Устройство для измерения абсолют-ных коэффициентов отражения и пропус-кания

Устройство для измерения абсолют-ных коэффициентов отражения и пропус-кания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцналистнческнк

Республ

«»823989

Ю (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 05.04.79 (2т ) 2747067/18-25 (5I)M. Кд.

Я 01 и 21/55 с присоединением заявки %в (23) Приоритет

Гаауаарственньй каинтет

СССР ню делает нзабретеннй и:вткрытнй

Опубликовано 23.04.81. Бюллетень %15.

Дата опубликования описания 25.04.81 (53) УДК 535.8. 088.8) (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АБСОЛЮТНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ОТРАЖЕНИЯ И ПРОПУСКАНИЯ

Изобретение относится к приборам спектрофотометрического анализа и может быть использовано для измерения спект- . ральной зависимости абсолютных. коэффициентов отражения и пропускания.

Известные устройства для измерения

5 отражательной и пропускной способности материалов содержат источник света с фокусирующим элементом, два световык канала разделенных во времени, предметт0 ный столик с поцвижным или нейодвижным образцом, два — три вспомогательных зеркала, в каждом из световых ка палов, одно или два иэ которых подвижны, и приемник излучения (1) и E2).

Недостатками известных устройств являются низкая надежность в эксплуатации и сложность конструкции, вызванные наличием подвижных зеркал, большим числом вспомогательных отражений, что ведет к понижению точности измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее источник излучения с

2 оптическим элементом, фокусирующим свет внутрь оптического криостата на поверхность подвижного держателя, на которую прикреплен исследуемый образец, установленные на ходу излучателя оптическую систему формирования разделенных во времени световых каналов, фотометрический итар, приемник излучения и приемно-регистрирующую систему (3 .

Для измерения абсолютного коэффициента отражения (или пропускания). в известном устройстве необходимо осуществить четыре цикла измеренийт в начальные два из которых измеряется абсолютный коэффициент отражения (или пропускания) от одной иэ поверхностей исследуемого образца, а в последующие цва цикла - измеряется|абсолютный коэффицйен отражения (или цропускания) от другой поверхности исследуемого образца и далее для получения истинного значения абсолютного коэффициента отражения (пропускания) необходимо 1вычислить корень квацратный из произведения

Э 8239 величины абсолютных коэффициентов отражения (пропускания) от двух разных по- . верхностей исследуемого образца. Данное устройство позволяет измерять коэффи циент отражения с абсолютной погрешйостью 1%, а в области прозрачности оно позволяет определять также пропускание.

Недостатком известного устройства являетса то, что в каждом из световых каналов расположено по три отражающих плоских зеркала (одно из которых является поворотным) и по одной фокусирующей линзе. Это усложняет юстировку оптической системы, приводит к неэквивалентным потерям света в каналах, что ведет к снижению точности измерений. Наличие в данном устройстве подвижного поворотного плоского. зеркала снижает его надежность в работе, усложняет конструкцию и приводит к снижению точности измерений. Измерение абсолютных коэффициентов отражения (пропускания) от двух разных поверхностей исследуемого образца в данном устройстве вносит разброс, а также снижает точность измерений. Необходимость четырех . циклов измерений и вычисление квадратного корня из произведения величин абсо- . лютных коэффициентов отражения (про- пускния) от двух разных поверхностей исследуемого образца снижает производительность, усложняет обработку результатов измерений и повышает энергозатраты.

0ель изобретения - повышение точйости измерений и производительности.

Укаэанная цель *достигается тем, что в оптическом устройстве для измерения е

40 абсолютных коэффициентов отражения и продусканиа, содержащем источник излуче ния с оптическим элементом, фокусирующим . свет внутрь оптического криостата на по45 верхность, подвижного держателя; на которую прикреплен исследуемый объект, установленные на ходу излучениа, оптическую систему, формирования разделенных,во времени световых каналов, фотометрический шар, приемник излучения и приемно- 50 регистрирующую систему, введено два неподвижных фокусирующих зеркала, отражающие поверхности которых установлены симметрично относительно плоскости, проходящей через поверхность подвиж- 55 ного держателя и центр фотометрическо го шара, и на равных расстояниях больше фокусного or указанной поверхности под89 4 вижного держателя и внешней поверхности фотометрического шара.

Применение фокусирующих неподвижных зеркал и их взаимное расположение в .в предлагаемом устройстве уменьшает количество вспомогательных отражений до минимума, исключает применение поворотного (подвижного) зеркала и наличие таких дополнительных фокусирующих элементов как линзы, что приводит к повышению точности измерений, к упрощению конструкции и ее юстировки. Измерение только от одной поверхности исследуемого объекта и уменьшение числа циклов измерений позволяет расширить функциональные воэможности предлагаемого устройства, упрощает обработку результатов, повышает производительность и снижает энергозатраты.

На чертеже схематически изображено предлагаемое оптическое устройство.

Оптическое устройство содержит источник 1 излучения с оптическим элемен-. том, фокусирующим свет внутрь оптического криостата 2 с окнами 3 и 4 на по» верхность подвижного держателя 5, на которую прикреплен исследуемый объект

6, оптическую систему формирования трех разделенных во времени световых каналов, которая состоит из двух неподвижных фокусирующих зеркал 7 и 8, размещенных симметрично относйтельно плоскости, проходящей через поверхность, подвижного держателя 5 (на которую прикреплен исследуемый объект 6) и двух светонепроницаемых синхронно-подвижных с исследуемым объектом 6, заспонок . 9 и 10, установленных на равных расстояниях от входных отверстий фотометрического шара 1-1, внешняя поверхность которого равноудалена от отражающих по« верхностей неподвижных фокусирующих зер.кал 7 и 8, приемника 1 2 излучения и приемно-регистрирующей системы, которая состоит иэ электронного блока 13 обработки сигналов и двух регистрирующих приборов 14 и 15. Подвижный держатель с исследуемым объектом 6 размещен в оптическом криостате 2 таким образом;, что поверхности окон 3 и 4 равноудалены от отражаФ ющей поверхности исследуемого объекта

6 и параллельны ей. центр фотометричес кого шара 11 размещен в плоскости, проходящей через поверхность подвижного держателя 5, на которую прикреплен исследуемый объект 6. Фокусирующие зеркала 7 и 8 установлены под равными 239&9 углами oL/ к падающему на них излучению.

В данном устройстве величина угла пацения (отражения) светового потока от исследуемого объекта 6 выбирается различной, но постоянной цля данной оптической системы.

Устройство работает следующим образом.

В первом цикле измерения световой по- 10 ток от источника 1 излучения с оптическим элементом проходит через окно 3, отражается под углом близким к нормаль« ному, or исслецуемого объекта 6 и падает на неподвижное фокусирующее зеркало 7, 15 которое направляет его через входное отверстие внутрь фотометрического шара

l l и затем регистрируется приемником

12 излучения. В этом цикле измерения светонепроницаемая заслонка 9 вывеценр 2Q из. светового потока, падающего в фотометрический шар 11 и накоцится в положении 9, а другая светонепроницаемая заслонка 10 закрывает другое входное отверстие. Прп этом в образованном све- 25 товом каналее7 Р. измеряется интенсивность светового потока, отраженного исследуемым объектом 6 (4t ).

Во втором цикле измерений исслецуе- зо мый объект 6 выводится иэ светового потока с помощью подвижного держателя 5

I .и находится в положении 6, а светонепроницаемые заслонки нахоцятся в положенияк 9 и 10, соответственно, при

ll 1 этом световой поток прохоцит через окна 3 и 4, отражается неподвижным фокусирующим зеркалом 8 и поступает внутрь фотометрического шара 11 и затем ре- гистрируется приемником 12 изпучения.В этом цикле формируется световой каHBJl fO и происходит измерение интенсив ности падающего светового потока (3 ) .

В третьем цикле измерений исслецуемый объект 6 вводится в световой поток

45 с помощью подвижного цержателя 5 и на ходится в положении 6, а светонепроницаемые заслонки находятся в положениях

9 и 10, соответственно,.при этом световой поток проходит через окно 3, исследуемый объект. 6, окно 4, отражается не50 подвижным фокусирующим зеркалом 8.и поступает внутрь фотометрического шара

11 и далее регистрируется приемником

12 излучения. В этом цикле измерения

SS формируется световой канал 3 - и измеряется интенсивность светового потока, прошецшего через исслецуемый объект 6 (т ) °

Четвертый цикл измерения аналогичен второму циклу.

B цальнейшем при работе устройства циклы измерений повторяются в указанной послецовательности, при этом каждый из вышегеречисленнык циклов формирует соответствующий световой канал. Синкронная работа подвижных элементов оптической системы формирования световык каналов (подвижный цержатель 5 и све-, тонепроницаемые заслонки 9 и 10) осу-, ществляются блоком 13 электронной обработки сигналов.

Измерение отношений ДЯ-=Р иЬ- =t (гце Q — абсолютный коэффициент отражения исслецуемого объекта; 7 - абсолютный коэффициент пропускания исслецуемого объекта) осуществляется блоком 13 электронной обработки сигналов, а их величины одновременно раэцельно записываются двумя регистрирующими приборами 14 и 15.

Оптическое устройство позволяет измерять спектральное распрецеление абсолютных коэффициентов отражения и пропускания в широкой области энергий излучения и температур исслецуемогсйобъекта.

В прецлагаемом устройстве в качестве источника света используется двойной цифракционный монохроматор спектрометра ДФС-12 отечественного . производства.

Для измерения спектрального распрецеления абсолютных коэффициентов отражения и пропускания, исслецуемый объект

6, например-монокристалл сернистого кацмия; устанавливается на поцвижный держатель 5 (язычок электро-механичес-! кого вибратора), который. помещается в оптический криостат 2, оклажцаемый парами жицкого азота. Далее подвижный цержатель 5 с- исслецуемым объектом 6 юстируется таким образом, чтобы отраженный от него световой поток падал на зеркало 7, которое установлено на его двойном фокусном расстоянии от поверхности подвижного цержателя 5, на которую крепится исслецуемый объект 6; 3еркало 7 направляет этот световой поток через входное отверстие внутрь фотометрического шара ll, внутренняя поверхность которого покрыта окисью магния.

Во время измерения синхронное перемещение поцвкжного держателя 5 с исследуемым объектом 6 и светонепроницаемых заслонок 9 и 10, осуществляется с частотой 88 Гц, которые управляются электронным блоком 13 обработки сигналов. Во время сканирования по длинам волн (от 250 до 1000 HM), раэделен7 82 ные во времени электрические сигналы, пропорциональные отраженной (прошед« шей) и падающей на исслецуемый объект интенсивностям (Л (jl ) и.7 (А), соответственно), полученные с приемника 12 излучения поступают в электронный блок

13 обработки сигналов, гце происходит измерение отношения = К(Л)

UQ. (Л) л гце (P (Q — спектральное распределение абсолютного коэффициента отражения), а на выходе блока величина Й (Х) регистрируется самописцем непосредственно в процентах.

Устранение поворотного (подвижного) зеркала н дополнительных фокусирующих линз и уменьшение циклов измерений в цва раза и практически одновременная регистрация абсолютных коэффициентов отражения и пропускания обеспечивает простоту юстировки, упрощает обработку результатов, примерно в цва раза (при прочих равных условиях), снижает расход электроэнергии и повышает производительность предлагаемого устройства по сравнению с известными.

Формула изобретения

Устройство для измерения. абсолютных коэффициентов отражейия и пропускания, содержащее источник излучения с оптическим элементом, фокусирующим свет

3989 8 внутрь оптического криостата на поверхность, подвижного цержателя, на которую прикреплен исслецуемый объект, установленные по ходу излучения, оптическую систему формирования разделенных во вре- мени световых каналов, фотометрический шар, приемник излучения и приемно-регистрирующую систему, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью повышения точ10 ности измерений и производительности, оптическая система формирования световых каналов снабжена двумя неподвижными фокусирующими. зеркалами, отражаю- щие поверхности которых установлены сйм1s метрично относительно плоскости, проходящей через поверхность подвижного держателя и центр фотометрического шара, и на равных расстояниях больше фокусного от указанной поверхности подвижного держателя и внешней поверхности фото- метрического шара.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свицетельство СССР

М 219820, кл. С 01 У 3/42, 1966.

2. Лисица М. П. и др. Отражения мо. нокристаллов 56S@6ei-М/Физика и техника полупроводников, т. 3, вып. 7, 1969, с; 1078-1081.

3. Лисица М. П; и др. Отражение монокристаллов СЮЗхЬЕ Х в области собственного поглощения.,- физика и техника полупроводников, т..3, 1969, с. 578582 (прототип).

823989

Составитель А. Шуров

Редактор Л. Кеви Техред ЯД раб Корректор К). Макаренко

Заказ 2095/60 Тираж 907, Подписное. ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская Ha6., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4