Способ определения спектрального коэффициента яркости

(51) 4 С 01 Л 1/10 ГОСУДАРСПО ДЕЛ ИОАЯИЕ ИЗОБРЕТТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4253272/24-2523.03.8730.10,88. Бюл, У 40Ю.В. Иванов, В.И. КМинаева, А,К, МкртчКозинцев и В,В, Кож535,24(088,8)Гуревич М,М, Фотомеметоды и приборы.1983, с. 77-79.тчет по НИР/ГОИ им.1986, У НГ 12-412-81/9 4859. 21) 22) коэффициента яркости конструктивныхи оптических материалов, а также дляаттестации стандартных образцов поспектральному коэффициенту яркостии спектральному коэффициенту диффузии отражения в инфракрасной области,Целью изобретения является повышениеточности определения коэффициента яркости в инфракрасной области спектра.Способ основан на измерении коэффициента яркости образца при диффузномосвещении. Новым в способе является(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯКОЭФФИЦИЕНТА ЯРКОСТИ(57) Изобретение относспектрофотометрии и моменено для измерений с СПЕКТРАЛЬНО излульных тся к област ет быть прияркомера при ополни пектральног яркостью излучени О.А, М.С(53) (56) рияр гия,0 ЯЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ леннои собственнымением образца за счизмерений сигналовиффузном освещенииного осветителя с мИзобретение относится к спектрафатометрин и предназначена для изме"рений спектрального коэффициента яр"кости конструкционных и оптическихматериалов, а также для аттестациистандартных образцов по спектральномукоэффициенту яркости и спектральномукоэффициенту диффузного отражения винфракрасной области спектра. 10Цель изобретения - повышение точности определения коэффициента яркости в инфракрасной области спектраза счет исключения погрешности, обусловленной собственным излучением образца.На фиг. 1-.2 показаны схемы установки для реализации способа при использовании сферических диффузныхизлучателей с температурой Т и Т.Установка состоит из сферическогоосветителя 1, держателя 2 образца,установленного в. центре сферическогоосветителя 1, яркомера 3, который может занимать положение, при которомон визирует поверхность сферическогоосветителя 1 Яркомер состоит из объектива, создающего изображение фотометрической поверхности на фотоприемнике 4 с монохроматической чувствительностью. Кроме того, в составустановки входит еще один сферическийосветитель 5.Способ осуществляется следующимобразом.Устанавливают образец в держателе З 5образца первого сферическогоосветителя 1, нагревают его до температурыТ, устанавливают яркомер в положениеБ, в котором он визирует участок поверхности образца в направлении Ачерез отверстие в сферическом осветителе 1, измеряют сигнал яркомераЛ (%). Устанавливают яркомер в положение В, при котором яркомер визируют на участок равнояркой поверхности 45сферического осветителя 1 и измеряютпри этом сигнал яркомера 3(9). Затемпомещают образец 2 в держатель образцов второго сферического осветителя5, устанавливают значение его температуры поверхности Т, меньше, чем Т,а еще лучше - меньше, чем температураобразца Т . Устанавливают яркомер вположение Г, в котором он визируетучасток поверхности образца в направленин А через отверстие в сферическом осветителе 5, измеряют сигналяркомера 3, Устанавливают яркомер в положение Д, при котором яркомер визирует участок равнояркой поверхности сферического осветителя 5 и измеряют при этом сигнал Э 4. Определяют коэффициент яркости образца в направлении А при диффузном освещении из соотношенияфизическая сущность изобретения заключается в следующем. Коэффициент яркости образца , в направлении А (при освещении в направлении С) равен .отношению яркости Ь образцад в направлении А и яркости идеального рассеивателя, освещаемого тем же потоком излучения, что и образец, Под идеальным рассеивателем понимают поверхность такого воображаемого тела, которое отражает 1007 падающего на него потока излучения, причем яркость его Ьо во всех направлениях одинакова, т.е. согласно определению коэффициента яркостиА Ь(1)с Ь фоВАгде 8 - коэффициент яркости образ сца в направлении А, при освещении его в направлении С.Пусть участок образца находится в условиях идеального диффузного освещения, а это означает, что спектральная плотность энергетической яркости освещающего образец излучения во всем спектральном диапазоне и во всех направлениях строго одинакова, следовательно, такова же и яркость идеального рассеивателя, помещенного на место образца. Таким образом, если сформировать диффузный облучающий поток на. образце, то измерение отношения яркостей облучающего диффузного потока Ь и отраженного подотока Ьо в направлении А дает значение коэффициента яркостиА ЬР =огде индекс Й при коэффициенте означает диффузное освещение образцат,е., если измерить яркомером сигналя Л, пропорциональной яркости Ь образца в направлении А, ссвещаемого диффузным осветителем с температурой Т, и измерить сигнал яркомера 3(9)(10) 1 О 45 50 и яркость диффузного осветителя(Я, Т), то сигналАД,(А) = К 1.(Я), (3)5 где К - коэффициент пропорциональности, зависящий от геометрии яркомера и его чувстви тельности.Сигнал д И) = К Ь,(Я, Т). (4) Отсюдад (А) Ь.(А)(А, Т)Однако выражение (3) является приближенным, так как относится к случаю, когда образец не излучает, что справедливо только тогда, когда абсолютная температура образца Т равна О. В том .случае, когда Т Ф О, сигнал Л, яркомера зависит как от собственного излучения образца, так и от излучения, отраженного от 25 образца где ), (%, Т) =К Ь (%, Т ) описываетАа 0 ф 6яркость за счет излучения образца,Д имеющего температуру Т; К - коэффициент поглощения (или излучения) согласно закону излучения нагретого тела;(%, Т,) - яркость излучения абсолютно черного тела с температурой Т.Таким образомД(А) Ь Ит) АД+ Д (7) Д (А) 1.,И,Т ) )40(д .То)При То0 член в ,-д -) отличен отонуля и описывает систематическую погрешность коэффициента ) . ИсключитьЯэту систематическую погрешность позволяют дополнительные операции измерений сигналов 3(%), ),( по предлагаемому способу,Действительно, сигнал яркомера 3.), пропорциональный яркости образца, освещаемого диффузным осветителем с температурой Т ( Т, равен д,(э) = к).(е, т,) +,"ь,И, т,).(8)Сигнал Л(%), пропорциональный яркости диффузного осветителя с температурой Т, равен Л (А) = К 1, ( А, Т, ) . (9)Из соотношений (6) и (8) следует Из соотношений (4) и (9) следует Отсюда иэ выражений (10) и (11)следует(12)4Выражение (2) преставляет собой коэффициент яркости 3 образца, не искаженный систематической погрешностью, обусловленной собственным излучением образца, Для того, чтобы погрешность определения разностей сигналов Х (7) - Л(А) и ЯИ) - Л (%) быпа как можно меньше, температура Т; должна быть меньше Т, а еще лучше, если Т, Т (Т - температура образца). Из выражения (7) видно, что систематическая погрешность определения коэффициента яркости измерения особенно велика, если температура образца То высока и близка к температуре диффузного осветителя Т, а коэффициент яркости много меньше единицы, В этом случае систематическая погрешность определения р может достигатьд100 Х и более. П р и м е р. Пусть для реализации способа:используется установка, показанная на чертеже. В качестве сферического диффузного излучателя с температурой Т = 1000-1100 К может быть применена замкнутая теплоизолированная сферическая полость, а в качестве диффузного излучателя с Т77 К может быть применен сферический сосуд, заполненный жидким азотом, при этом оба диффузных излучателя помещены в вакуумный объем, яркомер имеет зеркальный объектив и монохромотор для выделения длины волны Я20 мкм.51434274Пусть измерения 1 з проводятся приВкомнатной температуре, Т, = 300 К, а значение 1 = 0,05.Погрешность измеренияЬ (9 Т) 100 Ж 1.(% Т)1(Э Т) Е,(Ъ т)о- (13)й рйПри оценке погрешности можно считать, что диффузные источники излучения излучают как черное тело с .температурой Т, а образец как черное тело с температурой Т (так как коэффициент излучения образца . - 0,95),Для оценки погрешности на 9 =20 мкм излучение диффузного источника при температуре Т и образца при температуре Т можно воспользоваться Формулой Релея-Джинса20(14)где С - скорость света,К - постоянная Больцмана.Согласие с точной Формулой Планка для Я = 20 мкм и температур Т300 К и Т = 1000 К лучше 5 Х,Подставив соотношение (14) в соотношение (13) имеем306 = --- - = 6607,Ть 1003Т 0,05т.е. составляющая погрешности измерений составляет 6607.35Предлагаемый способ позволяет ис-.ключить эту составляющую погрешности,Таким образом, предлагаемый способ определения спектрального коэффициента яркости позволяет значительно по 40 высить точность его определения. формула изобретенияСпособ определения спектрального коэффициента яркости, заключающийся в том, что освещают образец в телесном угле 2 диффузным потоком излучения от равнояркого источника с температурой Т, измеряют сигнал 3,(Э) на длине волны я, пропорциональный яркости поверхности образца в направлении А, измеряют сигнал 3(3), пропорциональный яркости освещающего образец равнояркого источника в том же телесном угле, и определяют значение коэффициента яркости"(1) образца в направлении А при диффузном освещении, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения коэффициента яркости в инфракрасной области спектра за счет исключения погрешности, обусловленной собственным излучением образца, дополнительно измеряют сигнал 3 (9), пропорциональный яркости образца в направлении А, освещаемого в теле сном угле 2 и равноярким дополнительным источником с температурой Т 1, причем Т( Т, дополнительно измеряют сигнал 3(%), пропорциональный яркости дополнительного равнояркого источника с температурой Т, в том же телесном угле, а значение коэффициента яркости образца в направлении Л при диффузном освещении определяют из соотношения: