Абсорбциометр
Иллюстрации
Реферат
Союз Советских
Социалистических
Республик
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕ Н И Я
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ю 8Ш2! (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 08.06.78 (21) 2629100/18-25 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.03.81. Бюллетень Ме 9. (45) Дата опубликования описания 10.03.81 (51) М.Кл з С 01 N 21/85
Государственный комитет по делам изобретеиий и открытий (53) УДК 535.341 (088.8) (72) Авторы изобретения
В. И. Вологин, А. Б. Васильев, Л. Д. Кисловс
В. И. Куприянов и В. С. Чудаков
®З, Специальное конструкторское бюро инстит а ф,й :1с кристаллографии им. А. В. Шубникова АН ССР. «Ъ@. (71) Заявитель (54) АБСОРБЦИОМЕТР
Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано для измерения малых (К < 10- - c,è — ) показателей,поглощения твердых материалов.
Известны устройства для измерения калориметрическим способом малых показателей оптического поглощения (1, 2). Недостатком данных устройств является большая погрешность измерения, связанная с измерением большого числа параметров.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является абсорбциометр для измерения малых показателей
Оптического поглощения, содержащий монохроматический источник с коллимированным излучением, вакуумную камеру с прозрачными окнами, в которой размещены держатели образца и эталона и компенсационная схема для измерения разности температур (3).
Однако он позволяет измерять показатели поглощения только оптически изотропных и не вращающих плоскость поляризации материалов. При этом для получения значения К необходимо провести измерение мощности монохром атического источника, приращения температуры образца относительно образца сравнения (эталона) и тепловой постоянной времени образца, что значительно увеличивает время измерения.
Погрешность измерения К при этом определяется суммарной погрешностью, вносимой измерением всех этих параметров.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение точности измерений.
Поставленная цель достигается тем, что в абсорбциометре между держателями образца и эталона установлено устройство, 10 состоящее из двух идентичных диэлектрических зеркал и градуированного .поглощающего оптического клина, причем устройство и держатели образца и эталона установлены так, что плоскость, проходя15 щая через луч, вышедший пз образца, и луч, отраженный от первого зеркала, ортогональна плоскости, проходящей через луч, падающий на второе зеркало, и луч, отраженный от него и попадающий на эталон, 20 прп этом угол падения луча на первое зеркало равен углу падения на второе и меньше значения угла Брюстера для материала зеркал.
На чертеже представлена схема абсорб25 циометра.
Он содержит монохроматический источник 1 с коллимированным излучением, вакуумную камеру 2 с прозрачными окнами, служащую для уменьшения теплоотдачи от
З0 образцов, держатели с измеряемым образ811121
20
1 — R
2 = 1++lo
65 цом 8 и эталоном 4, компенсационную схему б для измерения разности их температур, регистрирующий прибор б. Причем между образцом и эталоном установлено устройство, состоящее из двух диэлектрических зеркал 7 и 8, изготовленных из одного и того же материала, и градуированного поглощающего оптического клина 9, выполненного из оптически изотропного материала.
Измеряемый образец представляет собой цилиндр с плоскими полированными торцами. Эталон имеет одинаковую геометрию с измеряемым образцом и находится в идентичных с ним условиях теплоизоляции.
Устройство позволяет провести измерения малых показателей поглощения путем выравнивания скоростей нагрева образца и эталона с помощью клина 9. При этом результат измерений не зависит от степени и преимущественного направления поляризации монохроматичеокого источника, а также от оптической активности измеряемого образца. Измерения, как в ряде известных калориметрических устройств, происходят на линейном участке, т. е. когда приращение температуры образца, пропорционально времени воздействия источника излучения.
Устройство работает следующим образом.
Пучок с мощностью lo от коллимированного монохроматического источника 1 через высокопрозрачное окно попадает в вакуумную измерительную камеру 2 и затем на измеряемый образец 8 длиной порядка нескольких см. Мощность излучения
11, поглощаемая образцом, при этом равна
li = lo — lol "- = load где d — длина образца;
Кс1 ((1.
Соответственно мощность излучения 1,, пропущенная образцом, равна где Я вЂ” коэффициент отражения материала образца.
Далее рабочий пучок последовательно отражается от зеркал 7 и 8 (зеркала прозрачны для падающего излучения), проходит через клин 9, конструктивно выполненный таким образом, что он представляет плоскопараллельную пластинку переменной толщины, входная и выходная поверхности которой перпендикулярны к направлению прохождения луча. Затем пучок попадает на эталон 4 с известным показате лем поглощения К,. Независимость ослаб ления излучения, проходящего через устройство, от состояния поляризации и ее преимущественного направления в пучке достигается благодаря принятому взаимно5
Зо му расположению образца, эталона, зеркал и клина относительно источника монохроматического излучения. При этом ослабление интенсивности после зеркал составляет
R,(n,cp) R»(n,ið), где R,,(n>rp) и R» (n y) соответственно коэффициенты отражения для света, поляризованного в плоскости падения и перпендикулярно ей падающего под углом rp на диэлектрические зеркала 7 и 8 с показателем преломления и. Показатель поглощения материала эталона составляет 1 см- и измеряется на спектро,— фотометре. Поскольку измеряемые К не превышают 10 - ся-, то устройство должно ослаблять не меньше, чем в 10 раз.
Поэтому отражающие элементы и угол падения на них подбираются так, чтобы они ослабляли излучение приблизительно на два,порядка, а более точная подстройка осуществляется клином. За счет этого ослабляющее устройство не перегревается.
Само измерение при этом заключается в следующем. В процессе нагрева, используя ослабитель 9, обеспечить одинаковую скорость нагрева образца и эталона. Тогда разность температур, регистрируемая устройством б, не будет меняться во времени.
Измеряемый показатель поглощения рассчитывается по следующей формуле: где т — пропускание оптического клина; р и р,. — соответственно плотности материала образца и эталона;
С и С, — их удельные теплоемкости.
При необходимости получения большего ослабления в устройство вводится четное количвство попарно идентичных зеркал.
Описываемое устройство не требует специального оборудования для измерения суммарной световой энергии, прошедшей через исследуемый кристалл.
Кроме того, при измерении не требуется измерение параметров твплопередачи образца. Таким образом, за счет снижения количества параметров, подлежащих измерению, существенно сокращается время измерений и обработки информации.
Формула изобретения
Абсорбциометр для измерения малых показателей оптического поглощения, содержащий монохроматический источник с коллимированным излучением, вакуумную камеру с прозрачными окнами, в которой размещены держатели образца и эталона и компенсационная схема для измерения разности их температур, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точнОсти измерений, между держателями образца л эталона установлено устройство, состоя811121
Составитель А. Шуров
Техред О. Павлова
Редактор О. Филиппова
Корректор И. Осиповская
Заказ 221/224 Изд. № 216 Тираж 915 Подписное
НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий
113035, Москва, 3К-35, Раушская наб., д. 4/5
Тип. Харьк. фил. пред. «Патент» щее из двух идентичных диэлектрических зеркал и градуированного поглощающего оптического клина, причем устройство и держатели образца и эталона установлены так, что плоскость, проходящая через луч, вышедший из образца, и луч, отраженный от первого зеркала, ортогональна плоскости, проходящей через луч, падающий на второе зеркало, и луч, отраженный от него и попадающий на эталон, при этом угол падения луча на первое зеркало равен углу падения на второе и меньше значения угла
Брюстера для материала зеркал.
Источники информации, принятые во внимание прп экспертизе:
1. Witte Н. Н. Determination of Low
Bulk absorption coefficient. Applied Optics, 5 v 11, № 4, 1972, р. 777.
2. Pinnow D. А., Rich Т. С. Development
of à Calorimetric Мейод for Making
Precision Optical Absorption Measurements.
10 Applied Optics, v12,,№ 5, 1973, р. 984 — 992.
3. Johnson D. С. Measurement of Low
Absorption Coefficients in Crystals. Applied
Optics, v 12, № 9, 1973, р. 2192 — 2197.