Устройство для измерения оптических свойств материалов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пц 682801 Союз Советских Социалистических РеспубликОп,блпковано 30,08.79. Бюллетень Хе 32 по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 30.08.79(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВГосУдаРственный комитет (3) 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 (11. 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 измерениякоэффициентов отражения относительнымметодом является снижение точности измерений вследствие изменений оптических5 свойств эталонного отражателя, вызываемых его естественным старением. Недостатком устройства для измерения коэффициентов отражения абсолютным методом является ограничение точности измерений,10 связанное с необходимостью перемещенияфотоприемника,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству являетсяустройство для измерения оптическихсвойств материалов, содержащее источникизлучения, модулятор, измерительный канал, образующий с исследуемым образцомавтоколлимационную систему со светоделителем, и опорный канал, в котором уста 2 О новлены отражатель и ослабитель, оптические параметры которых аналогичны соответствующим параметрам светоделителя ифотоприемника, и фотоприемник 2.Световой пучок от источника излученияв данном устройстве проходит опорный канал и попадает на фотоприемник, затем тотже световой пучок проходит измерительныйканал и так же попадает на фотоприемник.Вследствие того, что величины пропускания3 О опорного и измерительного каналов отличаются друг от друга на величину коэффи3циента отражения исследуемого образца, отношение выходного сигнала (У,) фотоприемника, соответствующего световому потоку измерительного канала, к его выходному сигналу (Хоп), соответствующему световому потоку опорного канала, дает величину коэффициента отражения исследуемого образца:(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 2 ЬЮр Ю(2) где Л=Ж,= МНаиболее 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 поотношению к оптической оси соответствующего канала аналогично расположению светоделителя 4. Отражательные свойства зеркала 3 идентичны отражательным свой ствам зеркального модулятора 2. Ослабитель 6 снабжен подвижной, обеспечивающей возможность выведения его из канала с последующим установлением его в прежнее положение. Держатель светодели теля 4 обеспечивает фиксирование его вдвух положениях (положения а и б на чертеже); угол поворота светоделителя при переводе его из одного положения в другое равен 90.1 О С помощью предлагаемого устройстваможно измерять как коэффициенты зеркального отражения, так и коэффициенты пропускания оптических материалов.При измерении коэффициентов зеркаль ного отражения пучок света от источника 1посредством зеркального модулятора 2 поочередно 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, отразив 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 05 пропорциональна разности световых потоков опорного и измерительного каналов и равна М, КУр (1 с,)(3) 40 где К - коэффициент пропорциональности;1 - сила .света источника излучения;тс - коэффициент пропускания ослабителя и светоделителя;рс - коэффициент отражения светоде лителя и отражателя;р - коэффициент отражения исследуемого образца.Затем из измерительного канала выводятослабитель 6 и выходной сигнал фотопри- .-0 емника 8 становится равнымМ, - К 7 р (1 - р). (4) При отношении выходных сигналов фотоприемника УК = р величину коэффициен. та отражения исследуемого образца определяют из выражения1"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 изме рительный канал. Вследствие идентичностиРедактор Н. Коляда Заказ 2020/4 Тираж 1090 Изд. Лъ 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, 10 вызванную нарушением идентичности каналов: Затем из измерительного канала выводят (0ослабитель 6 и вновь измеряют выходнойсигнал фотоприемника 8, равный 20 Зная величину отношения выходных сигналов У,/У 4 -- р, из выражений (6) и (7) получим: где (1,Повышение точности определения коэффициентов отражения с помощью поедлагаемого устройства можно показать на следующем примере,Для определения относительной погрешности измерения коэффициента отраженияс помощью предпагас,ого устройства продифференцируем выражение (5) по Т и т,и, переходя к конечным приращениям, атакже учитывая, что Лу/у=2 ЛУ(У (приусловии, что ЛЖ == ЛЛс.==ЛЛн) получим:(с с + -( - с) - (9) 40 (тс с П,)( с) Пусть ЛУ/У= 0,05; Лтс/т = 0,01, тогда для тс=0,9 ц у=0,1 согласно выражению (9) получим Ло/о = 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= =2 ЛУ/У=10%, т. е. значительно превышает погрешность, присущую предлагаемому устройству, Увеличению точности измерений с помощью предлагаемого устройства способствует также возможность непосредственного контроля идентичности опорного ц измерительного каналов,Таким образом, по сравнению с известными, предлагаемое устроцство позволяет значительно повысить точность измерения оптических свойств материалов. Формула изобретения Устройство для измерения оптических свойств материалов, содержащее источник цзлучения, модулятор, опорный и измерительный каналы, светодслцтель, входящий в автоколлимаццопную систему, образованную измерительным каналом ц исследуемым образцом, отражатель, ослабитель и фотоприемнцк, о т л 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 подвцжкоц, обеспечивающей его периодическое выведение из канала,Источники информации,принятыс во виманце прц экспертцзс 1. Ф(ишка топких цлсцок. М., Мцр, т. 4, 1970, с. 74.2. Авторское свидетельство СССР401914, кл. (т 01 Х 21/48, 1971.