Способ измерения коэффициентов пропускания рассеивающих материалов

Способ измерения коэффициентов пропускания рассеивающих материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПРОПУСКАНИЯ РАССЕИВАЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ , заклгочаю1цийся в измерении освещенности стенки интегрирующей сферы без образца и с образцом, наложенным на отверстие в интегрирующей сфере , при освещении отверстия и образца пучком света, отличающийс я тем, что, с целью, повышения точности измерений, измерение освещенности стенки интегрирующей сферы производят четырехкратно, причем перед каждым измерением измеряют радиус отверстия интегрирующей сферы, а козффициент пропускания образца определяют по формуле г ИЬМ ,1 -1.сЛ гдеГ - - коэффициент пропускания образца, измеренный при конкретном значении радиуса г освещенного пучка и радиусе R; отверстия интегрирующей сферы (i 1, 2, 3, 4); Л - ошибка измерения, возникающая за счет образования ореола рассеяния при радиусе отверстия сферы R2fi PC-gnl rMK - n O сЛ. М -(где Ер - показатель степени в экспоненте , характеризующий скорость убывания яркости в ореоле рассеяния; р - перепад яркости на границе геометрической зоны освещас S ющего пучка; причем параметр 6 определяют из (Л выражения с г -f И8дл,4 ИЗМ|2 иьлА|3 и м,2 . )Р(( (.p((,)e.p(-e«Rj «й оо Г) а параметр определяют из выражесо ния ,,2 2|bexp(e.RJ MSM. 1 xexp((,)eKp(-,R,) , где коэффициент пропускания f измеряют при отверстии интегрирующей сферы ралиусом R г.

„„SU„„1143990 A

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (П С 01 1 1/04 ° G 01 N 21/59

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ехр Г-Е,(),-г))(1+Е„),.)

2р

1+ 1+j„r ) г(з

Ф. ) (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЗФФИЦИЕНТЛ ПРОПУСКАНИЯ РЛССЕИВЛ(ОЦ(ИХ МАТЕРИЛЛОВ, заключающийся в измерении освещенности стенки интегрирующей сферы без образца и с образцом, наложенным на отверстие в интегрирующей сфе— ре, при освещении отверстия и образца пучком света, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью, повышения точности измерений, измерение освещенности стенки интегрирующей сферы производят четырехкратно, причем перед каждым измерением измеряют радиус отверстия интегрирующей сферы, а коэффициент пропускания образца определяют по формуле изм 0 изм,2

««

"изм,3 "изм,Z

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3664013/24-25 (22) 22.1 ).83 (46) 07,03 ° 85. Бюл. )з 9 (72) Н.А. Войшвилло (53) 535.24(088.8) (56) 1. Тиходеев П.М. Световые измерения в светотехнике. М.-Л., Госэнергоиздат, 1962, с. 359.

2. Гуревич M.M. Фотометрия. Л., Энергоатомиздат, 1983, с.217-230 (прототип). изм,t (, 1- d".

1 где E . — коэффициент пропуска ния образца, измеренный при конкретном значении радиуса т освещенного пучка и радиусе R> отверстия интегрирующей сферы (i = 1, 2, 3, 4); с"; — ошибка измерения, возникающая эа счет образования ореола рассеяния при радиусе отверстия сферы R где Еи — показатель степени в экспоненте, характеризующий. скорость убывания яркости в ореоле рассеяния; — перепад яркости на границе геометрической зоны освещающего лучка; причем параметр и определяют иэ выражения (1 „,1 "Р(-KnRz 1-(<+g„R<) < xP(f nR< ) )1+Е йз)екр(-Е„) 1-(1 сиR jехр (4 1 з) а параметр В определяют из выраже- ния г е,р(р.„R ), — — — — ((1зс Р 1 к изм 1 (р I2. (и г1

«е«р (-б„К )-((° E«R«)е р(-р«р«)), где коэффициент пропускания изм, измеряют при отверстии интегрирующей сферы радиусом R = r, 1

1143990 полн изм о"=

\ полн и ИЬМ (1)

1- Ф

Изобретение относится к фотометрии, а именно к измерению характеристик рассеивающих материалов.

Прохождение пучка света, ограниченного по размерам сечения, через слои рассеивающих сред сопровождается так называемым явлением размытия пучка (вследствие рассеяния света на неоднородностях среды излучение выходит из геометрической зоны освещающего пучка в сторону, и возникает ореол рассеяния). Размеры ореола рассеяния могут в десятки раз превосходить размеры сечения освещающего пучка. По этой причине световой поток, прошедший через слой рассеивающей среды, выходит с поверхности слоя как из геометрической зоны освещающего пучка, так и из ореола рассеяния. Очевидно, что

20 правильное измерение коэффициента пропускания, равного отношению всего прошедшего потока к упавшему, возможно лишь тогда, когда измеряется весь прошедший через рассеивающий слой поток излучения, т.е. выходящий как из геометрической зоны освещающего пучка, так и от всего ореола рассеяния.

Известен способ измерения коэффициента пропускания рассеивающих материалов, при котором измеряется индикатриса рассеяния силы света прошедшего излучения, и коэффициент пропускания рассчитывается путем численного интегрирования по всем углам рассеяния f1).

Однако способ очень трудоемок, применим лишь тогда, когда индика- 40 триса рассеяния представляет собойтело вращения относительно освещающего пучка, т,е. только при нормальном падении освещающего пучка, и неприменим к слабо рассеивающим объектам, у которых велика доля прямо прошедшего нерассеянного света.

Наиболее близким к изобретению. является способ измерения коэффициента пропускания рассеивающих материалов, заключающийся в измерении освещенности стенки интегрирующей

Юферы без образца и с образцом, нало.женным на отверстие интегрирующей сферы при освещении отверстия и образца пучком света. Коэффициент про- >5 пускания вычисляется как отношение сигнала с образцом к сигналу без образца (2 3.

Однако в силу ограниченных размеров отверстия интегрирующей сферы часть прошедшего через рассеивающий слой (образец) светового потока, которая выходит из краевых участков ореола рассеяния, не попадает в интегрирующую сферу, что приводит к занижению значений коэффициента пропускания. По этой причине результаты измерения коэффициента пропускания одного объекта, полученные при разных диаметрах отверстия сферы, сильно различаются между собой, а в отдельных случаях различие может составить, десятки и даже сотни отно1 сительных процентов. Очевидно, что рассматриваемая ошибка измерения о" коэффициента пропускания и равна той доле светового потока, которая остается за пределами отверстия интегрирующей сферы, т.е. гдеГп „„- весь световой поток, прошедший через рассеивающий слой; световой поток, прошедший через рассеивающий слой и попавший в интегрирующую сферу.

Так как истинное значение коэффициента пропускания Г равно н ПОЛН

C)

"О где F — упавший на рассеивающий слой поток излучения, то истинное значение коэффициента пропускания рассеиваюцего слоя равно где „, — коэффициент пропускания рассеивающего слоя, непосредственно измеренный при конкретном отверстии интегрирующей сферы.

Целью изобретения является повышение точности измерения коэффициента пропускания рассеивающих материалов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения коэффициента пропускания рассеиваI ющих материалов, заключающемуся в измерении освещенности стенки интегрирующей сферы беэ образца и с образом, наложенным на отверстие в

1143990 4

Зависимость коэффициента пропускания от радиуса R отверстия интег-, рирующей сферы (при фиксированном радиусе r сечения освещающего пучка), основанная на экспериментально установленной для сильно рассеивающих слоев закономерности распределения яркости в ореоле рассеяния, подчиняющейся экспоненциальному закону, име10 ет вид интегрирующей сфере, при освещении отверстия и образца лучком света„ измерение освещенности стенки интегрирующей сферы производят четырехкратно, причем перед каждым измерением изменяют радиус отверстия интегрирующей сферы, а коэффициент пропускания образца определяют по формуле

"изм,i гдето„, . - коэффициент пропускания образца, измеренный при конкретном значении радиуса r освещающего лучка и радиус R; отверстия интегрирующей сферы (i = 1, 2, 3, 4); ошибка измерения, возникающая за счет образования ореола рассеяния при радиусе отверстия R, где С

Fo

««p (f „(R.-«))(1 R„R,.) 2/3

«+((» е„( (Еп"

L(()—

35

E и

Выражение для истинного коэффициента пропускания, получаемое из (2), .при радиусе отверстия интегрирующей сферы, стремящейся к бесконечности

45 имеет вид (. изм,е изм, а

"ивм,S иве, а параметр,р определяют из выражения

50, (Е„б 1) р-Е„(к- )

n") 55 — у (««" "l

2(3 (Еиr) где Еп — показатель степени в экспоненте, характеризующий скорость убывания яркости в ореоле рассеяния; — перепад яркости на границе геометрической зоны освеща" ющего пучка; причем параметр определяют из выи ражения (1+ Е „й ) e R p (- E, „R >) (1+ Е „й ) ехр (-E,„R< ) (" Еи R2 ) хр(-Е„Rej-(1+Е„(,)а р t E R ) « «Ъ ! и

° е p (- Е„Р )- (1 Е„ ) ер (-Е„й )) где коэффициент пропускания измеряют при отверстии интегрирующей сферы радиусом К„= r.

«

3l 7 (-и+ (Е + 1) (Е„ +1) рС 2 23L(r) e о и

15 и

-е (R- I) ) (21

CL 26 ю -е„(к- ))) множитель, учитывающий форму индикатрисы рассеяния прошедшего излучения; упавший на рассеивающий слой световой поток; средняя яркость в геомет.рической зоне освещающего пучка; яркость на границе геометрической зоны освещающего пучка; перепад яркости на границе геометрической зоны освещающе:о пучка; показатель степени в экспоненте, характеризующий скорость убывания яркости. в ореоле рассеяния.

CL 7ir2 2Ф (e„ ° ) (s) р Е„) и

Таким образом, укаэанная ранее ошибка d равна

11ч3990

20

A и9м,4 И9м,2 изм, 3 "изм,2

Техническая эффективность от использования предлагаемого способа заключается в том, что на его основе могут быть разработаны поверочные средства измерения коэффициентов пропускания рассеивающих материалов.

В настоящее время эти средства отсутствуют в силу трудностей, которые вызывает точное измерение коэффициента пропускания рассеивающих материалов. (ь) В правую часть равенства (6) также .входит одно неизвестное — параметр р, а в качестве Е„используют уже ранее найденное его значение из выражения (5). Параметр, рассчи-,50 тывают по формуле (6) по известной левой части равенства.

После нахождения параметров ореола рассеяния f„ и з по формуле (4) рассчитывают ошибку измерения сР коэффи- -5- пиента пропускания для любого из четырех значеееий радиуса отверстия ицтегрируеррн- (е)ре:! ы R, а затем и

Из формулы (4) следует, что для расчета ошибки д" необходимо знать два параметра: „ и р, характеризующие распределение яркости в пятне размытия. Эти параметры определяются из результатов измерения коэффициента пропусканият при различных значениях радиуса отверстия интегрирующей сферы, образующих в соответствии с формулой (2) систему линейно независимых уравнений с неизвестными ри 19, знание котоРых необхоДимо для расчета ошибки о .

Способ реализуется следующим образом.

Сначала производят измерения коэффициента пропускания

Р /

I и9 л 2 "и9,и з " "и9 и 4 "1" "e" ьРех .

1 I значениях радиуса отверстия интегРирующей сферы К „, R,,К, R соот— ветственно, при этом К„ = г. Первый параметр ореола рассеяния Ер опре/ деляют по отношению ЕЕ3М 4 иьм 2

"изм,З "изм,1 которое согласно формуле (2) равно (t.E Е )e r (-E„RZ)-(Е Е Р )еер(-Е„Р ) (5)

Р ÄR, - ÄR,1-Р „R,Ð -рК,) В правой части равенства (5) со,держится одно неизвестное — искомый показатель E„, который рассчитывают по известной левой части равенства.

Второй параметр ) аналогично оп— рЕдЕЛяЮт ПО ОТНОШЕНИЮ "ИЗМ 4 "и9м т изм,1 которое согласно формуле (2) равно иэм,4 И9м 2 )" р 1 — ((1 Е„Е )ехе ° р1 рг

" (П 2j-(,R4 "1 (-g R4)) сам истинный коэффициент преецускания

\ и9м,)

1 d.

Четырехкратное. изменение радиуса отверстия интегрирующей сферы обусловлено следующим.

Как следует из формулы (2), найти три неизвестных — с„, )З и можно с(.

Fo на основе лишь трех измерений коэффициентов пропускания при трех разньгх радиусах R. Однако решение этой системы из трех уравнений приводит к сложным выражениям, поскольку одно неизвестное Ер входит в показатель экспоненты, а значения степени таковы, что ограничиваться только первыми членами ее разложения в ряд нельзя. При введении четвертого уравнения операции по определению параметров E и )з становятся менее трудоемкими, Здесь целесообразно применение своего рода градуировочных кривых. На основе расчета по формулам (5) и (6) строятся две кривые. Первая из них дает зависимость

К = 1(р)(К вЂ” значение левой части выражения (5), вторая — зависимость

А = @F(EÄ) (А — значение левой части выражения (6) ° При наличии таких один раз рассчитанных кривых по найденным на основе измерений К и А легко определяются искомые параметры „и !9.

Учет ошибки ее, обусловленной размытием пучка на поверхности рассеивающего образца, сущестенно повышает точность измерения коэффициента пропускания рассеивающих материалов.

Кроме того, предлагаемый способ может быть использован в конструкторских разработках для научно обоснованной оценки размеров отверстий интегрирующих сфер, применяемых в

1143990 8 уса отверстия сферы, при котором ошибка измерения d" не будет превосходить заданную.

i) < з, I if÷ и< Iõ < <птице(:ких II!)иб<>рах ° На Ос и< .«

Редактор Т. Кугрышева Техред С.3!овжий

Корректор И. Эрдейи

Заказ 895/34 тираж 897

В!!3!!!!!!! осулагсч венного комитета СССР по делам изо< ретений и открытий

113035, !1осква, Ж- .!з, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал !ПП! "1 а1 в г", г. Ужгород, ул. !!роектная, 4