Procedimiento de calibración absoluta en intensidad de un dispositivo óptico.

Es aplicable en longitudes de onda superiores a 400 nm, se emplea como fuente patrón una lámpara halógena comercial y la radiación de dicha fuente patrón se registra a una distancia (d) entre la fibra óptica del dispositivo óptico a calibrar (1) y el filamento de la referida lámpara halógena (2). Además, se tienen en cuenta dos factores geométricos de corrección aplicados a la radiación del sistema cuyo espectro luminoso se va a medir con el dispositivo óptico (1) calibrado con la fuente correspondiendo dichos factores a los fenómenos ópticos de la ley inversa de los cuadrados y el efecto del cono de visión

Procedimiento de calibración absoluta en intensidad de un dispositivo óptico.

Objeto de la invención

La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un procedimiento de calibración absoluta en intensidad de un dispositivo óptico cuya finalidad esencial consiste en abaratar el procedimiento convencional, empleando unas condiciones que permitan utilizar una fuente patrón de coste económico mucho menor que el de las fuentes patrón empleadas convencionalmente en este tipo de calibraciones.

La invención se encuadra en el sector de la técnica correspondiente a los procedimientos de calibración de aparatos, pudiéndose no obstante enmarcarse en el sector de investigación básica como es el estudio experimental de un plasma, con el objeto de conocer uno de sus parámetros considerado fundamental: la población de átomos en distintos estados excitados, obtenida a partir de la calibración absoluta en intensidad, para así conocer la capacidad de excitación de los plasmas en aplicaciones tecnológicas como química analítica, esterilización, conservación de alimentos o tratamiento de superficies.

Antecedentes de la invención

En el contexto de la presente patente entendemos por dispositivo óptico cualquier aparato apto para grabar o medir la intensidad de un espectro luminoso, teniendo como inconveniente principal que todos funcionan para longitudes de onda que pertenecen al campo de lo visible. En este sentido, todo dispositivo óptico está compuesto por un monocromador que descompone la radiación luminosa recogida en distintas longitudes de onda mediante una red de difracción, un detector que transforma la radiación luminosa en carga eléctrica (intensidad), fibras ópticas y lentes; siendo éstas dos últimas las encargadas de recoger la radiación luminosa y focalizarla sobre una rendija de entrada del monocromador.

La metodología más frecuentemente utilizada que permite la calibración en intensidad de los dispositivos ópticos es la comparación de la radiación recogida de una fuente patrón de referencia con su radiancia espectral teórica. Las fuentes patrón usadas son lámparas incandescentes y, entre ellas, la más conocida es la denominada ribbon lamp de tungsteno, a partir de la cual se obtienen valores de las poblaciones, verificados por diversos autores (M.C. Quintero, A. Rodero, M.C. García y A. Sola, Applied Spectroscopy 51 (1997) 778-784, J. Jonkers, H.P.C. Vos, J.A.M. Vand der Mullen and E.A.H. Timmermans, Spectrochimica Acta B 51 (1996) 457-462).

En cuanto al procedimiento de calibración de dispositivos ópticos se encuentran algunas patentes previas a esta invención como, sistema de calibración para un tubo fotomultiplicador (2 232 008) (1998); procedimiento para calibrar un aparato electroscópico (2 197 978) (1997); procedimiento de calibración en longitud de onda de un dispositivo de filtrado de una radiación electromagnética (2 214 014) (1999).

Los inconvenientes principales de los procedimientos de calibración convencionales de dispositivos ópticos se refieren principalmente al elevado coste de la referida lámpara de tungsteno.

Descripción de la invención

Para lograr los objetivos y evitar los inconvenientes indicados en anteriores apartados, la invención consiste en un procedimiento de calibración absoluta en intensidad de un dispositivo óptico donde el dispositivo óptico es cualquier aparato apto para grabar o medir la intensidad de un espectro luminoso; y la calibración incluye la comparación de la radiación recogida de una fuente patrón de referencia con su radiancia espectral teórica, existiendo una distancia entre dichos dispositivo y fuente denominada distancia fibra óptica-filamento.

Novedosamente, según la invención, el procedimiento de la misma incluye las siguientes condiciones:

- se emplea como fuente patrón una lámpara halógena comercial,

- se aplica en longitudes de onda superiores a 400 nm,

- la radiación de dicha fuente patrón se registra a una cierta distancia fibra óptica-filamento; y

- se tienen en cuenta dos factores geométricos de corrección aplicados a la radiación del sistema cuyo espectro luminoso se va a medir con el dispositivo óptico calibrado con dicha fuente, consistiendo dichos factores en:

Con el procedimiento que se ha descrito se dan ventajas relativas a que se hace posible la utilización como fuente patrón de una lámpara halógena comercial, cuyo coste es muy inferior al de las lámparas de tungsteno utilizadas convencionalmente como fuente patrón en los procedimientos de calibración de dispositivos ópticos.

A continuación, para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompañan unas figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.

Breve descripción de las figuras

Figura 1.- Representa esquemáticamente al dispositivo óptico a calibrar según el presente procedimiento y a la lámpara halógena comercial que se usa como fuente patrón.

Figura 2.- Representa la radiancia espectral J.m^-3.s^-1ster^-1) de la referida lámpara halógena a diferentes temperaturas.

Figura 3.- Representa la intensidad de las lámparas halógenas para una longitud de onda de 400 nm frente a la distancia entre fibra óptica-lámpara.

Figura 4.- Representa esquemáticamente al factor debido a la ley inversa de los cuadrados.

Figura 5.- Representa esquemáticamente al factor debido a la fibra óptica.

Figura 6.- Representa la intensidad medida para lámparas halógenas comerciales por dispositivo óptico y para los denominados tipos A y B.

Figura 7.- Representa la respuesta relativa del dispositivo óptico a calibrar a partir de la lámpara halógena comercial.

Figura 8.- Representa una comparación entre las respuestas relativas del dispositivo óptico a calibrar mediante el empleo de una fuente patrón convencional Ribbon lamp y la fuente patrón empleada en el procedimiento de la invención, esto es, una lámpara halógena comercial.

Descripción de un ejemplo de realización de la invención

Seguidamente se realiza una descripción de la invención haciendo alusión a las figuras.

La calibración absoluta en intensidad de un sistema óptico es un paso previo al análisis de cualquier radiación luminosa, por ejemplo la radiación electromagnética que emana de un plasma, presentando dicho sistema una respuesta diferente para cada longitud de onda ?.

La calibración en intensidad de la respuesta del sistema (dispositivo óptico) se realiza comparando la señal teórica emitida por una fuente patrón, generalmente una lámpara incandescente en un determinado intervalo de longitud de onda visible, con la registrada experimentalmente por el dispositivo óptico del laboratorio. De esta forma se obtiene lo que se denomina respuesta en intensidad del dispositivo óptico.

Una fuente patrón suele ser una lámpara incandescente, construida de cuarzo generalmente. Las lámparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energía eléctrica. Desde que fueran inventadas, la tecnología utilizada en su construcción ha cambiado mucho, produciéndose sustanciosos avances en la cantidad de luz producida, el consumo y la duración de las lámparas. El principio de su funcionamiento es simple: se hace pasar una corriente eléctrica por un filamento hasta que éste alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano. La producción de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional, y es que la luz emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera, su espectro de emisión es continuo.

Un dispositivo óptico de detección responde...

1. Procedimiento de calibracion absoluta en intensidad de un dispositivo óptico, donde el dispositivo óptico (1) es cualquier aparato apto para grabar o medir la intensidad de un espectro luminoso; y la calibración incluye la comparación de la radiación recogida de una fuente patrón de referencia con su radiancia espectral teórica, existiendo una distancia entre dichos dispositivo y fuente denominada distancia fibra óptica-filamento; caracterizado porque incluye las siguientes condiciones:

- se emplea como fuente patrón una lámpara halógena comercial,

- se aplica en longitudes de onda superiores a 400 nm,

- la radiación de dicha fuente patrón se registra a una cierta distancia fibra óptica-filamento (d); y

- se tienen en cuenta dos factores geométricos de corrección aplicados a la radiación del sistema cuyo espectro luminoso se va a medir con el dispositivo óptico (1) calibrado con dicha fuente (2), consistiendo dichos factores en: