Измеритель распределения энергиив лучистых потоках

Опубликовано 07.07.81. Бюллетень25Дата опубликования описания 17.07.81 по делан изобретений и открытий(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ В ЛУЧИСТЫХ ПОТОКАХИзобретение относится к оптическим измерительным приборам и предназначено для определения параметров прямых и отраженных потоков,Известен прибор для измерения коэффициентов диффузного отражения, например, методом интегрирующей сферы, который состоит из источника лучистой энергии, коллимирующей системы, образца, окружающей его полусферы с диффузно рассеивающим белым покрытием и неподвижного приемника лучистой энергии 1. К недостаткам прибора относятся возможность измерения коэффициентов диффуз ного отражения с удовлетворительной точностью только для диффузно отражающих покрытий, возможность измерения коэффициентов диффузного отражения только при одном угле падения лучей на образец (около 10). хотя коэффициенты полусферичес-. кого отражения шероховатых поверхностей существенно зависят от угла падения лучей на поверхность и трудность интерпретации полученных результатов. Наиболее близким техническим решениемк изобретению является измеритель распределения энергии в лучистых потоках, содержащий лучезащитный корпус, стол для крепления образца, приемник лучистого по тока и источник лучистой энергии.Прибор имеет формирующую оптическуюсистему, коллимирующую лучистый поток от диффузно излучающего источника. Путем отражения от системы зеркал луч под заданным углом падения попадает на образец, Другой системой зеркал и фокусирующих линз отраженный от образца луч подается на неподвижный приемник лучистого потока. Поворачивая последнюю систему зеркал, можно направить на приемник лучи, отраженные в главной плоскости при углах наблюдения= 5 - 80. Направляя падающий луч под образец, можно той же системой улавливающих зеркал измерить индикатрису пропускания. Отраженный (пропущенный) на приемник луч сравнивается с 20 опорным лучом, идущим от источника черездругую систему зеркал и полупрозрачное зеркало, 845018Однако в таком приборе возможность измерения индикатрисы отражения только в одной (главной) плоскости затрудняет оценку величины полусферического коэффициента отражения (в главной плоскости лежат нормаль к поверхности и падающий луч), поляризация прямого, опорного и отраженного лучей, проходящих через систему отражающих и полупрозрачных зеркал, затрудняет интерпретацию результатов измерений, относительность метода измерения индикатрисы отражения, обусловленная сравнением отраженного от образца луча не с падающим, а с опорным, требует измерений с эталоном. Кроме того, относительно большая апертура направляющей сис темы зеркал и приемника лучистой энергии (около 5) затрудняет изучение тонкой структуры отраженного поля, Постоянное оптическое расстояние от приемника до образца приводит к необходимости применения высокочувствительных приемников с широким диапазоном измеряемой плотности лучистой энергии. Только такой приемниК может уловить как слабый сигнал от диффуз но отражающей черной поверхности, так и сильный сигнал от зеркально отражающего образца,Целью изобретения является повышение точности измерений при определении распределения энергии в любой плоскости относительно исследуемого образца. Поставленная цель достигается тем, что в предложенном измерителе распределения энергии в лучистых потоках, содержащей лучезащитный корпус, стол для крепления образца, приемник лучистой энергии и источник лучистой энергии, приемник и стол выполнены подвижными и имеют по две степени свободы, причем центры вращения приемника и стола совмещены, а расстояние от чувствительной поверхности приемника до центра вращения стола постоянно. Для выбора апертурного угла наблюдения отраженного (пропущенного) потока соответственно уровню отраженного сигнала и требованиям к разрешающей способности прибора изменяется оптическое расстояние от приемника до стола или диаметр диафрагмы перед приемником. Для изменения угла падения лучей на стол и ориентации плоскости поляризации падающего луча относительно отражающей поверхности стол установлен на координатнике с двумя степенями свободы, Источник лучистой энергии расположен вне прибора, При измерении угла расходимости лучистого потока источника стол сдвигается в сторону от прямого луча. В случае измерения индикатрисы отражения (пропускания) в качестве источника удобно применить лазер, дающий высоко- интенсивный колли мирова нный плоско-поляризованный монохроматический луч. Стабильность источника контролируется спомощью неподвижного приемника лучистой энергии, дающего сигнал от входящего в прибор через полупрозрачное зеркало лучистого потока.На фиг. 1 дана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - установка устройства на оптической скамье.Измеритель содержит подвижный стол 1 с закрепленным на нем образцом 2, координатник 3 с двумя степенями свободы для перемещения стола 1 вокруг центра О, расположенного на поверхности образца, подвижный приемник лучистой энергии 4, координатник 5 с двумя степенями свободы для перемещения приемника 4 вокруг той же точки О на поверхности образца, луче- поглощающий корпус б с входным отверстием 7 для ввода лучистого потока 8 от внешнего источника, например лазера и зажимное устройство 9.Координагник 3, состоящий из узлов 10 - 16, позволяет вращать стол 1 относительно точки О. С помощью валиков 10, 11, 12, вала 13 и ручки 14 осуществляется поворот стола 1 вокруг оси ХХ. Поворот стола 1 вокруг оси УУ достигается с помощью полого вала 15 и ручки 16.Координатник 5, состоящий из узлов 17 - 24, перемещает приемник 4 вокруг стола 1 по сферической поверхности с центром в точке 0. Поворот приемника 4 вокруг оси УУ осуществляется с помощью кронштейна 17, валиков 18, 19, шкива 20 и ручки 21. Поворот приемника 4 вокруг оси ХХ достигается вращением с помощью ручки 22 крыш ки 23 с закрепленным на ней через стойку 24 приемником 4. Поворот приемника 4 вокруг оси ХХ достигается вращением с помощью ручки 22 крышки 23, на которой закреплена стойка 24 крепления подшипника ролика 18.Выбор необходимой разрешающей способности измерителя осуществляется изменением длины кронштейна 17 с помощью вин та 25 или изменением диаметра диафрагмы 26, Винтом 27 приемник 4 в положении слева от стола 1 (показан на фиг. 1 пунктиром) устанавливается точно по оси ХХ. Для измерения интенсивности сильно расходящегося прямого луча 8 с помощью приемника 4 в положении слева от стола 1, перекрывающего луч 8, стол 1 с координатником 3 смешается вверх вдоль оси УУ. Координатник 3 скользит на подшипниках 28, закрепленных в лучепоглощающем корпусе б. Если луч 9 слабо расходящийся и свободно проходит сквозь отверстие 29 в столе 1, то сдвигать координатник 3 вверх по оси УУ не требуется. 5 1 О 15 2 О 25 зо 35 40 45 5 О 55Для контроля стабильности луча 8 вблизи входного отверстия 7 расположено съемное полупрозрачное зеркало 30 и неподвижный приемник лучистой энергии 31, закреп(7). формула изобретения 15 Определяются такие углы поворота ручки 21 4,а и) , которым соответствуют значения йлотности потока, равные плавине от максимальныхХ,) =Хф"(0)/. Пос ле разворота с помощью винта 27 приемника 4 на угол 180 находятся аналогичные значения углови 3, " , которым соответствуют значениИ К (фд) =3."фф(О) /2 (положение приемника 4 в этом случае показано на фиг. 1 пунктиром), Значение углов расходимости луча 8 определяется из выражения 3= 0 51(К - а) - (д -)1 Поворотом ручки 22 на уголкоординат- ника 5 достигается измерение угла расходимости луча 9 в различных продольных сечениях.Измеритель распределения энергии в лучистых потоках позволяет определять распределение энергии отраженного (пропущенного) образцом поля при различных углах падения и ориентациях плоскости поляризации электромагнитной волны относительно поверхности стола. В зависимости от характеристик входящего лучистого потока возможно исследование полной картины вза имодействия с поверхностью образца неполяризованного или поляризованного, моно- хроматического, спектрально ограниченного или интегрального потока лучистой энергии путем измерения коэффициентов зеркального отражения, угла расходимости отраженного (пропущенного) луча, индикатрисы отражения (пропускания) в плоскостях, различным образом ориентированных относительно главной плоскости, полусферического коэффициента отражения (пропускания) после интегрирования замсренных в различных плоскостях индикатрис отражения(пропускания) и тарировки по образцовому прибору,Экспериментальная проверка предлагаемого устройства подтвердила возможность измерения углов расходимости, индикатрис отражения и полусферических коэффициентов отражения. Тарировка проводилась на серийном приборе типа ФМШ - 56 М и эталонном баритовом образце этого прибора. В качестве источника монохроматического линейно-поляризованного лучистого потока использован лазер типа ЛГ 26, работающий на одной из длин волн: 0,63, 1,15;3,39 мкм. Измеритель распределения энергии в лучистых потоках, содержащий лучезащитный корпус, стол для крепления образца, приемник лучистой энергии и источник лучистой энергии, отличающийся тем, что, с целью повышения точнЬсти измерений при определении распределения энергии в любой плоскости относительно исследуемого образца, указанные приемник и стол выполнены неподвижными и имеют по две степени свободы, причем центры вращения приемника и стола с ваещены, а расстояние от чувствительной н верхности приемника до центра вращения стола постоянно. зо Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Техническое описание прибора Фотометр шаровой фотоэлектрический,ФМШ - 56 М, прибор734052, Паспорт,1973.2. Авторское свидетельство СССР205335, кл. Ст 01 3 1/36, 1966"кас ИПИ Го по дела113035, Москв филиал ППП Па 4 едактор Л. Утехинааказ 4134/1ВНИ Составител Техред А. Вон Тираж 907сударственного и изобретений а, Ж - 35, Рау тент, г. УжгортаевКорректор Подписное комитета СССР и открытийшская наб., д. 4/5 од, ул. Проектная,выдка