Способ определения спектральных направленно-полусферических коэффициентов отражения образцов

.2 л) = - ,0 оОэпортное значение коия эталонного образЪ,2 д) =р (Ю ДЪ, 2 л) - пас ента отраженфи ца. Однако ет нервен ность, т измеряемо точно точнГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССР М 549855, кл. 6 01 й 21/55, 1977.Топорец А,С, Оптика шероховатой поверхности. Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение. 1988, с, 22. Изобретение относится к области исследований фотометрических характеристик материалов, а более конкретно - к технике измерений спектральных направленно-полусферических коэффициентов отражения образцов материалов,Известен способ определения спектральных направленно-полусферических коэффициентов отражения, при котором освещают последовательно образец и эталон по нормали к поверхности и измеряют интенсивность света. отраженного в обратном направлении, измеряют индикатрису обратного отражения образца, освещают эталон и образец при заданном угле падения и измеряют интеНсивность света. отраженного в зеркальном направлении, а также угол поворота образца, при котором интенсивность отраженного света уменьшается в 2 раза по сравнению с зеркальным направ,.лением, ипо результатам проведенных измерений рассчитывают направленно-полусферический коэффициент отражения.Наиболее близким к изобретению явля, ется способ, при котором освещают измеряемый и эталонный образцы,5 Ц 177085(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ НАПРАВЛЕННО-ПОЛУСФЕРИЧЕСКИХ КОЗФФИЦИЕНТОВ ОТРАЖЕНИЯ ОБРАЗЦОВ(57) Использование: исследование фотометрических характеристик образцов. Сущность изобретения: осуществляют сканирование сечения пучка лучей приемником излучения или непрозрачным экраном с отверстием, измеряют текущие координаты и напряжения сканируемых точек сечения и по формуле определяют коэффициент отражения образцов, 3 ил. последовательно помещаемые в фокус вогнутого параболического зеркала, монохроматическим светом со стороны параболического зеркала, причем измеряемый образец освещают под углом ро, а эталонный - под углом р, при котором он аттестован, осуществляют прием отраженного образцами излучения и измерение соответствующих напряжений 00 и Оз на выходе приемника излучения, помещаемого в фокус дополнительного параболического зеркала, соосного с первым и обращенного к нему вогнутой поверхностью, а направленно-полусферический коэффициент отражения измеряемого образца находят из соотношения; если приемчик излучения имемерную угловую чувствитель- коэффициент отражения о образца определяется достао лишь в том случае, когда про 1770850странственные индикатрисы отражения измеряемого и эталонного образцов примерно одинаковы, В противном случае, коэффициент отражения измеряемого образца определяется с погрешностью, величина которой зависит от характера угловой чувствительности приемника и вида индикатрисы отражения измеряемого и эталонного образцов, Кроме того, дополнительные ошибки могут возникать вследствие экранировки отраженного образцами излучения конструктивными элементами, например, самими образцами, оправами зеркал и др.Целью изобретения является повышение точности определения спектрального направленно-полусферическою коэффициента отражения измеряемого образца за счет уменьшения погрешности, связанной с неравномерностью угловой чувствительности приемника излучения, Повышение точности, достигаемое при использовании изобретения, подтверждено расчетами. Дополнительным преимуществом изобретения является возможность повышения точности путем учета экранировки конструктивными элементами отраженного образцами излучения, а также возможность измерения относительных пространственных индикатрис отражения образцов,Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, при котором освещают измеряемый и эталонный образцы, последовательно помещаемые в фокус вогнутого параболического зеркала, моно- хроматическим светом со.стороны параболического зеркала, причем измеряемый образец освещают под углом ро, а эталонный - под углом Ъ, при котором он аттестован, осуществляют прием отраженного образцами излучения и измеряют соответствующие напряжения на выходе приемника излучения, сканируют последовательно для каждого из образцов сечение пучка лучей, Формируемого параболическим зеркалом, измеряют текущие координаты сканируемых точек сечения, прием излучения, отраженного образцами, и измерение напряжений производят для каждой сканируемой точки сечения, а спектральный наи равленнб-полусферический коэффициент отражения измеряемого образца определяют по Формуле: р(ъ 2 л) =р (р,27 г) хО, у,кзо х1 где рэ( дъ, 2 7 г) - паспортное значение коэффициента отражения эталонного образца;у, к - текущие координаты сканируемых5 точек сечения пучка относительно оптической оси пучка;Оо(у,г); О(у,г) - зависимости выходныхнапряжений приемника излучения от координат у, к при освещении соответственно10 измеряемого и эталонного образцов;Я(у) - зависимость чувствительностиприемника излучения от угла падения светау на приемник;Зо; Я - площади поперечного сечения15 пучков, формируемых параболическим зеркалом при освещении соответственно измеряемого и эталонного образцов.Сканирование сечения пучка лучей,формируемого параболическим зеркалом,20 может осуществляться двумя способами. Попервому способу сканирование производятперемещением приемника излучения, э повторому - перемещением непрозрачногопоглощающего экрана с отверстием, при25 этом прием излучения, отраженного образцами, осуществляют приемником излучения, помещаемь м в Фокус дополнительногопараболического зеркала, соосного спервым и обращенного к нему вогнутой повер 30 хностью.На фиг.1 приведена схема устройства,реализующего способ определения коэффициентов отражения, при котором сканирование осуществляют перемещением35 приемника излучения; на фиг,2 - схема устройства, в котором сканирование осуществляют перемещением непрозрачногопоглощающего экрана с отверстием; нафиг,З - графические зависимости погрешно 40 сти определения коэффициента отраженияот угла освещения образца уъ для указанных способов, а также для способа-прототипа,Изобретение иллюстрируется следую 45 щими примерами, Устройство содержитсветонепроницаемую камеру 1, параболическое зеркало 2, измеряемый (эталонный). образец 3, установленный в фокусе зеркала2, плоское зеркало 4, расположенное под50 углом 45 к оптической оси зеркала 2, приемник излучения 5, осветитель 6, состоящийиз источника света 7 с диафрагмой 8, обтюратора 9 и приемника излучения 10 опорного канала, Световой диаметр Оо зеркала 255 выбран из условия Оо = 41 ф, где т- фокусноерасстояние зеркала 2. Плоское зеркало,4имеет возможность линейного перемещения в направлении, перпендикулярном оптической оси зеркала 2, что позволяет5 10 изменять угол падения света на образец 3. Приемник излучения 5 с помощью устройства сканирования имеет возможность перемещения в плоскости, перпендикулярной оптической оси зеркала 2. Спектральный направленно-полусферический коэффициент отражения определяют следующим образом. Измеряемый и эталонный образцы последовательно помещают в фокус зеркала 2, а плоское зеркало 4 устанавливают в положение, обеспечивающее освещение образцов под требуемыми углами, Источник света 7 формирует параллельный пучок лучей монохроматического света. Промодулированный обтюратором пучок источника последовательно отражается от зеркала 4, зеркала 2 и падает на образец, а также после отражения от обтюратора поступает на приемник 10 опорного канала. Излучение, отраженное образцом, собирается зеркалом 2, которое формирует параллельный пучок лучей. Перемещением приемника 5 сканируют сечение сформированного пучка, при этом текущие выходные напряжения приемника 5 и приемника 10 подаются на вход вычислительного устройства, которое вычисляет текущие координаты у, г приеглника 5 относительно оптической оси зеркала 2, а также осуществляет нормировку значений выходных напряжений приемника 5 относительно значений выходных напряжений приемника 10, После выполнения указанных операций для измеряемого и эталонного образцов вычислительное устройство определяет коэффициент отражения измеряемого образца по приведенному выше соотношению, в котором Оо(у,г), О(у.х) - зависимости нормированных значений выходных напряжений приемника 5 от координат у, л при освещении соответственно измеряемого и эталонного образцов. При сканировании чувствительная площадка приемника 5 находится под одним и тем же углом к падающему излучению, поэтому величина Я(у) является постоянной и после вынесения за знак интеграла в числителе и знаменателе выражения может быть сокращена,Устройство на фиг,2 содержи те же элементы, что и устройство на фиг,1, а также дополнительное параболическое зеркало 11, соосное с зеркалом 2 и обращенное к нему вогнутой поверхностью, и непрозрачный поглощающий экран 12 с отверстием 13. Экран 12 с помощью устройства сканирования имеет оозгложность перемещения в плоскости, перпендикулярной оптической оси зеркал 2 и 11, Приемник 5 установлен в фокусе дополнительного зеркала 11. Уоэффициент отражения определяют следующим образом, Измеряемый и эталонный образцы освещаются так ко, как и в предыдущем устройстве, Излучение, отра;нно образцом, собирается зеркалом 2, которое формирует параллельный пучок лучей. Часть сформированного пучка проходит через отверстие3 экрана 12 и, отражаясь от зеркала 11, падает на приемник 5 под углом у, равным 4 1+а42 2 2где у, л - координаты отверстия 13 относительнаоптической оси зеркал 2 и 11;т- фокусное расстояние зеркала 11.Перемещением экрана 12 сканируют отверстием 13 сечение сформированного пучка, при этом текущие выходные напряжения приемников 5 и 10 подаются на вход вычислительного устройства, которое вычисляет текущие координаты у, г отверстия 13, текущие значения угла падения у, определяет соответствующие значения чувствительности Я(у) приемника 5. а также осуществляет нормировку значений выходных напряжений приемника 5 относительно значений выходных напряжений приемника 10. После выполнения указанных операций для измеряемого и эталонного образцов вычислительное устройство определяет коэффициент отражения изглеряемого образца по приведенному выше соотношению.Нормировка значений выходных напря- жений приемника 5 в описанных устройствах производится с целью исключения влияния на результаты измерений дрейфа мощности источника света 7. При высокой стабильности источника света опорный канал в устройствах может отсутствовать, а вычислительные операции могут осуществляться непосредстоенно с выходными напряжениями приемника 5.В качестве примера на фиг.З приведены расчетные зависимости относительной погрешности определения коэффициента отражения образца от угла освещения образца ро, подтверждающие эффективность изобретения, где кривая 1 соответствует погрешности определения коэффициента отражения с помощью описанных устройств, а кривая 2 - устройств, реализующих способ-прототип. Расчеты проведены для измеряемого образц с полушириной индикатрисы силы светао уровню 0,5, равной 20 О, для диффузно отражающего эталонного образца и приемника излучения с косинусоидальной зависимостью угловой чувствительности. Эначения светового диаметра и фокусноо1770850 8 у Оо(у,гЯЬ)х расстояния параболических зеркал в расчетах принимались равными соответственно 240 мм и 60 мм, а диаметр образцов -20 мм. 1, Способ определения спектральныхнаправленно-полусферических коэффициентов отражения образцов, при котором освещают измеряемый и эталонный образцы, последовательно помещаемые в фокус вогнутого параболического зеркала, монохроматическим светом со стороны параболического зеркала, причем измеряемый образец освещают под углом 1 ро, а эта; лонный - под углом р, при котором онаттестован, осуществляют прием отраженного образцами излучения и измеряют соответствующие напряжения на выходе приемника излучения, о т л и ч а ю-щ и й с я тем, что, с целью повышения тбиности за счет уменьшения погрешности, связанной с неравномерностью угловой чувствительности приемника излучения, сканируют последовательно для каждого из образцов сечение пучка лучей, формируемого параболиче-.ским зеркалом, измеряют текущие кОординаты сканируемых точек сечения, прием излучения; отраженного образцами, и измерение напряжений производят для каждой сканируемой точки сечения, а спектральный направленно-полусферический коэффициент отражения измеряемого образца определяют по формуле л) = рэ ( уЪ, 2 л ормула изобретения Б эз где р (уЪ, 2 и) - паспортное значение коэффициента отражения эталонного образца;у, г - текущие координаты сканируемых 10 точек сечения пучка относительно оптической оси пучка;Щу,к), Щу,г) - зависимости выходных напряжений приемника излучения от координат у, г при освещении соответственно измеряемого и эталонного образцов;ЯЯ - зависимость чувствительности приемника излучения от угла падения света у на приемник;ЯО, Яэ - площади поперечного сечения пучков, формируемых параболическим зеркалом при освещении соответственно измеряемого и эталонного образцов.2. Способ по п,1, о т,л и ч а ю щ и й с ятем, что сканирование сечения пучка лучей 25 производят перемещением приемника излучения,3, Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что сканирование сечения пучка лучей производят перемещением непрозрачного 30 поглощающего экрана с отверстием, а прием излучения, отраженного образцами, осуществляют приемником излучения, помещаемым в фокус дополнительного параболического зеркала, соосного с первым р( р.,г )х 35 и обращенного к нему вогнутой поверхностью., И,Муск едактор Т. Иванова НТ ССС Производственно-издательский комбинат "Петен, Ужгород, ул.Гагарина, 10 аказ 3737 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5