Способ определения коэффициентов поверхностного и объемного поглощения слабопоглощающих материалов

Способ определения коэффициентов поверхностного и объемного поглощения слабопоглощающих материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

, )19) SU П)) J111 Al (Я), 0 Ы

СОЮЗ. СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ОЗСУЮАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЩОМСТВО CCCP <ГОСПАТЕнт CCCP)

К АВТОРСКОМУ. СВИДЕПЯЬСТВУ

Щ 3417932/28 (22) ОУО432 (46) 30;10.93 Беа %39-40

P2) Винокуров СА;- Панкратов: НА (54) СПОСОБ. ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФЙЦИЕН -. mS йО ОС ОГО @ @БЪЕМНОГ@йФ-.:

ГЛОЩЕНИЯ ЮАБОЙОГЛОЩАЮЩИХ ЮИРИАВОВ

iuvb(М

Изобретение относится к оптическим измерениям и может быть использовано для измерения коэффициентов поверхностного и объемного поглощения прозрачных и полупрозрачных материалов.

Известен способ определения коэффициентов поглощения поглощающих материалов, заключающийся в освещении модулированным излучением помещаемых в оптико-акустическую камеру исследуемого и эталонного образца и сравнения акустических сигналов, Однако этот способ позволяет изучать образцы только с одним видом поглощения: объемным или поверхностным.

Наиболее близким является способ определения коэффициентов поверхностного и объемного поглощения слабопоглощающих материалов с помощью. оптико-акустической камеры, заключающийся в освещении исследуемого и эталон ного образцов модулированным потоком излучения и сравнении акустических сигналов от этих образцов.

Акустический сигнал преобразуют с помощью чувствительного микрофона в электрические колебания, которые после усиления поступают на один вход синхронного детектора. На второй вход синхронного детектора поступает опорный сигнал. В оптико-акустическую камеру помещают эталонный образец только с поверхностным поглощением. например слой сажи, нанесенный на подложку. Синхронный детектор настраивают таким образом, чтобы сигнал на выходе его был равен нулю. Затем на два входа синхронного детектора подают опорный сигнал и сигнал с оптико-акустической камеры с изучаемым образцом, имеющим как поверхностное, так и объемное поглощение, и измеряют выходной сигнал. Так как,составляющие акустического сигнала, вызванные поверхностным и объемным поглощением. сдвинуты между собой по фазе. то на выходе синхронного детектора будет сигнал. пропорциональный только величине объемного поглощения в образце. После этого в камеру. помещают эталонный образец с известным объемным поглощением и известными коэффициентами теплопроводности и температуропроводности и измеряют выходной сигнал при той же настройке синхронного детектора.

Из сопоставления сигналов по известным зависимостям определяют величину коэффициента объемного поглощения образца. При этом должны быть заранее известны коэффициенты теплопроводности и температуропроводности образца.

Аналогично может быть измерен коэффициент поверхностного поглощения.

Для проведения измерений по этомуспособу требуется иметь два эталона с известными оптическими и тепловыми свойствами.

Кроме того, для определения коэффициентов поверхностного и объемного поглощения требуется проводить отдельные измерения.

Это увеличивает трудоемкость способа и усложняет эталонное обеспечение способа.

Цель изобретения — упрощение и ускорение измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения коэффициентов поверхностного и объемного поглощения слабопоглощающих материалов с помощью оптико-акустическом камеры, заключающемся в освещении исследуемого и эталонного образцов модулированным потоком излучения и сравнении акустических сигналов от этих образцов, измеряют отношение и фазовый сдвиг сигналов от образца и одного эталона только с одним видом поглощения, поверхностным или объемным, и по этим двум измерениям определяют коэффициенты поглощения образца, На чертежедана схема установки для проведения измерений поверхностного и объемного поглощения. Установка содержит источник излучения 1, модулятор 2, оптико-акустическую камеру 3 с образцом 4, микрофон 5, пару светодиод-фотодиод б, широкополосный предусилитель 7, два узкополосных усилителя .

8, фазометр 9 и цифровой вольтметр 10.

Источником излучения 1 служит лампа накаливания. например ОП12-100, мощностью 100 Бт.

Излучение фокусируют на механический модулятор 2, представляющий собой диск с прорезями, и после прохождения модулятора повторно фокусируют на образец

4 в оптико-акустической камере 3. Камера 3 соединена с микрофоном 5. преобразующим колебания давления воздуха в камере

3 в электрический сигнал. Опорный сигнал создает пара светодиод-фотодиод 6, размещенная в модуляторе 2. Сигнал с микрофона

5 усиливается широкополосным предусилителем 7 и узкополосным усилителем 8.

Ю

Для измерения фазового сдвига сигнал с микрофона и опорный сигнал подаются после усиления на два входа фазометра 9.

Величину сигнала измеряют цифровым вольтметром 10.

Коэффициенты объемного и поверхностного поглощения связаны соотношением

1095783 при эталоне только с поверхностным поглощением или соотношением . д

Фазовый сдвиг и величина акустическоtg — 2+ — 1 го сигнала однозначно определяются фазо- . вым.сдвигом и величиной колебаний / 2йа . температуры на границе обра ц-газ. ! И при эталоне только с объемным поглощением, где p — коэффициентобьемногопогло- еЦ имеет толь о повеР ност Ое поглоЩещения образца; Д . — коэффициент 10 поверхностного поглощения .образца;

hp-измеренный фазовый сдвиг; а — ко- . Q и!о

К а .(5) эффи циент температуропроводности об- vg К, а (1 + - 9 — 9- ) разца; в — угловая частота модуляции излучения. Измеряют отношение сигналов и иэ отношения сигналов и отношения коэф- и, если образец имеет только объемное пофициентов. обьемногО и поверхностного поглощение, глощения определяют величину коэффициентов поглощения. " . Q —, (6)

4 из решения системьг.дифференциапь 2б: 2K,а,(1+ — а — а-.) ных уравнений теплопроводности для плоского образца и газа в оптико-акустической камере следует . ПО,ПРедложенномУ способУ требуетсЯ один эталон с одним видом поглощения и извест25 ными оптическими и теплофизическими xa.tg i = — (1+ () f, (3): .. Рактеристиками, .а количество измерений уменьшается; т.к. оба коэффициента поглогде ф фазовый сдвиг колебаний темпера- щения определяются всего Из двух измерен-. ры на границе образец-газ; а величина ных величин: отношения сигналов при

: кол баний темп ратурьг на этои границе 30:помещении в оптико-акУстическую камеРУ изучаемого образца и эталона и фазового сдвига между ними.

При определении отношения коеффи.Q — () х — ::: циентоз поглощения не трЕбуется знать ни

2 К, а, < К а

< 1 н. а.а:.::пб аепининупогпощеииазтапона,ниеготеплоК а, - . физические характариетики. Достаточно знать только;как пМлощает эталон: в обьеме

2у+ 2с г +Д,) г/а: (.. ипи.напра»ерхности.

8$

40 (56) Poulet P, е а1. Quawftatlve phatoacoustfc

ГдЕ Ki, Кд —. КОэффИцИЕНТЫ ТЕПЛОПрОВОдНсО- SpeetrOSCOPV aPPOEO tO thermallY thlCk сти Образца и. Гаэа в КЭМере; Samples"Лова1 ОУ Дррнеб Рьуз!с 1980, 1у2 . . " v.51, N. 3, р.1738-1742. о резцу Газу соответственно; lo -. интен- 45 циальный оптико-акуст чес е од изме сивность подводимого излучения.

Выражения 3 и 4 справедливы, если рения малого оптического поглощения. ill

Р () () раведл"вы ес". ": . Всесоюзная конференция Оптика лазеров, Л. 1982, с.440.

pQ <20 —:. 30 см (2) ф о.р и ул з изобретен и я .. - Током излучения и.сравнении акустических

СПОСОБ QflpEQEJlEHMA КОу ФФИ» сигналов От этих ОЬРаэцов, отличающийся цИЕНГОВ ПОВЕРХНОСТНОГО И ОБЬЕМ- reM,

НОГОПО ЛОщЕНИЯ измерений, измеряют отношение и фазо ДБОПО Гл О) щддщИХ Qp lE Pl4 QQ Вый ВдвиГ сиГналов От Образца и одноГО 55 помощью Оптикб-акустической K3Mepbl ния, поверхностным или обьемным, и по ключающийся в освещении исследуемого и.

Эталонного Образцов модулированным по- этим Двум измеренилм ОпреДеллют коэффициенты поглощения образца.

1095783

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Редактор

Заказ 3190 Составитель А.Кузнецов

Техред М.Моргентал Корректор M.Ñàìáððcêàÿ

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб;, 4/5