3.2 Тиімді шамалар жүйелерін құраудың жалпы принциптері

Жарық-техникалық қонырғыларды есептеуде тек сәулелену көзінің қасиеттерін ғана емес, сондай-ақ сәулелену энергиясын қабылдағыштардың да қасиеттерін білу және есепке алу қажет болады.

Энергия қабылдағыштың сәулелену ағынына реакциясы сезгіштік деп аталады. Сәулелену энергиясын қабылдағыштардың интегралдық және спектрлік сезгіштігі олрдың негізгі энергетикалық сипаттамалары болады. Энергия қабылдағыштың интегралдық сезгіштігі, энергияның тиімді бөлігінің W_э қабылдағышқа түсетін барлық сәулелену энергиясына W қатынасымен сипатталады:

мұндағы W_э – сәулеленудің тиімді энергиясы, яғни Wта энергияның басқа пайдалы энергия түріне түрлендірілген бөлігі;

W – қабылдағышқа түсетін барлық сәулелену энергиясы; с - Wэ энергияның өлшем бірлігін таңдап алумен анықталатын коэффициент.

Энергия қабылдағыштардың көпшілігі сәулелену энергиясын іріктеп (талғап) жұтады және олардың жұтылған энергияға реакциясы да талғаулы болады. Энергия қабылдағыштардың біртекті (монохромат) сәулелерге сезгіштігін бағалау үшін спектрлік сезгіштік деген түсініктеме енгізілді. Тиімді түрлендірілген біртекті сәулелену ағынының қабылдағышқа түсетін толық монохромат ағынға қатынасы спектрлік сезгіштік деп аталады:

(3.8)

мұндағы dF_λ – мәлім толқын ұзындығында біртекті сәулеленудің тиімді ағыны; dФ_λ - мәлім толқын ұзындығында біртекті сәулеленудің толық ағыны.

Сәулелену энергиясын іріктеп қабылдағыштардың спектрлік сезгіштігін g(λ)=f(λ) қисығы түрінде беруге болады. Бұл қисықтың спектрдің белгілі телімде максимумы бар. егер осы максимумды бір деп қабылдасақ, энергия қабылдағыштың толқын ұзындығы мәлім сәулеленуге сезгіштігін максимал мәнінің үлесі ретінде салыстырма шама арқылы білдіруге болады:

(3.9)

Энергия көзінің сәулелену ағынын немесе осы сәулелену көзі жасаған сәулелендірілінуді (энергетикалық бірлікте көрсетілген) бiлу сәулеленудің энергия қабылдағышқа әсер ету нәтижесін болжауға жеткілікті себеп болмайды. Энергия қабылдағышқа мәлім шама сәулелену ағынының әсер ету нәтижесін болжау және есептеу үшін, сәулелену ағынды энергия қабылдағыштың осы ағынға реакциясының деңгейі бойынша бағалау қажет болады.

Есептеуді және сәулелену энергиясын түрлендіру процесін сандық бағалауды жеңілдету үшін тиімді ағын түсініктемесі енгізілген. Сәулелену энергиясын қабылдағыштың сәулеленуге реакциясының деңгейі бойынша бағаланатын сәулелену қуаты тиімді ағын деп аталады.

Тиімді ағын түсініктемесінің мағынасын мысалмен түсіндңрейік. Энергия көзі сәулеленуінің спектрлік тығыздығының функциясы 3.2 а – суретте көрсетілген. Ой жүгіртуді жеңілдету үшін спектрдің кейбір бөлігі шегінде φ(λ)=const деп қабылданылды.

Жұртқа мәлім, абвг фигурасының ауданы белгілі масштабта энергия көзінің сәулелену ағынының мәні болып есептелінеді. Сәулелену энергиясын қабылдағыштың салыстырмалы спектрлік сезгіштігі 3.2, б – суретте берілген. φ(λ) графигінде мәндері бойынша тең келетін Ф₁=Ф₂=Ф₃ сәулелену ағындарын бөліп шығарайық.

Олардың қабылдағышқа энергетикалық тең әсер етуi, қабылдағыштың бiрдей реакциясына әкеле ме?

Энергия қабылдағыштың реакциясы бiртектi сәулелену ағынының тап осы толқын ұзындығындағы қабылдағыштың спектрлiк сезгiштiгiне көбейтiндiсiне пропорционал болады. Осы көбейтiндi тиiмдi ағын болып есептеледi, яғни энергия қабылдағыштың сәулеленуге реакциясының деңгейi бойынша бағаланылған сәулелену ағыны:

әрi біздің мысалда F₁F₂F₃ қисығының ординаталарын соларға сәйкес келетін мәндеріне көбейтіп графикте (3.2 а - сурет) қисық алуға болады. Абсцисс осімен және осы қисықпен шектелген аудан сәулелену көзінің тиімді ағынының мәні болып табылады.

3.2 сурет – “Тиiмдi сәулелену ағыны” түсiнiктемесiн түсiндiруге.

Сонымен, жалпы жағдайда тұтас спектрлі сәулеленуге тиімді ағынның сандық мәнін мына өрнек бойынша анықтауға болады:

(3.10)

Өрнек түрлі-түрлі қабылдағыштарға тиімді ағынның сандық мәнінің әр түрлі болғандығын көрсетеді. Басқа жағдайлар бірдей болғанда ағынның мәндері қабылдағыштың спектрлік сезгіштігімен анықталады.

Салыстырмалы спектрлік сезгіштік түсініктемесін пайдаланып тиімді ағынды мына өрнекпен анықтауға болады:

(3.11)

Тиімді ағынның өлшем бірлігін таңдап алу энергия қабылдағыштың типіне және оның реакция өлшеміне (фотоэлемент тізбегіндегі ток, фотохимиялық реакцияның жылдамдығы және т. б.) байланысты болады. Түрлі–түрлі сәулелену энергиясын қабылдағыштардың спектрлік сезгіштігі әр түрлі болады. Сондықтан тиімді шамалардың бір ғана жүйесі болуы мүмкін емес. Сонымен қатар, тиімді шамалар жүйелерінің саны көп те болмауы керек. Өйткені бұл практикалық есептеуді өте қиындатар еді. Жарықтандыратын және сәулелендіретін қондырғыларды іс жүзінде жобалауда жіне есептеуде тиімді шамалардың төрт жүйесі (жарық жүйесі, бактерицидтік жүйе, эритемдік жүйе, фитожүйе) пайдаланылады. Осы жүйелердің әрқайсысы спектрлік сезгіштігі ұқсас келетін энергия қабылдағыштардың қандай болса да біреуінің спектрлік сезгіштігінің негізінде құрастырылады. Егер осы қабылдағыш мына талаптарға сәйкес болса, ол эталон деп аталады:

1 осы топтағы барлық энергия қабылдағыштардың спектрлік сезгіштігі жататын спектрлік диапазоны шегіндегі кез келген біртекті сәулеленуге сезінеді;

2 энергия қабылдағышты сәулелендіргенде оның сәуле әсеріне реакциясының деңгейін тікелей немесе жанама әдіспен өлшеуге болады;

3 эталон қабылдағыш негізінде тұрғызылған тиімді шамалар жүйелері аддитивтік қабілетті болады, яғни бүтінді құрастырушыларды жәй қосу арқылы есептеуге мүмкіншілік беретін қасиетті келеді.

Тиімді шамалар жүйелерінің (бактерицидтік, эритемдік, жарық және фито шамалардың) біреуі де жоғарыда келтірілген талаптарға толық сәйкес келмейді. Тек жарық шамалар жүйесі, басқа жүйелер сияқты өзіне тән кемшіліктеріне қарамастан, халықаралық масштабта танылды. Дегенмен тиімді шамалар жүйелері, өздеріне тән кемшіліктері бола тұрса да, біздің елде де және шет елдерде де кең пайдаланылады. Оларды қолдану оптикалық сәулеленуді іс жүзінде пайдалануда (мысалы, ауыл шаруашылық өндірісінде) үлкен нәтижелерге жетуге мүмкіншілік береді.