, at the input and output of the laser beam, to correctly measure the heat flows in the middle part of the object, which are caused by the presence of background scattered laser radiation and the desired absorption. The method is implemented both in the device and in the laser system. The COP measurement range lies in the range from 10 ^-6 to 10 ^-2 cm ^-1 and is determined by the sensitivity of the heat flux power receiver and the laser power. To do this, it is enough to have laser radiation with a power of up to 10 W with a laser beam that does not extend beyond the aperture of the object under study and reaches the power meter after absorption by the object.

Известно, что на входной и выходной гранях, даже самого прозрачного, кристалла выделяется тепло при засветке лазерным лучом, которое сопровождается рассеянием на структурных дефектах граней. Эти два нежелательных краевых эффекта завышают данные измерения искомого тепла, которое выделяется в объеме кристалла, что приводит к значительной погрешности искомого поглощения в несколько раз в диапазоне 10^-5-10^-6см^-1. Предложенное изобретение решает эту проблему. Технический результат состоит в достижении корректности и точности измерения коэффициента оптического поглощения в диапазоне 10^-6 - 10^-2 см^-1. Достигается за счет выделения из принимаемого суммарного теплового потока, потоков его составляющих - тепла от входной и выходной грани и сопутствующего фона рассеянного лазерного излучения при минимизации неконтролируемых тепловых потерь в окружающую среду благодаря использованию особого активного режима работы приемника теплового потока на основе термоэлектрического конвертера (ТЭК) с элементами Пельтье, включенного в схему усилителя с токовой обратной связью - так называемый активный режим, в противоположность пассивному усилению напряжения на обкладках ТЭК. Виду этого не происходит разогрева контактирующей с объектом поверхности приемника, все поступающее тепло перекачивается таким тепловым насосом в радиатор и утилизируется, а поскольку объект испытывает меньший разогрев поверхности, то уменьшаются и неконтролируемые тепловые потери в окружающую среду, что ведет к повышению корректности и точности определения КОП. Излишнее тепло на входе и выходе из кристалла утилизируется в радиаторе из цветного металла, непосредственно контактирующего с концами объекта и/или через металлические прокладки, ложементы, и/или через ТЭК в активном режиме, и/или через ряд активных ТЭК.It is known that heat is generated on the input and output faces of even the most transparent crystal when illuminated by a laser beam, which is accompanied by scattering from structural defects of the faces. These two undesirable edge effects overestimate the measurement of the desired heat, which is released in the volume of the crystal, which leads to a significant error in the desired absorption by several times in the range of 10 ^-5 -10 ^-6 cm ^-1 . The proposed invention solves this problem. The technical result consists in achieving correctness and accuracy in measuring the optical absorption coefficient in the range of 10 ^-6 - 10 ^-2 cm ^-1 . Achieved by separating from the received total heat flow, the flows of its components - heat from the input and output faces and the accompanying background of scattered laser radiation while minimizing uncontrolled heat losses into the environment through the use of a special active mode of operation of a heat flow receiver based on a thermoelectric converter (TEC) with Peltier elements included in the amplifier circuit with current feedback - the so-called active mode, as opposed to passive voltage amplification on the plates of the fuel and energy complex. Due to this, there is no heating of the surface of the receiver in contact with the object; all incoming heat is pumped by such a heat pump into the radiator and utilized, and since the object experiences less surface heating, uncontrolled heat losses into the environment are reduced, which leads to an increase in the correctness and accuracy of determining the COP . Excess heat at the input and output of the crystal is utilized in a radiator made of non-ferrous metal, directly in contact with the ends of the object and/or through metal gaskets, supports, and/or through a fuel cell in active mode, and/or through a number of active fuel cells.

Суть изобретения выражает первый способ измерения коэффициента оптического поглощения в протяженном объекте из оптически прозрачного материала методом лазерной калориметрии, основанный на регистрации отношения поглощенной доли мощности лазерного излучения, выделяемой в объекте в виде тепла на единице длины, к мощности лазерного луча в объекте, отличающийся тем, что тепло, выделяемое на входной и выходной гранях объекта, утилизируют в радиаторе через концевые части по меньшей мере одной боковой грани объекта, а тепло из средней зоны объекта регистрируют по меньшей мере одним приемником теплового потока, причем в одном положении он имеет контакт с объектом и принимает суммарную мощность теплового потока из средней зоны объекта, а в другом - отделен от объекта пространственным промежутком в виде зазора и принимает только поток рассеянного лазерного излучения из этой же средней зоны объекта, тогда коэффициент оптического поглощения определяют из разности мощностей теплового потока при контакте и рассеянного лазерного излучения без контакта с приемником тепла, по отношению к мощности лазерного луча в объекте и к длине средней зоны объекта.The essence of the invention expresses the first method of measuring the coefficient of optical absorption in an extended object made of an optically transparent material using laser calorimetry, based on recording the ratio of the absorbed fraction of laser radiation power released in the object in the form of heat per unit length to the power of the laser beam in the object, characterized in that that the heat generated on the input and output faces of the object is utilized in the radiator through the end parts of at least one side face of the object, and the heat from the middle zone of the object is recorded by at least one heat flow receiver, and in one position it has contact with the object and receives the total power of the heat flux from the middle zone of the object, and in the other, it is separated from the object by a spatial gap in the form of a gap and receives only the flux of scattered laser radiation from the same middle zone of the object, then the optical absorption coefficient is determined from the difference in the powers of the heat flux upon contact and the scattered laser radiation without contact with the heat receiver, in relation to the power of the laser beam in the object and to the length of the middle zone of the object.

Также суть изобретения выражает второй способ измерения коэффициента оптического поглощения в протяженном объекте из оптически прозрачного материала методом лазерной калориметрии, основанный на регистрации отношения поглощенной доли мощности лазерного излучения, выделяемой в объекте в виде тепла на единице длины, к мощности лазерного луча в объекте, отличающийся тем, что тепло, выделяемое на входной и выходной гранях объекта, утилизируют в радиаторе через концевые частиThe essence of the invention is also expressed by a second method for measuring the coefficient of optical absorption in an extended object made of an optically transparent material using laser calorimetry, based on recording the ratio of the absorbed fraction of laser radiation power released in the object in the form of heat per unit length to the power of the laser beam in the object, characterized in that that the heat generated at the input and output faces of the object is utilized in the radiator through the end parts

по меньшей мере одной боковой грани объекта, а тепло из средней зоны объекта регистрируют по меньшей мере двумя приемниками тепловых потоков, причем один из них имеет контакт с объектом и принимает суммарную мощность теплового потока из средней зоны объекта, а другой отделен от объекта пространственным промежутком в виде зазора и принимает только поток рассеянного лазерного излучения из этой же среднейat least one side face of the object, and heat from the middle zone of the object is recorded by at least two heat flow receivers, one of which has contact with the object and receives the total power of the heat flow from the middle zone of the object, and the other is separated from the object by a spatial gap of form of a gap and receives only the flux of scattered laser radiation from the same average

зоны объекта, тогда коэффициент оптического поглощения определяют из разности мощностей тепловых потоков этих приемников по отношению к мощности лазерного луча в объекте и к длине средней части объекта.zone of the object, then the optical absorption coefficient is determined from the difference in the power of the heat fluxes of these receivers in relation to the power of the laser beam in the object and to the length of the middle part of the object.

Суть устройства выражает лазерный калориметр для измерения коэффициента оптического поглощения объекта из оптически прозрачного материала, содержащий:The essence of the device is a laser calorimeter for measuring the optical absorption coefficient of an object made of an optically transparent material, containing:

- металлический радиатор, монтируемый на платформе;- metal radiator mounted on the platform;

- экранирующий электромагнитный, в том числе инфракрасный, фон экран, прикрывающий радиатор и снабженный оптическими окнами по входу и выходу;- shielding electromagnetic, including infrared, background screen covering the radiator and equipped with optical windows at the input and output;

- площадку радиатора для установки объекта и утилизации части тепла с его концов в радиаторе непосредственно и/или через высоко теплопроводящую прокладку,- a radiator platform for installing the object and recycling part of the heat from its ends in the radiator directly and/or through a highly heat-conducting gasket,

и/или через термоэлектрический конвертер (ТЭК);and/or through a thermoelectric converter (TEC);

- по меньшей мере один ТЭК в качестве приемника мощности теплового потока в средней зоне площадки радиатора и известной калибровочной характеристикой, и с выходным пассивным сигналом в виде термо-электрического напряжения или тока, или с активной обратной связью по току для компенсации разогрева приемной площадки ТЭК;- at least one fuel cell as a heat flow power receiver in the middle zone of the radiator platform and a known calibration characteristic, and with a passive output signal in the form of thermo-electric voltage or current, or with active current feedback to compensate for the heating of the fuel cell receiving site;

Суть системы выражает лазерная калориметрическая система для измеренияThe essence of the system is expressed by a laser calorimetric system for measuring

коэффициента оптического поглощения объекта из оптически прозрачного материала на оптическом столе с механизмами пространственной юстировки оптических устройств на нем установленных, а именно содержащая:coefficient of optical absorption of an object made of optically transparent material on an optical table with mechanisms for spatial adjustment of optical devices installed on it, namely containing:

- управляемый лазер по средней мощности излучения и времени- controlled laser by average radiation power and time

включения/выключения, с волоконным излучателем коллимированного луча на выходе;on/off, with a collimated beam fiber emitter at the output;

- площадку радиатора для установки объекта и утилизации части тепла с его концов в радиаторе непосредственно и/или через высоко теплопроводящую прокладку, и/или через термоэлектрический конвертер (ТЭК);- a radiator platform for installing an object and recycling part of the heat from its ends in the radiator directly and/or through a highly heat-conducting gasket, and/or through a thermoelectric converter (TEC);

- по меньшей мере один ТЭК в качестве приемника мощности теплового потока в средней зоне площадки радиатора с известной калибровочной характеристикой, и с выходным пассивным сигналом в виде термо-электрического напряжения или тока, или с активной обратной связью для компенсации разогрева приемной площадки ТЭК;- at least one fuel cell as a heat flow power receiver in the middle zone of the radiator platform with a known calibration characteristic, and with a passive output signal in the form of thermo-electric voltage or current, or with active feedback to compensate for the heating of the fuel cell receiving site;

- измеритель мощности прошедшего лазерного излучения за пределами экрана;- power meter of transmitted laser radiation outside the screen;

- на платформе снаружи экрана или отдельно расположенный электронный модуль контроллера для связи с приемниками тепловых потоков, усиления их сигналов, обеспечения пассивного или активного режимов измерения ТЭК и управления лазером в процессе измерений, для обработки цифровых данных с учетом данных измерителя мощности лазерного излучения и визуализации результатов на мониторе компьютера.- on a platform outside the screen or a separately located electronic controller module for communication with heat flux receivers, amplification of their signals, providing passive or active modes for measuring thermal energy and laser control during the measurement process, for processing digital data taking into account the data of the laser power meter and visualizing the results on the computer monitor.

Другие отличительные и существенные признаки изобретения будут раскрыты ниже и проиллюстрированы на чертежах и в подробном его описании и на примерах осуществления.Other distinctive and essential features of the invention will be disclosed below and illustrated in the drawings and in its detailed description and examples of implementation.

Описание чертежей.Description of drawings.

Фиг. 1. Схема ТЭК на основе элементов Пельтье и его включение в пассивном и активном режимах измерения мощности теплового потока.Fig. 1. Scheme of a fuel and energy complex based on Peltier elements and its inclusion in passive and active modes for measuring the power of heat flow.

Фиг. 2. Схема лазерного калориметра с одним подвижным по оси Y ТЭК.Fig. 2. Scheme of a laser calorimeter with one fuel cell moving along the Y axis.

Фиг. 3. Схема лазерного калориметра с одним неподвижным ТЭК, но с изменяемымFig. 3. Scheme of a laser calorimeter with one fixed fuel cell, but with a variable one

уровнем по оси Y площадки радиатора.level along the Y axis of the radiator pad.

Фиг. 4. Схема лазерного калориметра с двумя ТЭК на площадке радиатора.Fig. 4. Scheme of a laser calorimeter with two fuel cells on the radiator platform.

Фиг. 5. Схема лазерного калориметра с тремя ТЭК, с прокладками.Fig. 5. Scheme of a laser calorimeter with three fuel cells, with gaskets.

Фиг. 6. Схема лазерного калориметра с одним контактным ТЭК и двумя бесконтактными.Fig. 6. Scheme of a laser calorimeter with one contact TEC and two non-contact ones.

Фиг. 7. Схема лазерного калориметра с двумя ТЭК по разные стороны объекта.Fig. 7. Diagram of a laser calorimeter with two fuel cells on opposite sides of the object.

Фиг. 8. Схема лазерного калориметра с шестью ТЭК в симметричном расположении.Fig. 8. Schematic of a laser calorimeter with six fuel cells in a symmetrical arrangement.

Фиг. 9. Схема лазерного калориметра с пятью ТЭК в контакте с объектом и одним без контакта.Fig. 9. Schematic of a laser calorimeter with five fuel cells in contact with the object and one without contact.

Фиг. 10. Схема лазерного калориметра с шестью ТЭК и оптическим фильтром.Fig. 10. Schematic of a laser calorimeter with six fuel cells and an optical filter.

Фиг.11. Схема бокового расположения бесконтактного ТЭК.Fig. 11. Scheme of the lateral location of a contactless fuel and energy complex.

Фиг. 12. Схема бокового расположения контактного ТЭК.Fig. 12. Diagram of the lateral location of the contact fuel cell.

Фиг. 13. Схема верхнего расположения бесконтактного ТЭК.Fig. 13. Diagram of the upper location of the contactless fuel and energy complex.

Фиг. 14. Схема бокового расположения бесконтактного ТЭК за оптическим фильтром.Fig. 14. Diagram of the lateral location of a contactless fuel cell behind an optical filter.

Фиг. 15. Схема верхнего расположения бесконтактного ТЭК за оптическим фильтром с цилиндрическим объектом в ложементе. Фиг. 16. Блок-схема лазерной калориметрической системы.Fig. 15. Diagram of the upper location of a contactless fuel cell behind an optical filter with a cylindrical object in the cradle. Fig. 16. Block diagram of a laser calorimetric system.

Фиг. 17. Суммарная мощность разогрева объекта лазерным лучом в активном и пассивном режимах работы ТЭК.Fig. 17. The total power of heating an object by a laser beam in the active and passive operating modes of the fuel and energy complex.

Фиг. 18. Суммарная мощность разогрева объекта лазерным лучом и мощность рассеянного излучения в активном и пассивном режимах работы ТЭК.Fig. 18. The total power of heating an object by a laser beam and the power of scattered radiation in the active and passive operating modes of the fuel and energy complex.

Фиг. 19. Прием мощности теплового потока ТЭК в активном режиме по схеме фиг.4.Fig. 19. Receiving the power of the heat flow of the fuel and energy complex in active mode according to the diagram of Fig.4.

Фиг. 20. Прием мощности теплового потока ТЭК в пассивном режиме по схеме фиг.4.Fig. 20. Reception of heat flow power from fuel and energy complex in passive mode according to the diagram of Fig.4.

Описание и осуществление изобретенияDescription and implementation of the invention

Для материала радиатора лучше всего из-за высокой теплопроводности подходят цветные металлы: медь - теплопроводность 401 Вт/ (м⋅К), серебро - 430 Вт/ (м⋅К), золото -317 Вт/ (м⋅К), и даже алюминий - 237 Вт/ (м⋅К). Но на практике оптимальным выбором является медь. Благодаря утилизации тепла с концевых частей объекта в радиаторе, тепло со входа и выхода протяженного объекта (соотношения длины к ширине более, чем 7:1, а лучше 10:1) практически не доходит до средней части объекта, где расположен один приемник тепла с изменяемым уровнем приемной площадки для обеспечения либо контакта, либо зазора с гранью объекта. Другой случай - два стационарных приемника -один в контакте, а другой без контакта с объектом. В качестве объекта предпочтительно иметь призматический или цилиндрический объект. Бесконтактный приемник отделен пространственным промежутком в виде зазора и принимает фоновое рассеянное лазерное излучение из объекта, такое же как и контактный. Воздух является хорошим теплоизолятором если пренебречь или отсечь теплоперенос конвекционными потоками. Для этого можно использовать и другой газ, например азот или аргон, или смесь газов, если это необходимо для работы с гигроскопичным объектом. Разность измеренных тепловых потоков контактным приемником и бесконтактным - есть искомая мощность тепловых потерь Р для определения коэффициента оптического поглощения по формуле (1). Удобно работать с призматическим объектом квадратного или прямоугольного сечения, тогда как для цилиндра потребуется ложемент для увеличения контакта соприкосновения с приемной площадкой. Пригодна и теплопроводящая паста или гель, но они могут загрязнять объект и не всегда его можно отмыть. Также желательно, чтобы призма имела полированные боковые грани, а не матовые, для предотвращения вторичного поглощения с неконтролируемым выделением тепла. Для измерения КОП порядка 10^-6 см^-1 (1 ррм см^-1) с погрешностью 10% необходимо измерять приемником теплового излучения мощность на уровне 10^-7 Вт.Для этой цели подходит приемник на основе Элементов Пельтье в конструктиве термоэлектрического конвертера 1 - ТЭК (фиг.1) с известной калибровочной характеристикой. Его обычно используют в технике как холодильник, в термодинамике называют тепловым насосом, широкое применение получил для охлаждения микропроцессоров. ТЭК имеет приемную охлаждаемую керамическую площадку 2 и разогревающуюся площадку 3 с которой тепло утилизируют в радиатор при определенном направлении электрического тока, при смене направления тока происходит обратное тепловыделение. При нагреве площадки 1, в результате приема теплового потока, на разомкнутых электродах ТЭК возникает напряжение (или ток), которое можно усилить усилителем 4 и измерить, причем амплитуда сигнала пропорциональна мощности принимаемого теплового потока Ро. Это так называемый пассивный режим работы ТЭК. Определим такое включение ТЭК как - ТЭК в пассивном режиме работы и обозначим его как режим "u" с усилителем 4 напряжения: ключ 5 К разомкнут.Если ТЭК в активном режиме работы, то обозначим его как "i" усилитель 4 включен с обратной связью по току: ключ К замкнут, резистор R 6 обратной связи подключен, через него течет ток равный U / R, где11- напряжение на выходе усилителя, пропорциональное мощности принимаемого теплового потока. В активном режиме с токовой обратной связью разогрев принимающей тепло площадки 2 не происходит, поскольку ток вырабатываемый обратной связью не дает разогреться площадке 2 ТЭК (напряжение на его электродах всегда остается неизменным), а значит и грани объекта в контакте с ним. Сигнал напряжения обратной связи U на выходе усилителя 5 пропорциональный мощности теплового потока поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (а.ц.п.) контроллера 7 для цифровой обработки.Non-ferrous metals are best suited for radiator material due to their high thermal conductivity: copper - thermal conductivity 401 W/ (m⋅K), silver - 430 W/ (m⋅K), gold -317 W/ (m⋅K), and even aluminum - 237 W/ (m⋅K). But in practice, copper is the best choice. Thanks to heat recovery from the end parts of the object in the radiator, heat from the input and output of an extended object (length to width ratio is more than 7:1, and preferably 10:1) practically does not reach the middle part of the object, where one heat receiver with variable level of the receiving pad to provide either contact or clearance with the edge of the object. Another case is two stationary receivers - one in contact and the other without contact with the object. The object is preferably a prismatic or cylindrical object. The non-contact receiver is separated by a spatial gap in the form of a gap and receives background scattered laser radiation from the object, the same as the contact one. Air is a good heat insulator if heat transfer by convection currents is neglected or cut off. For this, you can use another gas, for example nitrogen or argon, or a mixture of gases, if necessary to work with a hygroscopic object. The difference between the measured heat fluxes by a contact receiver and a non-contact receiver is the required heat loss power P for determining the optical absorption coefficient using formula (1). It is convenient to work with a prismatic object of square or rectangular cross-section, while a cylinder will require a cradle to increase the contact contact with the receiving pad. Heat-conducting paste or gel are also suitable, but they can contaminate the object and cannot always be washed. It is also desirable that the prism have polished side edges, rather than matte, to prevent secondary absorption with uncontrolled heat release. To measure the COP of the order of 10 ^-6 cm ^-1 (1 ppm cm ^-1 ) with an error of 10%, it is necessary to measure power at a level of 10 ^-7 W with a thermal radiation receiver. For this purpose, a receiver based on Peltier elements in the design of a thermoelectric converter 1 - TEK is suitable (Fig.1) with a known calibration characteristic. It is usually used in technology as a refrigerator, in thermodynamics it is called a heat pump, and is widely used for cooling microprocessors. The fuel and energy complex has a receiving cooled ceramic platform 2 and a heating platform 3 from which the heat is recovered into the radiator at a certain direction of the electric current; when the direction of the current changes, reverse heat release occurs. When area 1 is heated, as a result of receiving a heat flow, a voltage (or current) appears on the open electrodes of the fuel and energy complex, which can be amplified by amplifier 4 and measured, and the amplitude of the signal is proportional to the power of the received heat flow Po. This is the so-called passive operating mode of the fuel and energy complex. Let us define such inclusion of the fuel and energy complex as - fuel and energy complex in a passive operating mode and denote it as mode “u” with voltage amplifier 4: the 5 K switch is open. If the fuel and energy complex is in the active operating mode, then we will denote it as “i” amplifier 4 is switched on with feedback current: key K is closed, feedback resistor R 6 is connected, a current equal to U / R flows through it, where 11 is the voltage at the amplifier output, proportional to the power of the received heat flow. In the active mode with current feedback, heating of heat-receiving area 2 does not occur, since the current generated by the feedback does not allow area 2 of the fuel and energy complex to warm up (the voltage on its electrodes always remains unchanged), and therefore the edges of the object in contact with it. The feedback voltage signal U at the output of amplifier 5, proportional to the power of the heat flow, is supplied to the input of the analog-to-digital converter (ADC) of controller 7 for digital processing.

Перед измерением мощности теплового потока в пассивном и активном режимах работы ТЭК необходимо провести его калибровку по эталонному источнику тепла. Для этого удобно использовать плоский керамический резистор для поверхностного монтажа, который устанавливают на ТЭК и подключают к источнику напряжения или тока. В резисторе выделяется тепловая мощность (Джоулевое тепло) и тем самым, сопоставляя ее с сигналом усиленного напряжения на ТЭК, на входе а.ц.п. контроллера 7, в режимах "i" и "u", определяют крутизны Ki и Ku, соответственно, его характеристик в единицах [Вт/бит], где бит - это единица разрядности а.ц.п. (совсем не обязательно крутизну выражать в [Вт/В], это только нагружает процесс вычисления).Before measuring the heat flow power in passive and active operating modes of a fuel and energy complex, it is necessary to calibrate it against a reference heat source. To do this, it is convenient to use a flat ceramic resistor for surface mounting, which is installed on the fuel and energy complex and connected to a voltage or current source. Thermal power (Joule heat) is released in the resistor and, thus, comparing it with the amplified voltage signal on the fuel and energy complex, at the input of the ADC. controller 7, in modes “i” and “u”, determine the slopes Ki and Ku, respectively, of its characteristics in units of [W/bit], where a bit is a unit of ADC bit capacity. (it is not at all necessary to express the slope in [W/V], this only loads the calculation process).

Отсутствие разогрева контакта объекта и ТЭК с обратной связью по току - это важный фактор, благодаря ему устанавливаются фиксированные граничные условия для распространения теплового потока от лазерного луча из объема объекта до границы с ТЭК, фиксируется градиент температуры, и баланс тепловых потоков достигается раньше, чем в пассивном режиме. Например для ТЭК размером 5×5 мм², этот момент баланса может наступить раньше на 6 - 15 с в зависимости от размера объекта и площади контакта с радиатором. Кроме того, при отсутствии разогрева объекта отсутствуют тепловые потери в окружающую среду, тепловой насос работает как идеальный инструмент. Но это в идеале, поскольку ТЭК имеет контакт не по всей поверхности объекта, то разогрев в других местах все же происходит, и следовательно, потери имеют место быть. Для сравнения можно указать, что для призмы плавленого кварца 20 × 3,4 × 3 мм³ при установке на площадку радиатора с тремя указанными выше ТЭК тепловые потери составляют 10 и 13% в режимах "i" и "u", соответственно.The absence of heating of the contact between the object and the fuel and energy complex with current feedback is an important factor; thanks to it, fixed boundary conditions are established for the propagation of the heat flow from the laser beam from the volume of the object to the boundary with the fuel and energy complex, the temperature gradient is fixed, and the balance of heat fluxes is achieved earlier than in passive mode. For example, for a fuel cell measuring 5×5 mm ² , this moment of balance may occur earlier by 6 - 15 s, depending on the size of the object and the area of contact with the radiator. In addition, if the object is not heated, there is no heat loss to the environment; the heat pump works as an ideal tool. But this is ideal, since the fuel and energy complex does not have contact over the entire surface of the object, heating still occurs in other places, and therefore losses occur. For comparison, we can indicate that for a fused quartz prism 20 × 3.4 × 3 mm ³ when installed on a radiator platform with the three above-mentioned fuel and energy complexes, the heat losses are 10 and 13% in modes “i” and “u”, respectively.

Таким образом существенно, что в устройстве для измерения КОП и в способе используют приемник с известной калибровочной характеристикой для измерения мощности теплового потока на основе термо-электрического конвертера (ТЭК) с элементами Пельтье и с выходным пассивным сигналом в виде термо-электрического напряжения или тока, или с активной обратной связью по току для компенсации разогрева контакта объекта с приемной площадкой ТЭК.Thus, it is essential that the device for measuring COP and the method use a receiver with a known calibration characteristic for measuring the heat flow power based on a thermo-electric converter (TEC) with Peltier elements and with a passive output signal in the form of thermo-electric voltage or current, or with active current feedback to compensate for the heating of the contact of the object with the receiving platform of the fuel and energy complex.

Важным условием проведения измерений установившихся тепловых потоков в калориметре как до начала засветки лазером объекта так и в следующие моменты является отсутствие дрейфа принимаемого сигнала, а если он есть, то дрейф учитывают при обработке сигнала. Что касается нагрева объекта, то для определения КОП важно, чтобы объект разогрелся до уровня баланса поглощенной мощности и переданной окружающим телам, это так называемый стационарный режим измерения тепловых потоков. Имея переходную характеристику нарастания мощности на ТЭК во времени, можно выделить два характерных экспоненциальных участка: 1 - отклик длительностью, например, 20-25 сек вначале разогрева, это реакция на тепловой фронт, дошедший от оси лазерного луча до приемника - расстояние равно половине ширины объекта; 2 - отклик длительностью от 25 с до насыщения сигнала, связан с приходом тепловых фронтов от входа и выхода луча в объекте - расстояние равно половине длины объекта. Поэтому, утилизируя тепло на входной и выходной гранях объекта, до средней его части, где происходит измерение это тепло не доходит. Имея разностный сигнал Po-Pf в области насыщения, можно вычислить и КОП. Также можно вычислить КОП по этой разности на участке экспоненциального роста до того, как придет фронт возможно неутилизированного в радиаторе тепла со входа/выхода луча, однако для достижения точности потребуется экстраполяция этого участка в область насыщения для определения амплитуды насыщения и вычисления разности Po-Pf, равной искомой мощности Р (1).An important condition for measuring steady-state heat fluxes in the calorimeter both before the laser illuminates the object and at subsequent moments is the absence of drift of the received signal, and if there is any, the drift is taken into account when processing the signal. As for heating an object, to determine the COP, it is important that the object warms up to the level of balance of absorbed power and transferred to surrounding bodies, this is the so-called stationary mode of measuring heat flows. Having a transient characteristic of the increase in power at the fuel and energy complex over time, we can distinguish two characteristic exponential sections: 1 - a response lasting, for example, 20-25 seconds at the beginning of heating, this is a reaction to the thermal front that has reached from the axis of the laser beam to the receiver - the distance is equal to half the width of the object ; 2 - response lasting from 25 s until signal saturation, associated with the arrival of thermal fronts from the input and output of the beam in the object - the distance is equal to half the length of the object. Therefore, while utilizing heat on the input and output faces of the object, this heat does not reach its middle part, where the measurement takes place. Having the Po-Pf difference signal in the saturation region, the COP can also be calculated. It is also possible to calculate the COP from this difference in the section of exponential growth before the front of possibly unutilized heat in the radiator arrives from the input/output of the beam, however, to achieve accuracy, it will be necessary to extrapolate this section to the saturation region to determine the saturation amplitude and calculate the difference Po-Pf, equal to the required power P (1).

Поэтому существенно, что в способе измерение разности тепловых потоков двух приемников проводят в установившихся во времени тепловых потоках - до включения, в момент выключения лазера и по окончании охлаждения или не дожидаясь завершения разогрева, когда измеряют разность тепловых потоков двух приемников спустя промежуток времени после включения лазера, который меньше, чем время распространения теплового фронта со входа или выхода луча к приемнику суммарного тепла.Therefore, it is essential that in the method, the measurement of the difference in heat fluxes of two receivers is carried out in heat fluxes that are steady in time - before turning on, at the moment of turning off the laser and at the end of cooling or without waiting for the completion of heating, when the difference in heat fluxes of two receivers is measured after a period of time after turning on the laser , which is less than the time of propagation of the thermal front from the input or output of the beam to the receiver of the total heat.

На фиг.2 представлен лазерный калориметр для измерения коэффициента оптического поглощения объекта 8 из оптически прозрачного материала, содержащий:Figure 2 shows a laser calorimeter for measuring the optical absorption coefficient of an object 8 made of an optically transparent material, containing:

- металлический радиатор 9, монтируемый на платформе 10;- metal radiator 9 mounted on platform 10;

- экранирующий электромагнитный, в том числе инфракрасный, фон экран 11, прикрывающий радиатор и снабженный оптическими окнами 12 и 13, по входу и выходу, соответственно, для прохождения лазерного луча 14;- shielding electromagnetic, including infrared, background screen 11, covering the radiator and equipped with optical windows 12 and 13, at the input and output, respectively, for the passage of the laser beam 14;

- площадку радиатора для установки объекта 8 и утилизации части тепла с его концов в радиаторе непосредственно и/или через высоко теплопроводящую прокладку 15 и/или через термоэлектрический конвертер;- a radiator platform for installing an object 8 and recycling part of the heat from its ends in the radiator directly and/or through a highly heat-conducting gasket 15 and/or through a thermoelectric converter;

- по меньшей мере один ТЭК 1 в качестве приемника мощности теплового потока в средней зоне площадки радиатора, с известной калибровочной характеристикой и с выходным пассивным сигналом в виде термо-электрического напряжения, или с активной обратной связью по току для компенсации разогрева приемной площадки ТЭК. ТЭК 1 неподвижен относительно радиатора и с помощью прокладки 15 можно приподнять над ним объект и провести бесконтактное измерение мощности теплового потока Pf, дополнительно к контактному случаю, когда измеряют суммарную мощность теплового потока Ро из средней части объекта. Типичный зазор 0,5-1 мм, его достаточно для приема излучения в той же апертуре ТЭК из средней части объекта. Однако, требуется дважды нагреть объект лазерным лучом с переустановкой объекта на другой уровень.- at least one fuel cell 1 as a heat flow power receiver in the middle zone of the radiator platform, with a known calibration characteristic and with a passive output signal in the form of thermo-electric voltage, or with active current feedback to compensate for the heating of the fuel cell receiving platform. TEC 1 is stationary relative to the radiator and with the help of gasket 15 it is possible to lift an object above it and carry out a non-contact measurement of the heat flow power Pf, in addition to the contact case, when the total heat flow power Po from the middle part of the object is measured. A typical gap is 0.5-1 mm, which is sufficient to receive radiation in the same aperture of the fuel cell from the middle part of the object. However, it is required to heat the object twice with a laser beam and reset the object to another level.

На фиг.3 ТЭК установлен на подвижную по оси Y часть 17 радиатора 9 и имеет возможность контактировать с объектом, либо нет. Не требуется переустановка объекта. Необходимо провести два измерения мощности принимаемого теплового сигнала от объекта без контакта - Pf и в контакте - Ро с ТЭК. Измерение КОП можно выполнить и за один нагрев, если вначале ТЭК не контактирует и принимает только фоновое лазерное излучение Pf, а затем контактирует и принимает суммарный тепловой поток Ро. Разогрев ТЭК бесконтактно происходит за -25 с, что в несколько раз меньше времени установления теплового потока в контактном случае от 60 с и более.In Fig. 3, the fuel cell is installed on the part 17 of the radiator 9 that is movable along the Y axis and has the ability to contact the object or not. No object reinstallation required. It is necessary to carry out two measurements of the power of the received thermal signal from an object without contact - Pf and in contact - Po with the fuel and energy complex. The COC measurement can also be performed during one heating, if at first the fuel cell is not in contact and receives only the background laser radiation Pf, and then it is in contact and receives the total heat flux Po. Heating of the fuel and energy complex without contact occurs in -25 s, which is several times less than the time required to establish the heat flow in the contact case of 60 s or more.

Наличие двух ТЭК, один из которых бесконтактный, упрощает процесс измерения разности сигналов ТЭК Po-Pf и она может быть найдена за один разогрев объекта лазерным лучом. На фиг.4 представлена схема лазерного калориметра с двумя неподвижными по одну сторону объекта ТЭК, расположенными в средней зоне приемной площадки радиатора, что позволяет провести измерение КОП за один нагрев объекта лазерным лучом, определив разность показаний контактного и бесконтактного ТЭК.The presence of two TEC, one of which is non-contact, simplifies the process of measuring the difference between the Po-Pf TEC signals and it can be found in one heating of the object with a laser beam. Figure 4 shows a diagram of a laser calorimeter with two FEC stationary on one side of the object, located in the middle zone of the radiator receiving platform, which makes it possible to measure the COP during one heating of the object with a laser beam, determining the difference in the readings of the contact and non-contact FEC.

Существенно, что в лазерном калориметре в средней зоне площадки радиатора содержится по меньшей мере два ТЭК в качестве приемников мощности теплового потока, причем один из них имеет общий уровень с площадкой, а другой находится либо ниже ее уровня, либо сбоку, либо над ней, причем радиатор изготовлен из цветного металла с теплопроводностью более 200 Вт/ (м К), а экран содержит окна, просветленные на длине волны лазерного излучения.It is important that the laser calorimeter in the middle zone of the radiator platform contains at least two fuel cells as heat flux power receivers, one of them having a common level with the platform, and the other located either below its level, or on the side, or above it, and The radiator is made of non-ferrous metal with a thermal conductivity of more than 200 W/ (m K), and the screen contains windows coated at the wavelength of laser radiation.

На фигурах 5-10 показаны варианты расположения приемников ТЭК в контакте и без контакта с односторонним и двухсторонним расположением. В случае фиг.5 в объекте 8 фиксируется полная поглощенная суммарная мощность без утилизации в радиаторе. Такое измерение дает понять на сколько качественная полировка входной/выходной грани объекта по величине выделяемой тепловой мощности в сравнении со случаем фиг.6, когда есть утилизация тепла в радиатор. Схемы фиг.6 и 8 удобно использовать в силу симметрии два бесконтактных ТЭК для одного контактного, когда вычисляют средний фон Pf и сравнивают фоны лазерного излучения слева P_fL и справа P_fR, по которым судят о качестве объекта по входу и выходу луча. Другие варианты расположения ТЭК представлены на фигурах 9 и 10 (схематичная связь 18 - тепловая), а также в поперечном сечении радиатора на фигурах 11 -15 с использованием оптического фильтра 19 в зазоре с ТЭК 1. При установке объекта на площадку радиатора и на контактный ТЭК может быть использована высоко теплопроводящая прокладка для увеличения площади соприкосновения и теплового потока отводимого от объекта в виде плоской пластины 15 или ложемента 20 (фиг.15 - положение цилиндрического объекта в ложементе), а также высоко теплопроводящая паста, в частности КПТ-8, КПТ- 19 и друге подобные.Figures 5-10 show options for arranging TEC receivers in contact and without contact with one-sided and two-sided placement. In the case of Fig.5, in object 8 the total absorbed total power is recorded without disposal in the radiator. This measurement makes it clear how high-quality the polishing of the input/output face of the object is in terms of the amount of thermal power released in comparison with the case of Fig. 6, when there is heat recovery into the radiator. Schemes of Figs. 6 and 8 are convenient to use due to the symmetry of two non-contact fuel and energy complexes for one contact one, when the average background Pf is calculated and the backgrounds of laser radiation on the left P _fL and on the right P _fR are compared, by which the quality of the object is judged by the input and output of the beam. Other options for the location of the fuel cell are presented in figures 9 and 10 (schematic connection 18 - thermal), as well as in the cross section of the radiator in figures 11 - 15 using an optical filter 19 in the gap with the fuel cell 1. When installing the object on the radiator platform and on the contact fuel cell a highly heat-conducting gasket can be used to increase the contact area and the heat flow removed from the object in the form of a flat plate 15 or cradle 20 (Fig. 15 - the position of a cylindrical object in the cradle), as well as a highly thermally conductive paste, in particular KPT-8, KPT- 19 and others like that.

Существенно, что в лазерном калориметре используют высоко теплопроводящую прокладку 15 в виде плоского или имеющего кривизну поверхности ложемента 20.It is important that the laser calorimeter uses a highly thermally conductive gasket 15 in the form of a flat or having a curvature surface cradle 20.

Существенно для способа, что радиатор 9 утилизирует тепло со стороны любой боковой грани объекта следующим способом: непосредственно через контакт с радиатором, и/или через высоко теплопроводящую прокладку 15, и/или через ТЭК 1, и/или через теплопроводящую пасту, и/или гель, причем приемные площадки тепловых потоков находятся в параллельных плоскостях снизу (фиг.4) и/или сверху (фиг.7-10), и/или в ортогональных (фиг.11, 12).It is essential for the method that the radiator 9 utilizes heat from any side face of the object in the following way: directly through contact with the radiator, and/or through a highly heat-conducting gasket 15, and/or through the fuel and energy complex 1, and/or through heat-conducting paste, and/or gel, and the receiving areas of heat flows are in parallel planes from below (Fig. 4) and/or from above (Figs. 7-10), and/or in orthogonal ones (Figs. 11, 12).

Следует отметить, что на фигурах 10, 14, 15 в зазоре 16 используют оптический фильтр прозрачный для лазерного излучения и препятствующий влиянию конвекционных потоков на бесконтактные приемники тепла. Зазор 16 может быть воздушным, или заполнен азотом, или аргоном, у которого в 2 раза ниже теплопроводность. Это важно как с целю минимизации тепловых потерь в окружающую газовую среду, так и обеспечение условий измерений КОП в гигроскопичных объектах.It should be noted that in figures 10, 14, 15, in the gap 16, an optical filter is used that is transparent to laser radiation and prevents the influence of convection currents on non-contact heat receivers. The gap 16 can be air, or filled with nitrogen, or argon, which has 2 times lower thermal conductivity. This is important both for the purpose of minimizing heat losses into the surrounding gaseous environment and for ensuring conditions for measuring OPC in hygroscopic objects.

В качестве оптических фильтров могут быть использован тот, который пропускает лазерное излучение из следующего ряда: кристаллы - калий бромистый - KBr, Натрий хлористый - NaCl, Калий хлористый - KCl, йодид цезия- CsI, кальций фтористый -CaF2, барий фтористый - BaF2, литий фтористый - LiF, магний фтористый - MgF2, селенид цинка - ZnSe, лейкосапфир - Al2O3, кремний - Si, германий - Ge. а также стекло оптическое бесцветное (К8, ЛК5, ТФ10 и др.), кварцевое стекло (КУ-1, КУ-2, KB, КИ).As optical filters, one can be used that transmits laser radiation from the following series: crystals - potassium bromide - KBr, Sodium chloride - NaCl, Potassium chloride - KCl, cesium iodide - CsI, calcium fluoride - CaF2, barium fluoride - BaF2, lithium fluoride - LiF, magnesium fluoride - MgF2, zinc selenide - ZnSe, leucosapphire - Al2O3, silicon - Si, germanium - Ge. as well as colorless optical glass (K8, LK5, TF10, etc.), quartz glass (KU-1, KU-2, KB, KI).

Существенно, что в лазерном калориметре на входе одного из приемников имеется оптический фильтр, прозрачный на длине волны лазерного излучения и препятствующий проникновению конвекционных потоков к приемнику.It is important that the laser calorimeter at the input of one of the receivers has an optical filter that is transparent at the wavelength of laser radiation and prevents the penetration of convection currents to the receiver.

В случае контакта ТЭК с объектом, будет принят суммарный тепловой поток Ро из объема объекта, тогда как при отсутствии контакта, при наличии, например воздушного зазора, будет принят только тепловой сигнал в виде фонового рассеянного лазерногоIn the case of contact of the fuel cell with the object, the total heat flux Po from the volume of the object will be received, whereas in the absence of contact, in the presence, for example, of an air gap, only the thermal signal will be received in the form of a background scattered laser

излучения Pf. Баланс установившихся тепловых потоков можно записать какradiation Pf. The balance of steady-state heat flows can be written as

где Р - искомая мощность теплового потока как результат поглощения лазерного излучения в объеме объекта, х - неутилизированная часть принятой мощность теплового потока X на входной и выходной гранях объекта. Назначение радиатора состоит не только в отводе тепла от ТЭК, но и, главное, в утилизации X, вплоть до нуля х = 0. Тогда из (2) определяется разность тепловых потоков Р = Ро - Pf при двух положениях ТЭК - контактном и бесконтактном в процессе нагрева и вычисляется КОП по формуле (1). Конечно, обнулить х можно только в теории, но на практике через некоторое время тепловой фронт все же достигнет середины объекта, однако если малая часть X дойдет до приемника тепла в виде х до ею можно пренебречь если величина х/ Р < 0,1 - не превосходит погрешность измерений. Кроме того есть возможность не дожидаясь момента прихода фронта тепла от концов произвести вычисление КОП на начальном участке экспоненциального роста Р за вычетом значения фоновой составляющей Pf до прихода фронта, о чем будет указано ниже.where P is the desired heat flow power as a result of absorption of laser radiation in the volume of the object, x is the unutilized part of the accepted heat flow power X on the input and output faces of the object. The purpose of the radiator is not only to remove heat from the fuel and energy complex, but also, most importantly, to utilize X, down to zero x = 0. Then from (2) the difference in heat flows P = Po - Pf is determined for two positions of the fuel and energy complex - contact and non-contact in heating process and the COP is calculated using formula (1). Of course, it is possible to reset x only in theory, but in practice, after some time the heat front will still reach the middle of the object, however, if a small part of X reaches the heat receiver in the form of x, it can be neglected if the value of x/P < 0.1 is not exceeds the measurement error. In addition, it is possible, without waiting for the arrival of the heat front from the ends, to calculate the COP in the initial section of the exponential growth of P minus the value of the background component Pf before the arrival of the front, which will be discussed below.

Таким образом существенно, что в предложенном с способе измерение разности тепловых потоков двух приемников проводят в установившихся во времени тепловых потоках - до включения, в момент выключения лазера и по окончании охлаждения или не дожидаясь завершения разогрева, когда измеряют разность тепловых потоков двух приемников спустя промежуток времени после включения лазера, который меньше, чем время распространения теплового фронта со входа или выхода луча к приемнику суммарного тепла.Thus, it is significant that in the method proposed, the measurement of the difference in heat fluxes of two receivers is carried out in heat fluxes that are steady in time - before turning on, at the moment of turning off the laser and after the end of cooling or without waiting for the completion of heating, when the difference in heat fluxes of two receivers is measured after a period of time after turning on the laser, which is less than the time of propagation of the thermal front from the input or output of the beam to the receiver of the total heat.

Для того, чтобы оценить мощность X со входа и выхода объекта, которая присутствует в принимаемом суммарном тепловом потоке Ро достаточно провести измерения по схеме фиг.5, например, с тремя ТЭК с прокладками 15 и без них - в контакте концов объекта с радиатором. Разность полученных суммарных мощностей примерно равна X. Традиционное измерение КОП в лазерном калориметре по схеме фиг.5, как по суммарному тепловому сигналу, ведет к значительной погрешности, погрешность может превышать реальный КОП до 10 раз. Наличие утилизации тепла на концах объекта существенно уменьшает X в 50 - 100 раз, и погрешность определения КОП может быть в пределах 10%.In order to estimate the power X from the input and output of the object, which is present in the received total heat flow Po, it is enough to carry out measurements according to the scheme of Fig. 5, for example, with three fuel cells with and without gaskets 15 - in contact of the ends of the object with the radiator. The difference in the resulting total powers is approximately equal to X. Traditional measurement of the COP in a laser calorimeter according to the scheme of Fig. 5, as from the total thermal signal, leads to a significant error; the error can exceed the real COP up to 10 times. The presence of heat recovery at the ends of the object significantly reduces X by 50 - 100 times, and the error in determining the COP can be within 10%.

На фиг.16 представлена блок-схема лазерной калориметрической системы для измерения коэффициента оптического поглощения объекта 8 из оптически прозрачного материала на оптическом столе 21 с механизмами пространственной юстировки устройств на нем установленных, а именно содержащая:Figure 16 shows a block diagram of a laser calorimetric system for measuring the optical absorption coefficient of an object 8 made of optically transparent material on an optical table 21 with mechanisms for spatial adjustment of devices installed on it, namely containing:

- управляемый лазер 22 по средней мощности излучения и времени включения/выключения, с волоконным выводом 24 излучения и излучателем коллимированного луча 23 на выходе;- controlled laser 22 by average radiation power and on/off time, with a fiber radiation output 24 and a collimated beam emitter 23 at the output;

- экранирующий электромагнитный, в том числе инфракрасный, фон экран И, прикрывающий радиатор и снабженный оптическими окнами по входу и выходу (13, 14, фиг.2);- shielding electromagnetic, including infrared, background screen I, covering the radiator and equipped with optical windows at the input and output (13, 14, Fig. 2);

- площадку радиатора для установки объекта и утилизации части тепла с его концов в радиаторе непосредственно и/или через высоко теплопроводящую прокладку 15, и/или через термоэлектрический конвертер 1 (ТЭК);- a radiator platform for installing the object and recycling part of the heat from its ends in the radiator directly and/or through a highly heat-conducting gasket 15, and/or through a thermoelectric converter 1 (TEC);

- измеритель мощности 25 лазерного излучения за пределами экрана 11;- laser radiation power meter 25 outside the screen 11;

- на платформе снаружи экрана или отдельно расположенный электронный модуль контроллера 26 для связи 27 с приемниками тепловых потоков, усиления их сигналов, обеспечения пассивного или активного режимов измерения ТЭК и управления 28 лазером в процессе измерений, для обработки цифровых данных с учетом данных 29 измерителя мощности лазерного излучения и визуализации результатов 30 на мониторе компьютера 31.- on a platform outside the screen or a separately located electronic controller module 26 for communication 27 with heat flux receivers, amplification of their signals, providing passive or active modes for measuring fuel and energy complex and controlling 28 the laser during the measurement process, for processing digital data taking into account the data 29 of the laser power meter radiation and visualization of results 30 on a computer monitor 31.

В качестве примера осуществления изобретения изготовлен лазерная калориметрическая система, фиг 16. Медный радиатор - в виде фиг.10. Такая конструкция более, чем достаточна для проведения измерений в различных конфигурациях, например фиг.5 и 6. В качестве ТЭК использован термоэлектрический модуль ТВ-18-0.45-1.3 (изготовитель: КРИОТЕРМ 197348, Россия, Санкт-Петербург, Аэродромная л. 6, Email: [email protected]. Экран имел просветленные кварцевые окна на длине волны волоконного лазера 1,06 мкм, лазер с управляемой мощностью до 10 Вт (изготовитель: ООО НТО «ИРЭ-Полюс, г. Фрязино, РФ». Контроллер выполнен на основе микроконтроллера C8051F350 с восемью 24-битными дельта-сигма а.ц.п. и девятым - внутренним для контроля температуры. Усилитель 4 напряжения/тока фиг.1 выполнен на основе микросхемы AD620A, R =2 кОм, ключ К - электронный. Каждый ТЭК прокалиброван по эталонному резистору и мощности Джоулевых потерь около 600 мкВт, использован резистор для поверхностного монтажа с нихомовыми подводящими проводами диаметром 100 мкм. Измеритель мощности Newport (США), модель 1918-R. Программное обеспечение полностью автоматизировало процесс измерения и вывод на экран монитора в реальном времени шести а.ц.п. и результатов обработки разностных сигналов контактного и бесконтактного ТЭК. Если использовались 2 бесконтактных ТЭК, то результат усреднялся, фиг.6.As an example of the invention, a laser calorimetric system was made, Fig. 16. A copper radiator - in the form of Fig. 10. This design is more than sufficient for carrying out measurements in various configurations, for example, Figs. 5 and 6. The thermoelectric module TV-18-0.45-1.3 (manufacturer: KRYOTERM 197348, Russia, St. Petersburg, Aerodromnaya l. 6, Email: [email protected] The screen had coated quartz windows at a fiber laser wavelength of 1.06 microns, a laser with a controlled power of up to 10 W (manufacturer: LLC NTO IRE-Polyus, Fryazino, RF. The controller was made on based on the C8051F350 microcontroller with eight 24-bit delta-sigma ADCs and a ninth internal one for temperature control. Voltage/current amplifier 4 of Fig. 1 is based on the AD620A microcircuit, R = 2 kOhm, key K is electronic. Each The fuel cell is calibrated using a reference resistor and a Joule loss power of about 600 μW, a surface mount resistor with nichom lead wires with a diameter of 100 μm is used. Power meter Newport (USA), model 1918-R. The software fully automates the measurement process and displays it on the monitor screen in real time six A.D.P. and the results of processing difference signals of contact and non-contact fuel and energy complex. If 2 contactless TECs were used, then the result was averaged, Fig.6.

Проведены измерения в объекте плавленого кварца в виде квадратной призмы 30×4×4 мм длиной 30 мм, с полированными гранями без просветления, коэффициент отражения k=0,035. Измерения КОП проводились в 2-х режимах "i" и "u" для их сравнения.Measurements were carried out in a fused quartz object in the form of a square prism 30×4×4 mm, 30 mm long, with polished edges without antireflection, reflection coefficient k = 0.035. COP measurements were carried out in 2 modes “i” and “u” for their comparison.

Сначала выполнена схема измерений фиг.5 и найдена мощность суммарная Ро в режимах "i" 100 и "u" 200 (фиг.17), выделяемая во всем объекте и принятая тремя ТЭК. Цель показать к какой ошибочной величине можно прийти при расчете КОП, если пользоваться традиционным подходом без учета составляющих теплового потока: собственного поглощения в объеме, поглощения на входе/выходе и фонового рассеянного лазерного излучения. Расчетная формула КОП аFirst, the measurement scheme of Fig. 5 was carried out and the total power Po was found in modes “i” 100 and “u” 200 (Fig. 17), allocated throughout the entire facility and received by three fuel and energy complexes. The goal is to show what erroneous value can be reached when calculating the COP if one uses the traditional approach without taking into account the components of the heat flow: intrinsic absorption in the volume, absorption at the input/output and background scattered laser radiation. Calculation formula for COP a

Где P_L - мощность лазерного излучения на измерителе мощности Newport, L - длина на которой выделяется принятая мощность Ро.Where P _L is the laser radiation power on the Newport power meter, L is the length at which the received power Po is released.

Что и следовало ожидать - во первых, наличие обратной связи по току не дает разогреться контактной грани ТЭК (значит градиент температуры не уменьшается, следовательно поток тепла не уменьшается по закону Фурье), а также уменьшает тепловые потери в воздух, во вторых, КОП значительно завышен примерно в 5 раз, что будет показано ниже с использованием изобретения.What was to be expected - firstly, the presence of current feedback prevents the contact face of the fuel cell from heating up (which means the temperature gradient does not decrease, therefore the heat flow does not decrease according to Fourier’s law), and also reduces heat losses into the air, and secondly, the COP is significantly overestimated approximately 5 times, which will be shown below using the invention.

Далее применена схема фиг.6 - объект установлен на площадку радиатора, концы и средняя часть в контакте, два ТЭК бесконтактные измеряют фон рассеянного лазерного излучения из объема кварца. Результаты измерений мощности тепловых потоков Ро и Pf представлены на фиг.18 в режимах "i" 100 и "u" 100, 101 и 200, 201, соответственно. Вычисления за вычетом фона по формулеNext, the diagram of Fig. 6 is applied - the object is installed on the radiator platform, the ends and the middle part are in contact, two non-contact TECs measure the background of scattered laser radiation from the volume of quartz. The results of measuring the power of heat flows Po and Pf are presented in Fig. 18 in modes “i” 100 and “u” 100, 101 and 200, 201, respectively. Calculations minus the background using the formula

на длине принятого теплового фронта L = 1,5 см даютat the length of the accepted thermal front L = 1.5 cm give

Что и следовало ожидать - во первых, наличие обратной связи по току не дает разогреться контактной грани ТЭК и уменьшает тепловые потери в воздух, и во вторых видно, что в сравнении с результатом определения КОП в предыдущем традиционном измерении, завышение составляет примерно в 5 раз, формула (3).What was to be expected - firstly, the presence of current feedback prevents the contact face of the fuel cell from heating up and reduces heat losses to the air, and secondly, it is clear that in comparison with the result of determining the COP in the previous traditional measurement, the overestimation is approximately 5 times, formula (3).

Определим КОП по способу, когда для расчета используют экспоненциальный участок роста Ро за время, кода тепловые фронты со входа или выхода не успели дойти то середины объекта, где расположен приемник (фигуры 19, 20).Let's determine the COP by the method when the calculation uses the exponential portion of the growth of Po during the time when thermal fronts from the input or output did not have time to reach the middle of the object where the receiver is located (figures 19, 20).

Фиг. 19 - активный режим ТЭК "i". Видно, что на интервале t = 0-25 с аппроксимация кривой 104 как Е1 = 750000 * (1 - ехр (0,10 - t / 12)) совпадает с ростом Ро, (амплитуда Е1) = 750000 нВт. 102 и 103 - мощность фонового излучения слева и справа от середины P_fL и P_fR, соответственно, в расчете КОП α (4) используют их среднее значение и вместо Ро подставляем амплитуду Е1.Fig. 19 - active mode of fuel and energy complex "i". It can be seen that in the interval t = 0-25 s the approximation of curve 104 as E1 = 750000 * (1 - exp (0.10 - t / 12)) coincides with the increase in Po, (amplitude E1) = 750000 nW. 102 and 103 - background radiation power to the left and right of the middle P _fL and P _fR , respectively; in calculating the COP α (4), their average value is used and instead of Po we substitute the amplitude E1.

Фиг. 20 - пассивный режим ТЭК "u". Видно, что на интервале t = 0-25 с аппроксимация кривой как Е2 = 645000 * (1 - ехр (0,11 - t / 12)) совпадает с ростом Ро, (амплитуда Е2) = 645000 нВт. 202 и 203 - мощность фонового излучения слева и справа от середины P_fL и P_fR, соответственно, в расчете КОП α (4) используют их среднее значение и вместо Ро подставляем амплитуду Е2.Fig. 20 - passive mode of fuel and energy complex "u". It can be seen that in the interval t = 0-25 s the approximation of the curve as E2 = 645000 * (1 - exp (0.11 - t / 12)) coincides with the increase in Po, (amplitude E2) = 645000 nW. 202 and 203 - background radiation power to the left and right of the middle P _fL and P _fR , respectively; in calculating the COP α (4), their average value is used and instead of Po we substitute the amplitude E2.

Тогда вычисления а за вычетом фона по формуле (4) на длине принятого теплового фронта L=1,5 см даютThen calculations of a minus the background according to formula (4) at the length of the accepted thermal front L = 1.5 cm give

Здесь аналогичная картина - в активном режиме, при наличии обратной связи по току, ТЭК не дает разогреться контактной грани и уменьшает тепловые потери в воздух, результат можно считать более достоверным, чем просто измерение напряжения в пассивном режиме. Отметим, что разность Ро - Е1 на конечном участке нагрева на 124 с (фиг.19) равна принятой мощности контактным ТЭК за счет ограниченной (не полной) утилизации тепла на радиаторе и равна х = 15 мкВт. Можно оценить долю этого неутилизированного тепла радиатором в активном режиме работы ТЭК, дошедшую до середине объекта:Here the picture is similar - in the active mode, in the presence of current feedback, the fuel and energy complex prevents the contact edge from heating up and reduces heat loss to the air, the result can be considered more reliable than simply measuring voltage in the passive mode. Note that the difference Po - E1 at the final heating section at 124 s (Fig. 19) is equal to the received power by the contact fuel and energy complex due to limited (not complete) heat recovery on the radiator and is equal to x = 15 μW. It is possible to estimate the share of this unrecovered heat by the radiator in the active operating mode of the fuel and energy complex, which reached the middle of the object:

х/(565 мкВт Ро(фиг.17) - 90 мкВт Ро(фиг.18))*100% = 3,2% - такая доля тепла дошла до приемника тепла со входа и выхода луча в объекте.x/(565 μW Po (Fig. 17) - 90 μW Po (Fig. 18)) * 100% = 3.2% - this fraction of heat reached the heat receiver from the input and output of the beam in the object.

Вывод: таким образом вычисление КОП для объекта из плавленого кварца на участке экспоненциального роста Ро до момента прихода теплового фронта от входной /выходной грани дает величинуConclusion: thus, calculating the COP for an object made of fused quartz in the area of exponential growth of Po until the arrival of the thermal front from the input/output face gives the value

тогда как в установившемся во времени тепловом потоке Ро присутствует конечное значение неутилизированной мощности х=15 мкВт иwhereas in the heat flux Po steady over time there is a finite value of unutilized power x = 15 μW and

необходимо непосредственно увеличить площадь соприкосновения с радиатором для более полной утилизации тепла, которое выделяется на входной/выходной грани данного объекта при поглощении лазерного излучения, или увеличить длину объекта.it is necessary to directly increase the area of contact with the radiator for more complete utilization of the heat that is released on the input/output face of a given object when absorbing laser radiation, or to increase the length of the object.

Изобретение открывает возможность корректного и более точного вычисления КОП в прозрачных материалах и может быть использовано для разработки нового стандарта измерения КОП.The invention opens up the possibility of correct and more accurate calculation of OPC in transparent materials and can be used to develop a new standard for OPC measurement.

Для специалистов в данной области техники должно быть очевидным, что изобретение не ограничено вариантами осуществления, представленными выше, и что в него могут быть включены изменения в пределах объема притязаний формулы изобретения. Отличительные особенности, представленные в описании совместно с другими отличительными особенностями, в случае необходимости, могут также быть использованы отдельно друг от друга.It will be apparent to those skilled in the art that the invention is not limited to the embodiments presented above, and that modifications may be included within the scope of the claims. The distinctive features presented in the description together with other distinctive features, if necessary, can also be used separately from each other.

Claims

1. Способ измерения коэффициента оптического поглощения в протяженном объекте из оптически прозрачного материала методом лазерной калориметрии, основанный на регистрации отношения поглощенной доли мощности лазерного излучения, выделяемой в объекте в виде тепла на единице длины, к мощности лазерного луча в объекте, отличающийся тем, что тепло, выделяемое на входной и выходной гранях объекта, утилизируют в радиаторе через концевые части по меньшей мере одной боковой грани объекта, а тепло из средней зоны объекта регистрируют по меньшей мере одним приемником теплового потока, причем в одном положении он имеет контакт с объектом и принимает суммарную мощность теплового потока из средней зоны объекта, а в другом - отделен от объекта пространственным промежутком в виде зазора и принимает только поток рассеянного лазерного излучения из этой же средней зоны объекта, тогда коэффициент оптического поглощения определяют из разности мощностей теплового потока при контакте и рассеянного лазерного излучения без контакта с приемником тепла, по отношению к мощности лазерного луча в объекте и к длине средней зоны объекта.1. A method for measuring the coefficient of optical absorption in an extended object made of an optically transparent material by laser calorimetry, based on recording the ratio of the absorbed fraction of laser radiation power released in the object in the form of heat per unit length to the power of the laser beam in the object, characterized in that the heat , released on the input and output faces of the object, is utilized in a radiator through the end parts of at least one side face of the object, and heat from the middle zone of the object is recorded by at least one heat flow receiver, and in one position it has contact with the object and receives the total the power of the heat flow from the middle zone of the object, and in the other, it is separated from the object by a spatial gap in the form of a gap and receives only the flow of scattered laser radiation from the same middle zone of the object, then the optical absorption coefficient is determined from the difference in the powers of the heat flow upon contact and the scattered laser radiation without contact with the heat receiver, in relation to the power of the laser beam in the object and to the length of the middle zone of the object.

2. Способ измерения коэффициента оптического поглощения в протяженном объекте из оптически прозрачного материала методом лазерной калориметрии, основанный на регистрации отношения поглощенной доли мощности лазерного излучения, выделяемой в объекте в виде тепла на единице длины, к мощности лазерного луча в объекте, отличающийся тем, что тепло, выделяемое на входной и выходной гранях объекта, утилизируют в радиаторе через концевые части по меньшей мере одной боковой грани объекта, а тепло из средней зоны объекта регистрируют по меньшей мере двумя приемниками тепловых потоков, причем один из них имеет контакт с объектом и принимает суммарную мощность теплового потока из средней зоны объекта, а другой отделен от объекта пространственным промежутком в виде зазора и принимает только поток рассеянного лазерного излучения из этой же средней зоны объекта, тогда коэффициент оптического поглощения определяют из разности мощностей тепловых потоков этих приемников по отношению к мощности лазерного луча в объекте и к длине средней части объекта.2. A method for measuring the coefficient of optical absorption in an extended object made of an optically transparent material by laser calorimetry, based on recording the ratio of the absorbed fraction of laser radiation power released in the object in the form of heat per unit length to the power of the laser beam in the object, characterized in that the heat , released on the input and output faces of the object, is utilized in a radiator through the end parts of at least one side face of the object, and heat from the middle zone of the object is recorded by at least two heat flow receivers, one of which has contact with the object and receives the total power heat flow from the middle zone of the object, and the other is separated from the object by a spatial gap in the form of a gap and receives only the flux of scattered laser radiation from the same middle zone of the object, then the optical absorption coefficient is determined from the difference in the powers of the heat flows of these receivers in relation to the power of the laser beam in object and to the length of the middle part of the object.

3. Способ по п. 2, в котором используют приемник с известной калибровочной характеристикой для измерения мощности теплового потока на основе термоэлектрического конвертера (ТЭК) с элементами Пельтье и с выходным пассивным сигналом в виде термо-электрического напряжения или тока, или с активной обратной связью по току для компенсации разогрева контакта объекта с приемной площадкой ТЭК.3. The method according to claim 2, in which a receiver with a known calibration characteristic is used to measure the heat flow power based on a thermoelectric converter (TEC) with Peltier elements and with a passive output signal in the form of thermo-electric voltage or current, or with active feedback by current to compensate for the heating of the contact of the object with the receiving platform of the fuel and energy complex.

4. Способ по п. 2, в котором измерение разности тепловых потоков двух приемников проводят в установившихся во времени тепловых потоках - до включения, в момент выключения лазера и по окончании охлаждения или не дожидаясь завершения разогрева, когда измеряют разность тепловых потоков двух приемников спустя промежуток времени после включения лазера, который меньше, чем время распространения теплового фронта со входа или выхода луча к приемнику суммарного тепла.4. The method according to claim 2, in which the measurement of the difference in heat fluxes of two receivers is carried out in heat fluxes that are steady in time - before turning on, at the moment the laser is turned off and at the end of cooling or without waiting for the completion of heating, when the difference in heat fluxes of two receivers is measured after an interval time after turning on the laser, which is less than the time of propagation of the thermal front from the input or output of the beam to the total heat receiver.

5. Способ по п. 2, в котором радиатор утилизирует тепло со стороны любой боковой грани объекта следующим способом: непосредственно через контакт с радиатором, и/или через высокотеплопроводящую прокладку, и/или через ТЭК, и/или через теплопроводящую пасту, и/или гель, причем приемные площадки тепловых потоков находятся в параллельных плоскостях снизу и/или сверху, и/или в ортогональных.5. The method according to claim 2, in which the radiator utilizes heat from any side face of the object in the following way: directly through contact with the radiator, and/or through a highly heat-conducting gasket, and/or through fuel and energy complex, and/or through heat-conducting paste, and/ or gel, and the heat flow receiving areas are in parallel planes from below and/or above, and/or orthogonal.

6. Лазерный калориметр для измерения коэффициента оптического поглощения объекта из оптически прозрачного материала, содержащий:6. Laser calorimeter for measuring the optical absorption coefficient of an object made of an optically transparent material, containing:

- площадку радиатора для установки объекта и утилизации части тепла с его концов в радиаторе непосредственно и/или через высокотеплопроводящую прокладку, и/или через термоэлектрический конвертер (ТЭК);- a radiator platform for installing an object and recycling part of the heat from its ends in the radiator directly and/or through a highly heat-conducting gasket, and/or through a thermoelectric converter (TEC);

- по меньшей мере один ТЭК в качестве приемника мощности теплового потока в средней зоне площадки радиатора и известной калибровочной характеристикой, и с выходным пассивным сигналом в виде термо-электрического напряжения или тока, или с активной обратной связью по току для компенсации разогрева приемной площадки ТЭК.- at least one fuel cell as a heat flow power receiver in the middle zone of the radiator platform and a known calibration characteristic, and with a passive output signal in the form of thermo-electric voltage or current, or with active current feedback to compensate for the heating of the fuel cell receiving site.

7. Лазерный калориметр по п. 6, в котором в средней зоне площадки радиатора содержится по меньшей мере два ТЭК в качестве приемников мощности теплового потока, причем один из них имеет общий уровень с площадкой, а другой находится либо ниже ее уровня, либо сбоку, либо над ней, причем радиатор изготовлен из цветного металла с теплопроводностью более 200 Вт/(м⋅К), а экран содержит окна, просветленные на длине волны лазерного излучения.7. Laser calorimeter according to claim 6, in which the middle zone of the radiator platform contains at least two fuel cells as heat flux power receivers, one of them having a common level with the platform, and the other located either below its level or on the side, or above it, and the radiator is made of non-ferrous metal with a thermal conductivity of more than 200 W/(m⋅K), and the screen contains windows, cleared at the wavelength of laser radiation.

8. Лазерный калориметр по п. 7, в котором используют высокотеплопроводящую прокладку в виде плоского или имеющего кривизну поверхности ложемента.8. Laser calorimeter according to claim 7, in which a highly heat-conducting gasket is used in the form of a flat or having a curvature cradle surface.

9. Лазерный калориметр по п. 7, в котором на входе одного из приемников имеется оптический фильтр, прозрачный на длине волны лазерного излучения и препятствующий проникновению конвекционных потоков к приемнику.9. Laser calorimeter according to claim 7, in which at the input of one of the receivers there is an optical filter that is transparent at the wavelength of laser radiation and prevents the penetration of convection currents to the receiver.

10. Лазерная калориметрическая система для измерения коэффициента оптического поглощения объекта из оптически прозрачного материала на оптическом столе с механизмами пространственной юстировки оптических устройств, на нем установленных, а именно содержащая:10. Laser calorimetric system for measuring the optical absorption coefficient of an object made of an optically transparent material on an optical table with mechanisms for spatial adjustment of optical devices installed on it, namely containing:

- управляемый лазер по средней мощности излучения и времени включения/выключения, с волоконным излучателем коллимированного луча на выходе;- controlled laser by average radiation power and on/off time, with a collimated beam fiber emitter at the output;