Устройство для измерения оптических свойств материалов

Устройство для измерения оптических свойств материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ рц682801

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26.02.76 (21) 2328088/18-25 с присосдинением заявки М (51) М. Кл.- б 01N 21/48 (53) УДК 535.3.39 (088.8) Оп, блпковапо 30.08.79. Бюллетень Хе 32 по делам изобретений и открытий

Дата опубликования описания 30.08.79 (72) Автор изобретения

Л. Н. Аксютов (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ

ГосУдаРственный комитет (23) Приори

Изобретение относится к области исследования материалов оптическими методами и может быть использовано для измерения коэффициентов зеркального отражения при нормальном падении света и коэффициентов пропускания оптических материалов.

Известны устройства, предназначенные для измерений относительным или абсолютным методом коэффициентов зеркального отражения при нормальном или близком к нормальному падению света (1). В устройствах, измеряющих коэффициент отражения образца относительным методом, освещают образец и эталон направленным пучком света источника и с помощью фотоприемника измеряют величину отраженного от них светового потока. По отношению выходных сигналов фотоприемника, соответствующих световым потокам, отраженным от образца и эталона, судят о величине измеряемого коэффициента отражения. Принцип действия устройств, измеряющих коэффициент отражения абсолютным методом, основан на измерении фотоприемником светового потока, падающего на образец, а затем — потока, отраженного от образца. Отношение выходных сигналов фотоприемника, соответствующее отношению отраженного светового потока к падающему, дает величину коэффициента отражения исследуемого образца.

Недостатком устройства для измерения коэффициентов отражения относительным методом является снижение точности измерений вследствие изменений оптических

5 свойств эталонного отражателя, вызываемых его естественным старением. Недостатком устройства для измерения коэффициентов отражения абсолютным методом является ограничение точности измерений, 1р связанное с необходимостью перемещения фотоприемника.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для измерения оптических свойств материалов, содержащее источник излучения, модулятор, измерительный канал, образующий с исследуемым образцом автоколлимационную систему со светоделителем, и опорный канал, в котором установлены отражатель и ослабитель, оптические параметры которых аналогичны соответствующим параметрам светоделителя и фотоприемника, и фотоприемник (2).

Световой пучок от источника излучения в данном устройстве проходит опорный канал и попадает на фотоприемник, затем тот же световой пучок проходит измерительный канал и так же попадает на фотоприемник.

Вследствие того, что величины пропускания опорного и измерительного каналов отличаются друг от друга на величину коэффи682801

3 циента отражения исследуемого образца, отношение выходного сигнала (У„,„) фотоприемника, соответствующего световому потоку измерительного канала, к его выходному сигналу (1Vp>), соответствующему световому потоку опорного канала, дает величину коэффициента отражения исследуемого образца:

ИЗМ (1) оп

Недостатком этого устройства является ограничение точности определения коэффициентов отражения, обусловленное погрешностью измерения выходных сигналов, соответствующих величине световых потоков измерительного и опорного каналов. Как следует из выражения (1), относительная погрешность определения коэффициентов отражения равна:

Ьр 2ЬЮ р М (2) где Л = Ж„,„= N,„.

Наиболее существенным этот недостаток становится при определении коэффициентов отражения высокоотражающих образцов, когда величины световых потоков опорного и измерительного каналов незначительно отличаются друг от друга.

Целью изобретения является повышение точности измерений оптических свойств материалов.

Указанная цель достигается тем, что ослабитель расположен в измерительном канале между источником и светоделителем и снабжен подвижкой, обеспечивающей его периодическое выведение из канала. При этом фотоприемник реагирует не на величину светового потока в каждом канале, а на величину разности этих световых потоков, обусловленную наличием в канале исследуемого образца. Величина выходного сигнала фотоприемника, соответствующая этой разности, сравнивается с величиной выходного сигнала, соответствующего изменению этой разности за счет введения в измерительный канал или выведения из него ослабителя, величина пропускания которого известна.

На чертеже приведена оптическая схема предлагаемого устройства.

Оно содержит источник излучения 1, зеркальный модулятор 2, зеркало 3, светоделитель 4, отражатель 5, ослабитель 6, исследуемый образец 7, фотоприемник 8.

Элементы 2, 5, 4 образуют опорный канал, а элементы 3, 6, 4, 7 — измерительный канал. В качестве светоделителя 4 служит плоскопараллельная пластинка из оптического материала, прозрачного в спектральной области измерений. В качестве отражателя 5 и ослабителя 6 служат пластинки из того же оптического материала, идентичные светоделителю, расположение которых по отношению к оптической оси соответствующего канала аналогично расположению светоделителя 4. Отражательные свойства зеркала 3 идентичны отражательным свой5 ствам зеркального модулятора 2. Ослабитель 6 снабжен подвижной, обеспечивающей возможность выведения его из канала с последующим установлением его в прежнее положение. Держатель светоделиl0 теля 4 обеспечивает фиксирование его в двух положениях (положения а и б на чертеже); угол поворота светоделителя при переводе его из одного положения в другое равен 90 .

10 С помощью предлагаемого устройства можно измерять как коэффициенты зеркального отражения, так и коэффициенты пропускания оптических материалов.

При измерении коэффициентов зеркаль20 ного отражения пучок света от источника 1 посредством зеркального модулятора 2поочередно направляется в измерительный и опорный каналы, В опорном канале световой пучок, отразившись от отражателя 5 и

25 пройдя светоделитель 4, попадает на фотоприемник 8. В измерительном канале пучок света, отразившись от зеркала 3, проходит ослабитель 6 и светоделитель 4, отражается от исследуемого образца 7 и, отразив30 шись от светоделителя 4, попадает на фотоприемник 8. Величина выходного сигнала фотоприемника 8, регистрирующая система которого настроена на частоту модуляции светового потока, оказывается при этом

00 пропорциональна разности световых потоков опорного и измерительного каналов и равна

М, К/о,-., (1 — -,,r)), (3) 40 где К вЂ” коэффициент пропорциональности;

I — сила .света источника излучения; тс — коэффициент пропускания ослабителя и светоделителя; рс — коэффициент отражения светоде-15 лителя и отражателя; р — коэффициент отражения исследуемого образца.

Затем из измерительного канала выводят ослабитель 6 и выходной сигнал фотопри-0 емника 8 становится равным

KIr>, (1 — p). (4) При отношении выходных сигналов фотоприемника Ng!К = у величину коэффициен.>> та отражения исследуемого образца определяют из выражения (7 "с (5) 00 где 1 1; которое следует из выражений (3) и (4).

При измерении коэффициентов пропускания светоделитель 4 устанавливают в положение б, а ослабитель 6 вводят в изме00 рительный канал. Вследствие идентичности

682801

3 gIoс с(1 ) (6) N„= К1р,т, с (7) (8) Составитель Л. Титова

Техред А. Камышникова

Корректор 3. Тарасова

Подписное

Редактор Н. Коляда

Заказ 2020/4

Тираж 1090

Изд. ¹ 534

Типография, пр. Сапунова. 2 оптических характеристик опорного и измерительного каналов при таком положении светоделителя и ослабителя выходной сигнал фотоприемника 8 на частоте модуляции светового пучка, обеспечиваемой зер- о кальным модулятором 2, будет равен нулю.

Исследуемый образец, коэффициент пропускания т которого необходимо определить, вводят в опорный канал и измеряют величину выходного сигнала фотоприемника 8, (0 вызванную нарушением идентичности каналов:

Затем из измерительного канала выводят !0 ослабитель 6 и вновь измеряют выходной сигнал фотоприемника 8, равный

Зная величину отношения выходных сигналов N3/N4 —— P, из выражений (6) и (7) получим: где Р(1.

Повышение точности определения коэффициентов отражения с помощью поедлагаемого устройства можно показать на следу- 00 ющем примере.

Для определения относительной погрешности измерения коэффициента отражения с помощью предпагас.,ого устройства продифференцируем выражение (5) по Т и т, ."л и, переходя к конечным приращениям, а также учитывая, что ЛТ/у=2ЛЮ/N (при условии, что ЛЖ == ЛЛ,,",==ЛИ„н) получим: (-c c + 2 (---.c) (9) (0 — (с -с (—,) (-- (-с) Пусть AN/N = 0,05; Asc/sc 0,01, тогда для т,=0,9 и у=0,1 согласно выражению (9) получим Лр/р = 0,0022= 0,22 оо. Для той же погрешности измерения выходных сигналов фотоприемника относительная погрешность определения коэффициентов отражения с помощью известных устройств согласно выражению (2) равна: Лр/р=

=2ЛМ/N=10%, т. е. значительно превышает погрешность, присущую предлагаемому устройству. Увеличению точности измерений с помощью предлагаемого устройства способствует также возможность непосредственного контроля идентичности опорного н измерительного каналов.

Таким образом, по сравнению с известными, предлагаемое устройство позволяет значительно повысить точность измерения оптических свойств материалов.

Формула изобретения

Устройство для измерения оптических свойств материалов, содержащее источник излучения, модулятор, опорный и измерительный каналы, светодслнтель, входящий в автоколлимациопную систему, образованную измерительным каналом и исследуемым образцом, отражатель, ослабитель и фотоприемник, о т:I и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, ослабитель расположен в измерительном канале между источником и светоделителем и снабжен подвижкой, обеспечивающей его периодическое выведение из канала.

Источники информации, принятыс во в имание при экспертизс

1. Физика то кпx пленок. М., «Мир», т. 4, 1970, с. 74.

2. Авторское свидетельство СССР № 401914, кл. G 01Х 21/48, 1971.