Способ определения коэффициента поглощения твердых слабопоглощающих сильнорассеивающих материалов

ОО)05 СОНЕ Л ИОЦИАЛИСТ(цЕД-(РЕСПУБЛИК( 7937 А о 1 сз 01 ( 2 Ь)Й НОМИТЕТМ (1 ОТКРЬ(ТИЯМ ОСУДАРСТВ О ИЗОБРЕТЕ РИ ГКНТ ОС ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯВТОРСКОМУ СВИДЕТ ЕЛЬСТВУ(57) Изобртени относится к скинскойфизик связано с исс; с 1(внем сц ически; свойств (всрдых слабоогас ц; кихсильорасссив;к)(ци; матриалов. 1(льизсбр(1 сния . повышение то(но;ти измереИзсбретенис относится к техн ицес кой физике и связано с и следованием опт- ческих свойств твердых слабг)псглоп(ак)ц.х сильнорассеивдюших материалов, таких кдк керамика, порошки, вс)локнистдя тепл изо.яция и т. д.Цель изоГ)ретения - повышение тоц ности измерений коэффициента поглошения твердых слабопоглошаюцих сильсрасее. ивдю(цих материалов.На фи( 1 представлена схем;- устрсйствд :ля осуществления способа; нд 1)иг. 2 расположение образца в оправе.Устройство содержит источникколли мированного излучения, модул,пор 2, интегрирующую сферу 3, экран (оправ 4, в котором расположен иследуемый образец 5 (или эталон прогсускания), приемник 6 излучения, защищенный шторкой 7 от прямого попадания пропущенного через образец или эталон излучения, усилитель 8 и вторичный прибор 9.Для широкого класса полупрозрачных материалов, таких кдк прессованные порошки, крамцкд, молоцныс стекла, в области прозрачности коэффициенты полошения(ий 1(редлдгдсмый способ решат задачу для лучдя, ко;да ц пользуются экспериментальныданные для пропускдтельной способност. набора рдзнотолщицных образцов. В посо"с предлагается проводигь измерения процускательной с:(особности, открыв оптимальным образом часть бо;овой цилиндрической поверхности образца, цто значитглии увеличива( информативность эксперис с н) д относительно коэффициента поглоцния и его достоверность. Даны соотноп)ения, из которых находят оптимальные(с) д(цин образна и оправки, тд кккс с отнс ц(ение, цо которому определянт з,цени коэффициецта поглосценця.2 и,К,( диффузии излучения 1. малы и не превыцд(от величин 10 10смсоответствснноПри таких значениях К и В получение достсврны, рс зу.п: дтов для величы к в (кзхльтагре,еия обратной з, сдцид основе измеренных радиационных хардктеристик в зависимости от толгцины рд сеивдющего слоя является чрезвычайно сложной задачй. Так как отражательная сцсобность слабо зависит как от К, так и )т 1, здддца определения последних становится и;о., оГусловленцой. Использовать резуль-ат измерения спектральной изл;цстсльцой споьобости при темпсратурах с.с с 100 )х црдкгицки негс зможно, псскс).)ькуз-зз и гц и интесвс)сги планковско; о излхцснц цогрсшность в измерениях вс:,(икд( эг:му единственной возможнссгю получения информации о велицшц ) в таких мь геридлах являтс я ;змерс-ние,;ропускательных характеристик.,.сгс тато(и и (с) )1 м дти вссть эксгс.р и мента отиссит. ,с вслицц ы К при измр- ниц рс) х ек 1 ьсэ х 1 с)сс)Г цстЙ н(бор( рдзцотолшиьх образцов мсжет быть дости(з д пр( услсвии 11 - - (Н толщина)О 15 20 25 30 35 г=г=г =0,5 40 45 50 55 образцов, ; == хК/О - коэффициент затухания). Отсюда следует, что для материалов с коэффициентом затухания -2 см и даже большими значениями при ограниченном радиусе образца существенная часть излучения будет выходить из боковой поверхности образца.Густь в центр торца цилиндрического образца радиуса р и толщиной Н падает нормально к этому торцу луч радиуса р. Назовем цасть потока (по отношению к падающему) излучения, вышедшего через противоположный (выходной) торец цилиндрического образца торцовой, пропускательной способностью Р р, а часть потока, вышедшего через боковую нове хность цилиндра, -- боковой пропускательной способностью Рл, Величины Рн)к и Р р могут быть рассчитаны из решения уровнения диффузии для объемной плотности энергии излучения в цилиндре. При ограниченном радиусе образца вследствие размытия пучка супественно уменыпаются полезные потоки пропущенного излучения через выходной торец и увеличиваются потоки через боковую поверхность. Для увеличения информативности эксперимента относительно коэффициента поглощения необходимо открывать боковую поверхность образца оптимальным образом.Способ осуществляют счедуюцим обраЦилиндрический образец радиусом р и толщиной Н располагают в оправе во входном отверстии интегрирующей сферы 3 Боковая поверхность образца полностью находится в контакте с внутренней боковой поверхностью оправы, причем обращенные в сферу торцы образца и оправы находятся заподлицо с внутренней поверхностью сферы. Для большей информативности эксперимента относительно К толщину образца выбирают максимально большой, но та. кой, цтобы величина пропускательной способности Р .была примерно на два(о)порядка больше пороговой чувствительности измерений (когда полезный сигнал равен шучч). Зная радиусы образца (. и падающего пучка р, толцину образца Н , а также используя предварительно имеющуюся информацию о коэффициенте диффузии излучения Р, показателе преломления исследуемого материала и и двуполусферицеских коэффициентах отражения границ г, (= = 1,2), г,., (роль последних асичптотически чала), рассчитывают коэффициент поглощения К материала из уравнения(о)гд( Р(Н, К ) определяется выражением,приведенным в формуле изобретения. Из у казан ных в формуле изобретения условий определяют значения толщины дополнительного образца и высоту оправки Нопр для этого образца. Производят измерение нормально-полусферической пропуска- тельной способности нового образца, открыв его боковую поверхность на расстояние Й= Н - Н. , при этом вся выступающая из оправки часть образца находится внутри интегрирующей сферы. Рассчитывают окончательную величину К, решая приведенное в формуле изобретения уравнение.Пример осуществления способа. Способ может быть использован для слабопоглощающих сильнорассеивающих материалов пи выполнении условий -К Р и К/Р Н 1.Пусть на длине волны 0,63 мкм необходимо провести исследование оптических свойств сильнорассеиваюшей слабопоглг.- щающей керамики, полученной спеканием из порошка чистого оксида алюминии. Пористость керамики 88 Я, показатель преломления оксида алюминия на этой длине волны п=1,765. Полагаем, что значение коэффициента диффузии излучения Р полу чено из предварительных экспериментов и равно 1 10см. Значения двуполусферических коэффици. ентов отражения от внутренних гранин образца г, г. и г(могут быть вычислены приближенно по достаточно грубой модели, так как в диффузионном пределе их величина слабо влияет на радиационные характеристики. В результате расчета полу- чено Измерения нормально-полусферической пропускательной способности образцов проводят на установке, основными элементами которой являются интегрирующая сфера с внутренним радиусом 100 мм, а источник излучения - гелий-неоновый лазер. Гороговая цувствительность экспериментальной установки имеет значение Р = =5 10Радиус луча источника излучения р.= =О, см. Образец радиусом р.=1,5 см разчещают в оправке так, что боковая поверхность образца полностью находится в контакте с внутренней поверхностью оправки. Оправку вставляют во входное окно интегрируюцей сферы так, что тор. цовые поверхности образца и оправки были бы заподлицо с внутренней поверхностью интегрирующей сферы. Для большей инфор. мативности эксперимента относительно пара. метра К толщину образца Н желательно выбирать настолько больпп (, тобы вел чина прону(кательшй си обнвти была два поря,ка больше порп, .и чувствя;е.;+ (1 - )з,)ехр(Н, - 2 фрН)1 ,С = 1 н (хтр /у, ) /1, (х ) (1 +Ъ х,/рр) (1 +7 11,; (1 + 1, ) (1 - т (з ) (1 -)з, ) ехр (-21,Н) г и г . - ,нуполусферические лоэффиписнты внутрнного огражения ре сии д.я нходнсЙ торновой ионс рхности (т =1), вых . трпсо) нонерхнссти(=-2) и боковой поверхнссти образца сстветствен)о;- корень хсрдктеристическс)гоуравнения.=- Я +х/р,) ,Ъ = 2 Р(1+ тат,н) / (1 - тын ),=2 Г)(+г,)/(1 - -г,), =-1, 2; 55 ности чстановки. Величина толщины образца Н определяется экспериментально из условия Р-р ( Нф ) - Р", где Р. р ( Н ) ) - нормально-полусферическая пропускательная способность образца толщиной Н" радиуса р Полученные в эксперименте данные Р" -р=7 10при тол)цине Н" = =0,69 см используют решения уравнения Ртор (Н, Ко) =Р театр.о ср)Расчет дает значение К = 4 1 0 смИ з условий, приведенных в формуле изобретения, определяют значения толщины Н=1,93 см и высоты оправки Н р=0,16 см. На следующем этапе изготавливдк)т обрдти в виде т инд)д т т рй 11=1,"3 и ради,тм р,т, ОЛт; Н) Гов прст,тл, ттотт у , Пз нсс нд рассояние Н=Н Н =-1,77 см.Оправку размещают во входном отверстии сферы так, цтобы торцовая поверхность оправки была заподлицо с внутренней поверхностью сферы, д образец выступал за топец оправки внутрь сферы на расстояние Н. Экспериментальное значение нормально-полусферической и ропускательной способности составило Р = 6,9910 . Точное значение К определяют, решая уравнение Р р (К) + Ртт (К) =РГолучено значение К=З 10смЧисленные расчеты величин дают величину отношения погрешностей предложенного и известного способов. равную 0,3775.Таким образом, как видно из расчета и как показываки сравнительные испытания, при одном и том же уровне измеряемой нормально-полусферической способности точность предложенного способа из. имерений коэффициента поглощения выпе, чем точность прототипа в 2,61 раза.= чК/Р - коэффициент затухания; п - показатель преломления мд. териала; Способ определения коэффициента поглощения твердых слабопоглощдюспих сильно.5 рассеивающих материалов, заключающийсяв том, что направляют излучение нд входную торцовую поверхнссть обр;:с, выполю,ленного в видс цилиндра всоой 11 причем боковая юверхность пилинд 1 ь ухтановлена в оптическом лснтдктс с соглощающим экрано рссистрирук)т излучение, вышедшее через выхс)днун торцонх к) поверхность обрдзцд. нычис.и ттг пропусктельную с пособиисть Рисбр:- па и рассчитывдкт коэффициент к глощен и я К материал, причем исс.с д е.мый матери,", и толщина образца Ц " уттонетнорянтт еотттдопенннч тт(, т КтР Н - , тяе с ноффнппепт диффузии излучения в обрсзпс, ст,стсск- О с(яйся )е, тто, с цен)ьо онс ния точностизмерений, дополнительнс напрв,якт излученте на входную торсовук поверхность образца, выполненного в виде цилиндра высотой Н, причем часть его боковой поверхности высотой Н(Н (111, от 5 считываемой от в содной торцовой псверхности, установлена в оптическом кснтакте с поглощакнц им экраном, рс гистрирук)т одновременно излучение, выпедес через выхопую торовхн повс рхност и неэкрдирсвтзсую чез ь боксвсй нвсрхнси сб.разца, вычисляют суммарук пропускте.иную способность Р образца, д коэффициент )гс)глощения К рассчитывдкт из урдв.пения1 г 67937 1,(х и 1 (х) - функции Бесселя н) з.ного иперво,порядка соответсгВЕННО; Р - радиус пучка, падаюшео на образецз. у чеии я,Рн - - Ради;обРазца,цричск р меры Н и 1 образца предвари Гс ьд о ределяют из т с повий 2 СЭг 2 2 Гкстние.и В Калениикрд И Верее Корректор А. О иок 5 И 1 однисиое Редактр т 1 Ке.и тенЗа н1,1 к11111111 1 н ,н ннн,5, .Ч11 нодуча откртиии при ГК)Т С;О;Ра гн, д. 4,5ткпрод. уд, Гагарина, 10 чнта пн иирснниткиа К 35 Р;т нсъаи ;ни к;ин 1,. нгк,1 х) - 1,1,н) 1,1 х;= О,8тщмН, Ноп -1 тор (Н, К ) +Ргок(Н, Ноор, Ко)1ЭРгН, Ко)+Рбок(Н, Ноор, К ) = Р Ь где К, значение коэффициента поглощения, рассчитанное по величине Ртор,Р 4 - минимальное значение пропускательной способности, при котором случайная ошибка, обусловленная шумами измерительной схемы, соизмерима с погрешностью измерений.