Устройство для измерения абсолют-ных коэффициентов отражения и пропус-кания

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советск ихСоциалистичесиикРеспублик(23) Приоритет Гаауаарстванный каинтат СССР пю двлаат нзабрегеннй ивгкрцтнй(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АБСОЛЮТНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ОТРАЖЕНИЯ И ПРОПУСКАНИЯ Изобретение относится к приборам спектрофотометрического анализа и может быть использовано для измерения спект- . ральной зависимости абсолютных. коэффициентов отражения и пропускания.Известные устройства для измерения5 отражательной и пропускной способности материалов содержат источник света с фокусирующим элементом, два световых канала разделеннык во времени, предмет 0 ный столик с поцвижным или нейодвижным образцом, цва - три вспомогательных зеркала, в каждом из световых ка.палов, одно или два из которык подвижны,и приемник излучения 11 и 21.Недостатками известнык устройств являются низкая надежность в эксплуатации и сложность конструкпии, вызванные наличием подвижных зеркал, большим числом вспомогательных отражений, что ведет к понижению точности измерений.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее источник излучения с 2оптическим элементом, фокусирующим свет внутрь оптического криостата на поверхность подвижного держателя, на которую прикреплен исследуемый образец, установленные на коду излучателя оптическую систему формирования разделенных во времени световых каналов, фотометрический итар, приемник излучения и приемно-регистрирующую систему 3,Для измерения абсолютного коэффициента отражения (или пропускания). в известном устройстве необходимо осуществить четыре цикла измерений в начальные два из которых измеряется абсолютный коэффициент отражения (или пропускания) от одной из поверхностей исследуемого образца, а в последующие два цикла - измеряетсяабсолютный коэффицйенЪ отражения (или иропускания) от другой поверхности исследуемого образца и далее для получения истинного значения абсолютного коэффициента отражения (пропускания) необходимо вычислить корень квацратный из произведенияЭ 8239 величины абсолютных коэффициентов отражения (пропускания) от двух разных по- . верхностей исследуемого образца, Данное устройство позволяет измерять коэффициент отражения с абсолютной погрешйостью 1%, а в области прозрачности оно позволяет определять также пропускание.Недостатком известного устройства является то, что в каждом из световых 10 каналов расположено по три отражающих плоских зеркала (одно из которых является поворотным) и по одной фокусирующей линзе. Это усложняет юстировку оптической системы, привоцит к неэквивалентным потерям света в каналах, что ведет к снижению точности измерений. Наличие в цанном устройстве подвижного поворотного плоского. зеркала снижает его надежность в работе, усложняет конструкцию и приводит к снижению точности измерений, Измерение абсолютных коэффициентов отражения (пропускания) от двух разных поверхностей исследуемого образца в данном устройстве вносит разброс, а также снижает точность измерений. Необходимость четырех , циклов измерений и вычисление квадратного корня из произведения величин абсо- . лютных коэффициентов отражения (про- пускния) от двух разных поверхностей исследуемого образца снижает производительность, усложняет обработку результатов измерений и поушает энергозатраты.350 ель изобретения - повышение точности измерений и производительности.Укаэанная цель достигается тем, что в оптическом устройстве для измеренияФ1 40 абсолютных коэффициентов отражения и продускания, содержащем источник излуче ния с оптическим элементом, фокусируюшим. сает внутрь оптического криостата на по 45 верхность подвижного держателя; на кото рую прикреплен исслвцувмый объект, установленные на ходу излучения, оптическуюсистему, формирования разделенных,вовремени световых каналов, фотомвтричвский шар, приемник излучения и приемнорегистрирующую систему, введено дванвпоцвижных фокусирующих зеркала, отражающие поверхности которых установлены симметрично относительно плоскости, проходяйей через поверхность подвиж ного держателя и центр фотометрического шара, и на равных расстояниях больше фокусного От указанной поверхности под 89 4вижного держателя и внешней поверхности фотометрического шара.Применение фокусирующих неподвижных зеркал и их взаимное расположение в ,в предлагаемом устройстве уменьшает количество вспомогательных отражений до минимума, исключает применение поворотного (подвижного) зеркала и наличие таких дополнительных фокусирующих элементов как линзы, что приводит к повышению точности измерений, к упрошению конструкции и ее юстировки. Измерениетолько от одной поверхности исследуемого объекта и уменьшение числа цикловизмерений позволяет расширить функциональные воэможности предлагаемого устройства, упрощает обработку результатов, повышает производительность и снижает энергозатраты.На чертеже схематически изображено предлагаемое оптическое устройство,Оптическое устройство содержит источник 1 излучения с оптическим элементом, фокусирующим свет внутрь оптического криостата 2 с окнами 3 и 4 на по верхность подвижного держателя 5, на которую прикреплен исследуемый объект 6, оптическую систему формирования трех разделенных во времени световых каналов, которая состоит из двух .неподвижных фокусируюших зеркал 7 и 8, размещенных симметрично относйтельно плоскости, проходящей через поверхностьподвижного держателя 5 (на которую прикреплен исследуемый объект 6) и двух светонепроницаемых синхронно-подвижных с исследуемым объектом 6, заспонок . 9 и 10, установленных на равных расстояниях от входных отверстий фотометрического шара 11, внешняя поверхностькоторого равноудалена от отражающих поверхноствй неподвижных фокусирующих звр.кал 7 и 8, приемника 12 излучения и приемно-регистрирующей системы, котораясостоит иэ электронного блока 13 обработки сигналов и двух регистрирующих приборов 14 и 15.Подвижный держатель с исследуемым объектом 6 размещен в оптическом криостате 2 таким образом;, что поверхности окон 3 и 4 равноудалены от отражающей поверхности исследуемого объекта 6 и параллельны ей. Центр фотометричес кого шара 11 размещен в плоскости, проходящей через поверхность подвижного держателя 5, на которую прикреплен исслецуемый объект 6. Фокусируюшие зерквлв 7 и 8 установлены под равнымиуглами о 6/ к падающемуна них излучению.В данном устройстве величина угла пацения ( отражения) светового потока от исследуемого объекта 6 выбирается различной, но постоянной для данной оптической системы.Устройство работает следующим образом.В первом цикле измерения световой по О ток от источника 1 излучения с оптическим элементом проходит через окно 3, отражается под углом близким к нормаль ному, от исследуемого объекта 6 и падает на неподвижное фокусирующее зеркало 7, 15 которое направляет его через входное отверстие внутрь фотометрического шара 11 и затем регистрируется приемником 12 излучения. В этом цикле измерения светонепроницаемая заслонка 9 выведена 20 из.светового потока, падающего в фото- метрический шар 11 и находится в положении 9, а другая светонепроницаемая заслонка 10 закрывает цругое входное отверстие, Прп этом в образованном све товом каналее 3 Р. измеряется интенсивность светового потока, отраженного исследуемым объектом 6 (1 ).Во втором цикле измерений исслецуе- зо мый объект 6 выводится иэ светового потока с помощью подвижного держателя 5 .и находится в положении 6 , а светонепроницаемые заслонки нахоцятся в положениях 9 и 10 , соответственно при1этом световой поток проходит через окна 3 и 4, отражается неподвижным фокусирующим зеркалом 8 и поступает внутрь фотометрического шара 1 1 и затем ре-гистрируется приемником 12 излученияВ этом цикле формируется световой канал 10 и происходит измерение интенсивности падающего светового потока (2 )В третьем цикле измерений исслецуемый объект 6 вводится в световой поток45 с помощью подвижного держателя 5 и на" ходится в положении 6 а светонепроницаемые заслонки находятся в положениях 9 и 10 , соответственнопри этом световой поток проходит через окно 3, исследуемый объект 6, окно 4, отражается не 50 подвижным фокусирующим зеркалом 8 и поступает внутрь фотометрического шара 11 и далее регистрируется приемником 12 излучения. В этом цикле измерения55 формируется световой канал 3 . и измеряется интенсивность светового потока, прошедшего через исследуемый объект 6 ( т )/ Четвертый цикл измерения аналогиченвторому циклу,В дальнейшем при работе устройствациклы измерений повторяются в указанной последовательности, при этом каждыйиз вышегеречисленных циклов формируетсоответствующий световой канал. Синхронная работа подвижных элементов оптической системы формирования световыхканалов (подвижный держатель 5 и све-,тонепроницаемые заслонки 9 и 10) осу-,.ществляются блоком 13 электронной обработки сигналов,Измерен е отношений ЗЯ-:Р иЬ :т( где- абсолютный коэффициент ътражения исследуемого объекта; Т - абсолютный коэффициент пропускания исследуемого объекта) осуществляется блоком 13электронной обработки сигналов, а их величины одновременно раэцельно записываются двумя регистрирующими приборами 14 и 15.Оптическое устройство позволяет измерять спектральное распределение абсолютных коэффициентов отражения и пропускания в широкой области энергий излучения и температур исследуемогофобъекта.В предлагаемом устройстве в качестве источника света используется двойнойцифракционный монохроматор спектрометра ДфСотечественного . производства.Для измерения спектрального распределения абсолютных коэффициентов отражения и пропускания, исследуемый объект6, например монокристалл сернистогокадмия; устанавливается на поцвижныйдержатель 5 (язычок электро-механического вибратора), который, помелается воптический криостат 2, охлажцаемыйпарами жицкого азота, Далее подвижныйцержатель 5 с. исследуемым объектом 6юстируется таким образом, чтобы отраженный от него световой поток падал назеркало 7, которое установлено на егодвойном фокусном расстоянии от поверхности подвижного цержателя 5, на которую крепится исследуемый объект 6; Зеркало 7 направляет этот световой потокчерез входное отверстие внутрь фотометрического шара 11, внутренняя поверхность которого покрыта окисью магния,Во время измерения синхронное перемещение подвкжного держателя 5 с исследуемым объектом 6 и светонепроницаемых заслонок 9 и 10, осуществляется счастотой 88 Гц, которые управляютсяэлектронным блоком 13 обработки сигналов. Во время сканирования по длинамволн (от 250 до 1000 Нм), раэделен7 82ные во времени электрические сигналы,пропорциональные отраженной (прошедшей) и падающей на исследуемый объектинтенсивностям (Д (А ) и,7 О(Л) соответственно), полученные с приемника 12излучения поступают в электронный блок13 обработки сигналов, где происходитизмерение отношения : ЩЛ)а)к (Л)о л фгде ( Р (И - спектральное распределениеабсолютного коэффициента отражения), ана выходе блока величина Й ( Х) регистрируется самописцем непосредственно в процентах,Устранение поворотного ( подвижного) зеркала и дополнительных фокусирующих линз и уменьшение циклов измерений в цва раза и практически одновременная регистрация абсолютных коэффициентов отражения и пропускания обеспечивает простоту юстировки, упрощает обработку результатов, примерно в два раза (при прочик равных условияк), снижает расхоц электроэнергии и повышает производительность предлагаемого устройства по сравнению с известными. формула изобретения Устройство для измерения,абсолютнык коэффициентов отражейия и пропускания, содержащее источник излучения с оптическим элементом, форсирующим свет 3989 8внутрь оптического криостата на поверхность, подвижного цержателя, на которуюприкреплен исследуемый объект, установленные по ходу излучения, оптическуюсистему формирования разделеннык во вре-мени световык каналов, фотометрическийшар, приемник излучения и приемно-регистрирующую систему, о т л и ч аю щ е -е с я тем, что, с целью повышения точ 1 О ности измерений и производительности,оптическая система формирования световых каналов снабжена двумя неподвижными фокусирующими зеркалами, отражающие поверхности которых установлены сйм 15 метрично относительно плоскости, проходящей через поверхность подвижного держателя и центр фотометрического шара,и на равных расстояниях больше фокусного от указанной поверхности подвижногодержателя и внешней поверхности фото-метрического шара.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 219820, кл. С 013 3/42, 1966.2. Лисица М, П. и др. Отражения монокристаллов ЙЗъбе 1-М/физика и техника полупроводников", т. 3, вып. 7,1969, с; 1078-1081.3. Лисица М. П; и др. Отражение монокристаллов СЮЗхЬЕ Х в области собственного поглощения.,-физика и техникаполупроводников", т 3, 1969, с. 578582 (прототип).823989 СоставительРедактор Л. Кеви Техред НХра ров Корректор Ю, Макаренко филиал ППП Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 аказ 2095/60 Тираж 907 . Подписное. ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/8