Измеритель оптических потерь

(Ъ Комитет Российской Ф по патентам и товарны ОПИСАНИЕ ИЗОК ПАТЕНТУ 1(76) Бубличенко ИА Лебедев АВ.(73) Московский инженерно-физический институт (64) ИЗМЕРИТЕЛЬ ОПТИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ (67) Использование: оптическое приборостроение фотометрия и рефлектометрия, газоанализ, Сущность изобретения: в двухканальном измерителе(и) 2002215 Х оптических потерь с многоходовой системой, обусловленные флуктуациями пространственного и углового распределения интенсивности излучения источника смещения световых пятен по измерительному и опорному фотоприемникам, пропорциональны размерам их приемных площадок что ведет к выравниванию относительных изменений сигналов с фотоприемников. 5 зл, ф-пы, 1 ил.Изобретение относится к оптическомуприборостроению и может быть использовано при разработке приборов спектральногоанализа, абсорбционных газоанализаторов,фотометров и рефлектометров,Известен измеритель оптических потерь,содержащий оптически связанные источникизлучения, светоделитель, модулятор иэлуче ния, многоходовую зеркальную систему в измерительном канале, обладающую. переднейи задней главными плоскостями, фокусирующую систему и фотоприемник, соединенныйсо схемой регистрации,К недостаткам измерителя относитсявлияние нестабильности пространственного и углового распределения интенсивностипотока излучения источника, обусловленное наличием зонной неоднородности чувствительности фотоприемника.Наиболее близким к изобретению потехнической Сущности является измерительоптических потерь, содержащий оптическисвязанные источник излучения, опорный иизмерительный оптические каналы, многоходовую систему в измерительном канале,обладающую передней и задней главнымиплоскостями, модулятор излучения в каналах, фокусирующие системы и фотоприемники измерительного и,опорного каналов,соединенные со схемой регистрации, Недостаток этого измерителя состоит во влияниинестабильности пространственного и углового распределения интенсивности потокаизлучения источника,Изобретение позволяет повысить точность измерений за счет снижения влиянияфлуктуаций пространственного и угловогораспределения интенсивности источника.Это достигается тем, что в измерителеоптических потерь, содержащем оптическисвязанные источник излучения, светоделитель, модулятор излучения, измерительныйканал, включающий многоходовую систему,обладающую передней и задней главнымиплоскостями, фокусирующую систему и фотоприемник, опорный канал, включающийфокусирующую систему и фотоприемник, атакже схему регистрации, соединенную сфотоприемниками, в измерительном каналефотоприемник оптически сопряжен в задней главной точке многоходовой системы,в опорном канале фотоприемники оптически сопряжен с точкой, приведенное расстояние до которой от источника излученияравно приведенному расстоянию от источника до передней главной точки многоходовой системы, а отношение линейныхувеличений фокусирующих систем в каналах равно отношению размеров приемныхплощадок фотоприемников, Кроме того, фотоприемники выполненыидентичным или совмещены, а увеличения фокусирующих систем равны.Приведенное расстояние от источника 5 излучения в опорном канале равно таковомув измерительном канале эа вычетом приведенного расстояния от передней до задней главных точек многоходовой системы, причем фокусирующие системы выполнены 10 идентичными или совмещены.В опорный и измерительный каналывведены оптические системы так, что каустика излучения в измерительном канале согласована с собственной каустикой мно гоходовой системы, а приведенные расстояния от источника излучения до оп;. веских систем равны, причем последние выполнены идентичными или совмещены.Кроме того, многоходовая система вы полнена в виде устойчивого открытого резонатора, образованного двумя зеркалами, в одном из которых выполнено окно ввода- вывода излучения, а светоделитель и оКйо совмещены.1.25 Наличие отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию изобретения "новизна", а то, что совокупность заявленных признаков не обнаружена в З 0 известных технических решениях позволяетсудить о соответствии критерию изобретения "существенные отличия".,Сущность изобретения заключается вснижении погрешности измерений, свяэан 35 40455055 ной с флуктуациями пространственного и углового распределения интенсивности излучения источника, Для достижения положительного эффекта приняты меры к тому, чтобы величины смещений световых пятен по фотоприемникам были пропорциональны размерам их приемных площадок и тем самым к равенству относительных изменений сигналов с фотоприемников, В предложенном устройстве это достигается за счеттого, что выбором соответствующих приведенных расстояний Ыугде Ь - длина оптического отрезка; д- коэффициент преломления) измерительный и опорный фотоприемники оптически сопряжены с одним итем же сечением пучка излучения источника, а линейные увеличения фокусирующих систем соотносятся как размеры приемных площадок соответствующих фотоприемников,Наиболее эффективно подавляется влияние флуктуаций пространственного и углового распределения интенсивности излучения источника в случае использования в измерителе одного фотоприемника, 200221535 40 совмещающего функции измерительного и опорного. При применении в измерителе системы согласования каустики пучка излучения с каустикой многоходовой системы параметры пучков, падающие на фокусирующие системы в измерительном и опорном каналах, идентичны, что позволяет снизить требования к точности установки фотоприемников в соответствующие сопряженные точки, Применение в качестве многоходовой системы устойчивого открытого оптического резонатора с внеосевым распространением пучка излучения позволяет уменьшить оптическую длину пути опорного канала и тем самым снизить размеры измерителя,Положительный эффект достигается эа счет того, что передняя и задняя главные точки устойчивого открытого оптического резонатора расположены на отражающей поверхности зеркала с отверстием ввода- вывода излучения. Совмещение светоделителя и окна ввода-вывода излучения многоходовой системы упрощает оптиче. скую схему измерителя и, кроме того, позволяет снизить требования к точности установки фотоприемников в соответствующие сопряженные точки. поскольку излучение, поступающее в измерительный и опорный каналы, отражается от жестко связанных между собой элементов многоходовой системы: излучение опорного канала от окна ввода-вывода излучения, а излучение измерительного канала от открытого оптического резонатора как целого.На чертеже представлена оптическая схема измерителя. Измеритель содержит источник 1 излучения, систему 2 согласования каустики излучения с каустикой многоходовой системы, многоходовую систему 3, образованную сферическими зеркалами 4 и 5, одно иэ которых имеет окно 6, а также модулятор 7, фокусирующую систему 8, фотоприемник 9 и схему регистрации 10. Окно 6 одновременно является светоделителем,Измеритель работает следующим образом, Излучение источника 1 проходит согласующую оптическую систему 2 и направляется в многоходовую систему 3. 5 10 15 20 25 30 Вышедшее иэ многоходовой системы излучение проходит модулятор 7 и направляется на фотоприемник 9 фокусирующей системой 8. Излучение, отраженное светоделителем 6, также направляется на фотоприемник 9 фокусирующей системой 8, В схеме регистрации 10 осуществляется стандартная обработка фотосигнала из измерительного (из многоходовой системы) и опорного (отраженного отсветоделителя) каналов, позволяющая определить величину потерь, вносимых исследуемых обьектом. Таким образом могут быть определены, например, потери в обьекте, гюмещенном внутри многоходовой системы, коэффициент поглощения газа или его концентрация, коэффициент отражения зеркала, которое устанавливается вместо одного из зеркал многоходовой системы,Использование измерителя в качестве рефлектометра наиболее эффективно при применении многоходовой системы в виде устойчивого открытого оптического реэоцатора с вогнутым зеркалом, имеющим окно ввода-вывода, так как исследуемое зеркало в этом случае может иметь различную кривизну, в том числе быть выпуклым. Исследуемое зеркало устанавливают вместо сплошного зеркала многоходовой системы и перемещают вдоль оси системы до совпадения световых пятен входного и выходного лучей на окне ввода-вывода.(56) 1, Тохтуев Е, Г., Ларченко В, ИГейко О. Н., Желязо Н. С, Испольэовацие лазерного абсорбционного метода для определения микроконцентраций углеводородов в воздухе,/ Современные инструментальцые ,етоды и средства газоанализа; Сб. нэучцых трудов ВНИИАП. Киев, ВНИИЛП, 1905, с, 52-62,2. Гейко О. Н Суглоба А. И., Тохтуев Е. Г. Исследование влияния параметров НеИе-лазера на стабильносгь показаний лазерной газоаналитической системы./ Состояние и перспективы развития систем и приборов анализа состава веществ: Тезисы докладов, Республиканская науч.-техн. конф. Киев, 1978, с. 73.,2002215 Составитель И,Бубл Техред М.Моргентал ректор Н.Милюков Редактор Т.Яковлева раж . ПодписноКПО "Поиск" Роспатента5, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Заказ 3169 комбинат" т", г. Уж од, ул,Гагарина, 10 ел оиэводственно чФ ар мула и зо бр ете н и я 1, ИЗМЕРИТЕЛЬ ОПТИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ, содержащий оптически связанныеисточник излучения, светоделитель, модулятор, измерительный канал, включающиймногоходовую систему, обладающую передней и задней главными плоскостями, первую фокусирую щую систему и первый. фотоприемник, опорный канал, включаю-щий вторую фокусирующую систему и второй фотоприемник, а также схемурегистрации, соединенную с фотоприемни-ками, отличающийся тем, что в измерительном канале фотоприемник оптическисопряжен с задней главной плоскостьюмногоходовой системы, в опорном каналефотоприемник оптически сопряжен с точкой; приведенное расстояние до которойот источника излучения равно приведенно-, 20му расстоянию от источника до пЕреднейглавной плоскости многоходовой системы,а отношение линейных увеличений фокусирующих систем в каналах равно отношению размеров приемных площадокфотоприемников,2, Измеритель по п.1, отлчающийсятем, что фотоприемники выполнены идентичными или совмещены, а увеличения фокусирующих систем равны. - 30 3. Измеритель по п.2. отличающийся тем, что приведенное расстояние от источника излучения до второго фотоприемника в опорном канале равно таковому в измерительном канале за вычетом приведенного расстояния от передней до задней главных плоскостей многоходовой системы, а фокусирующие системы выполнены идентичными или совмещены,4. Измеритель по п.2 или 3, отличающийся тем, что опорный и измерительный каналы дополнительно содержат оптические системы для согласования каустики изучения с собственчой каустикой многоходовой системы, а приведенные расстояния от источника излучения до оптических систем равны, причем последние выполнены идентичными или совмещены.5. Измеритель по п.2, или п.3, или п.4, отличающийся тем, что многоходовая система выполнена в виде устойчивого открытого . оптического резонатора, образованного двумя зеркалами, в одном иэ которых выполнено окно для ввода и вывода излучения,6. Измеритель по п.5, отличающийся тем, что светоделитель и окно для ввода и вывода излучения совмещены.