КОРОТКОБАЗНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВОЗВРАТНО-ОТРАЖАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВЕТОВОЗВРАЩАЮЩИХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2007 года по МПК G01N21/55 

Описание патента на изобретение RU2311631C2

Область техники

Изобретение относится к области оптико-механического и электронного приборостроения и может быть использовано в приборах измерения и контроля возвратно-отражающей способности автодорожных информационных знаков и автомобильных световозвращателей.

Уровень техники

Известна установка RETRO 1000 (и RETRO 2000, см. [1], с.15, реализованные в соответствии со схемой [2], с.7, фиг.3) для измерения возвратно-отражающей способности1 (1По другой терминологии «световозвращающей» способности или «коэффициента световозвращения» R, пропорционального отношению силы I света, возвратно-отраженного «световозвращателем» в данном направлении (близком к направлению освещения) к величине Е его освещенности: R˜I/E) световозвращающих материалов и изделий при заданных углах расхождения α и освещения β2 (2Другое частое название угла расхождения «угол наблюдения», α - это угол между направлением возвратно-отраженного (или «возвращенного») луча и направлением, строго обратным падающему лучу, нормируемые углы наблюдения весьма малы, но, как правило, не равны нулю, так как даже при наблюдении со стороны источника света фотоприемник (глаз наблюдателя - шофера автомобиля) и источник (фара автомобиля) не совпадают по положению. Типичные нормативные требования (см. ГОСТ Р 50577-93, Приложение Г) распространяются на углы расхождения («наблюдения»), равные 0°12', 0°20', 1°30'. Угол освещения β характеризует ориентацию световозвращающей поверхности относительно направления освещения: β - острый угол между падающим лучом и нормалью к этой поверхности. Коэффициент световозвращения как функция названных углов R(α, β) для хороших световозвращателей очень быстро падает с ростом α от 0 до 2° и медленно - с ростом β, обеспечивая видимость световозвращающих информационных знаков в возвратно-отраженных лучах вплоть до углов освещения β порядка 45° и более.), состоящая из 1) источника света, создающего направленное (на испытуемый образец изделия) излучение, 2) устройства (например, гониометра) для базирования испытуемого образца под заданным углом освещения β, удаленного на большое (10 м и более) расстояние L (базу фотометрирования) от источника, 3) фотоприемника возвратного излучения, расположенного в одной плоскости с источником (нормальной с направлением излучения) на малом изменяемом расстоянии r<<L от источника. В терминах нижеследующих описаний прототипа и заявляемого устройства в данном устройстве-аналоге оптические «каналы излучения и фотометрирования» практически совмещены с «главным каналом освещения-отражения» образца, ось которого проходит через геометрический центр оправы (диафрагмы) образца, ограничивающей падающий на него световой поток источника (наличие в помещении других источников света не допустимо). Заданный малый (порядка 0.3°) угол расхождения α обеспечивается определенным значением смещения r: α≈r/L. Установка требует большого, защищенного от внешнего света помещения.

Известен, используемый в качестве прототипа, короткобазный прибор по схеме Новикова (см. [3], с.5, фиг.7), также включающий источник света, устройство базирования образца и фотоприемник и, кроме того, светоделительное устройство (светоделитель), обеспечивающее пространственную развязку каналов излучения и фотоприема и оптическое согласование их с главным каналом освещения-отражения испытуемого образца. Прибор защищен (от внешней засветки) общим светонепроницаемым корпусом. Оптические каналы излучения и фотоприема пересекаются под прямым углом, а в качестве светоделителя используется полупрозрачное зеркало, причем расстояние от центра зеркала до источника и до фотоприемника равно одной и той же величине L0, которая в сумме с расстоянием L1 между зеркалом и испытуемым образцом образует базу фотометрирования L=L0+L1. Схема обеспечивает измерение возвратно-отражающей способности при угле расхождения α≈0, но в ней не предусмотрена возможность измерений при более важных (с точки зрения информативности возвратно-отражающих изделий) значениях угла α, малых, но не равных 0, и отсутствует возможность контроля угла α.

Предпосылки усовершенствования

Цель изобретения: увеличение точности измерений возвратно-отражающей способности световозвращающих изделий короткобазными (малогабаритными, защищенными от внешнего света собственным корпусом моделями прибора путем более точного выбора (выделения из общего отраженного потока) лучей, возвратно-отраженных под заданными углами расхождения.

Сущность изобретения

Цель достигается в короткобазном приборе для измерения возвратно-отражающей способности образцов световозвращающих изделий, имеющем общий светонепроницаемый корпус и содержащем источник света, устройство базирования образца, фотоприемник и светоделительное устройство, включающее полупрозрачную зеркальную грань, центр которой образует с центром базирования главный оптический канал (или канал освещения-отражения), а с источником и фотоприемником - оптические каналы излучения и фотоприема соответственно, ось одного из которых (любого) является продолжением главной оси (оси главного канала), а ось другого - продолжением ее зеркального изображения (в зеркале светоделителя, который служит для согласования с главным каналом пространственно разделенных каналов прямого излучения и фотометрирования возвратного излучения), и центр этот размещен на одинаковом расстоянии от выходного отверстия источника и входного отверстия фотоприемника, отличающемся тем, что прибор снабжен дополнительным контрольным каналом, ось которого (геометрически) совпадает с зеркальным изображением главной оси (с положением изображения оси главного канала в зеркале светоделителя), при этом в корпусе прибора на оси контрольного канала выполнено наблюдательное отверстие.

На оси контрольного канала может быть размещен дополнительный фотоэлемент - фотоэлемент сравнения (в режиме настройки он извлекается и заменяется устройством визуального наблюдения).

В качестве устройства базирования образца используется передняя часть корпуса в зоне главного светового отверстия прибора, через которое освещается возвратно-отражающий образец, при этом плоскость контура отверстия определяет угол освещения образца.

Перечень фигур (схем и графиков)

Сущность изобретения поясняется чертежами фиг.1-5. На фиг.1 показан вариант оптической схемы прибора в целом. На фиг.2 - вариант диафрагмы источника света; на фиг.3 - вариант диафрагмы фотоприемника. Фиг.4, 5 - варианты наложения изображений диафрагм источника и приемника при наблюдении вдоль контрольного канала, обеспечивающие измерения при разных углах расхождения α (при этом на фиг.4, 5 обозначения позиций, указывающих не на реальные элементы, а на их изображения, создаваемые полупрозрачным зеркалом, подчеркнуты, например, в то время как входное отверстие фотоприемника имеет обозначение «15», его изображение - «15»).

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, и работа устройства

Прибор (фиг.1) содержит в общем светонепроницаемом корпусе 1 следующие блоки и элементы: блок источника света 2 с условной точкой Ои в плоскости его выходного отверстия; устройство базирования, в качестве которого используется плоскость главного светового отверстия 3 в корпусе 1 с условным центром О, перекрытое защитным стеклом или линзой 4 и прилегающее (в рабочем состоянии прибора) к испытуемому возвратно-отражающему образцу 5; блок фотоприемника 6 с условной точкой Оф в плоскости его входного отверстия. По меньшей мере одна из точек Ои и Оф не совпадает с центром соответствующего отверстия: на фиг.1 точка Оф отстоит от центра фотоприемного отверстия на расстояние r. В центре Оц системы для развязки канала излучения Оиц (источника 2) и канала фотоприема Оцф и согласования их с главным каналом освещения-отражения Оц-О размещено светоделительное устройство 7 в виде полупрозрачного зеркала или клееной светоделительной призмы3 (3В случае изготовления светоделителя 7 в виде призмы следует учитывать некоторый излом (на фиг.1 не показан), который главная и контрольная оси прибора будут претерпевать на преломляющих гранях призмы, так как эти грани должны быть выполнены с отклонением от нормального (к осевым лучам) положения, обеспечивающим отражение неизбежных паразитных (френелевских) бликов на светопоглощающий корпус прибора (т.е. в сторону от фотоприемника)!), содержащее плоскую полупрозрачную отражающую грань-зеркало 8.

Кроме главного отверстия 3, в корпусе 1 выполнено вспомогательное «наблюдательное» отверстие 9 с центром О', которое при наладке и юстировке прибора дополнено (снаружи) наблюдательным устройством 10 (лупой или зрительной трубкой), а в рабочем режиме может быть перекрыто (изнутри) дополнительным фотоэлементом сравнения 11 и образует с центром Оц системы контрольный канал Оц-O'. Фотоприемник 6 и фотоэлемент сравнения 11 подключены к общему электронному блоку с дисплеем, служащим для снятия показаний.

Нормаль к плоскости главного светового отверстия 3 прибора образует угол базирования β с осью O-Оц, равный требуемому углу освещения образца 5. При необходимости обеспечить постоянный угол освещения β по всей площади образца отверстие 3 необходимо перекрыть собирающей линзой 4 с фокусным расстоянием, равным L или (если допускается некоторый разброс угла освещения относительно величины β) большим L.

Оси Оц-O и Оц-O' главного и контрольного каналов соотносятся как зеркальные изображения друг друга, создаваемые зеркалом 8 (плоскость зеркала пересекает плоскость угла между осями по биссектрисе), и образуют между собой угол 2ϕ, где ϕ - угол от ≈15 до ≈75° (в зависимости от компоновки прибора) между главной осью и плоскостью зеркала 8. Оси Оци и Оцф каналов излучения и фотоприема являются геометрическим продолжением осей O-Оц и O'-Oц, причем, если Оци (или Оцф) является продолжением главной оси O-Оц, то Оцф (или Оци) - продолжение контрольной оси O'-Oц. Расстояние от центра Оц до точки Ои выходного отверстия источника 2 и до точки Оф входного отверстия фотоприемника 6 равно одной и той же величине L0, которая в сумме с расстоянием L1 между зеркалом и испытуемым образцом 5 образует базу фотометрирования L=L0+L1. Если точки Ои и Оф обозначают центры излучающего и фотоприемного отверстий и изображение точки Оф фотоприемника в зеркале 8 (наблюдаемое через отверстие 9) совпадает по локализации с точкой Ои источника4 (4Если блоки источника 2 и фотоприемника 6 поменять местами, то уже изображение точки Ои наложится на реальную точку Оф.), то точка Оф определяет в отъюстированном приборе путь на фотоприемник луча, испускаемого точкой Ои источника и испытавшего на образце 5 идеальное световозвращение, то есть луча, возвратно отраженного под углом расхождения α=0.

Для того чтобы фотоприемник 6 улавливал лучи, отраженные образцом 5 под углом расхождения α≠0, необходимо, чтобы либо центр входного отверстия фотоприемника отстоял от точки Оф (см. фиг.1) на величину r=α·L (где α - в радианах), либо центр выходного отверстия источника отстоял от Ои на ту же величину r. Соответствующим выбором положения и формы апертурных отверстий источника 2 и фотоприемника 6 относительно опорных точек Ои и Оф на главной и контрольной осях прибора можно обеспечить измерение возвратно-отражающей способности образца 5 при различных значениях угла α, причем в разных плоскостях угла α (относительно плоскости угла освещения β), а также интегральных характеристик (суммарного возвратного отражения в направлениях, отвечающих практически наиболее важным значениям α).

Блок источника 2 включает диафрагму с выходным отверстием 12 заданной, чаще круглой диаметра dи, формы (фиг.2), освещаемую лампой накаливания 13 непосредственно (тогда ее светящее тело накала должно быть больше отверстия диафрагмы) или через линзу 14, создающую изображение (увеличенное примерно в а/b раз, где а и b - расстояния от линзы до тела накала и диафрагмы соответственно) светящего тела вблизи диафрагмы, покрывающее ее выходное отверстие. Но «выходным отверстием» источника может быть и само компактное светящее тело лампы 13, диафрагма в этом случае отсутствует или заменяется для уменьшения паразитной засветки светозащитным экраном с отверстием 12, большим тела накала (или его изображения).

Входное отверстие 15 фотоприемника - круг диаметром dф˜dи (фиг.3); апертурные отверстия 12 (источника 2) и 15 (приемника 6) размещены по отношению к зеркалу 8 так, что центр изображения отверстия 15 (создаваемого зеркалом 8 и наблюдаемого через контрольное отверстие 9) отстоит от центра отверстия 12 на расстоянии r=α·L (фиг.4), где α - предусмотренное в паспорте прибора значение угла расхождения (наиболее вероятно 20', т.е. α=0.0058 рад). Чем меньше апертура отверстий 12 и 15, тем точнее задается параметр α, но меньше чувствительность прибора; разумный компромисс: r/3<dф˜dи<r/2.

На передней (обращенной к центру Оц) стороне диафрагмы (или защитного экрана) источника 2 может быть нанесена различимая (с помощью наблюдательного устройства 10) разметка с указанием положения точки Ои (фиг.2), облегчающая юстировку и настройку прибора. То же касается диафрагмы 15 фотоприемника 6 и его отсчетной точки Оф. В приборе, предназначенном для измерений световозвращающей способности под углом α≠0, либо точка Ои, либо точка Оф лежит вне светового отверстия (выходного для источника, входного - для фотоприемника). Для обеспечения измерений с различными значениями α возможно нанесение нескольких несовпадающих точек-маркеров Ои или нескольких точек Оф на соответствующей диафрагме. Так, на фиг.3 в качестве маркеров диафрагмы фотоприемника используются четыре разные точки Оф: Ф1, Ф2, Ф3, Ф4, нанесенные на разном расстоянии (r1 и r2) от входного отверстия диафрагмы 15 и в разных плоскостях ее оси (маркеры Ф1, Ф2 нанесены в плоскости b-b', совпадающей с плоскостью освещения образца 5, т.е. с плоскостью угла β, а Ф3, Ф4 - в плоскости нормальной плоскости освещения). В то же время маркер Ои здесь (фиг.2-4) единственный - подразумевается локализованным в отверстии диафрагмы 12 источника в центре крестообразной метки.

Настройка прибора на применение для измерений при заданном значении угла расхождения α осуществляется с использованием контрольного канала O'-Oц следующим образом. Открывается наблюдательное отверстие 9 (и извлекается фотоэлемент сравнения 11, перекрывающий отверстие, если он есть) и главное отверстие 3 (световозвращающий образец не требуется). Через отверстие 3 любым посторонним источником света (собственный источник 2 отключен) освещаются внутренние узлы прибора и (с помощью наблюдательного устройства 10) контролируется совмещение изображений опорных точек Ои и Оф на диафрагмах источника 2 и фотоприемника 65 (5 Точнее, совмещение одной из точек Ои и Оф с изображением (создаваемым зеркалом 8) другое.), при этом необходимое взаимное смещение излучающего и приемного отверстий 12 и 15 достигается автоматически. При отсутствии совмещения оно должно быть достигнуто либо необходимым поперечным смещением одного из блоков 2 и 6, либо плавным изменением наклона зеркала 8 (по меньшей мере, один из этих трех вариантов подстроечных смещений следует предусмотреть в конструкции прибора заранее). На фиг.4 показан вариант наложения изображений диафрагмы 12 источника и диафрагмы 15 приемника такой, что точка Ои совмещается с точкой Ф1, при этом α=r1/L, в случае совмещения Ои и Ф2 прибор будет реагировать при измерениях на сигнал, отраженный в той же плоскости, но уже под другим углом: α=r2/L. Совмещение Ои с Ф3 или Ф4 меняет плоскость угла α, так, если в первых двух случаях плоскости углов β и α совпадают, то в третьем и четвертом взаимно перпендикулярны (что может быть существенно для показаний прибора при больших углах освещения β≈20° и более).

В рабочем режиме отверстие 9 должно быть закрыто (для защиты от внешней засветки), фотоэлемент сравнения 11 установлен в контрольном канале О'-Oц, главное отверстие 3 приведено в контакт с испытуемым возвратно-отражающим образцом 5, источник 2 включен. Свет источника 2, преодолев светоделительное устройство 7, разделяется на два пучка, один из которых поглощается фотоэлементом 11, другой под углом освещения β падает на образец 5, испытывает возвратное отражение и снова, преодолев светоделитель 7, падает на фотоприемник 6 (отраженная часть теряется, «вернувшись» на источник 2). Лучи, «возвращаемые» образцом 5 под углом расхождения α, на который настроен прибор, проходят через входное отверстие диафрагмы 15, создают фототок и образуют электронный сигнал (который на дисплее преобразуется в информацию о возвратно-отражающей способности образца 5), при этом сигнал от фотоэлемента 11, пропорциональный яркости источника 2, вносит коррекцию в конечный результат измерений, зависящую от возможной нестабильности этой яркости.

Эффективность изобретения заключается в увеличении точности и надежности измерений возвратно-отражающей способности (коэффициента световозвращения), что обеспечивается устранением неопределенности угла расхождения, обусловленной сложностью точного позиционирования разнесенных (за счет использования светоделительных устройств) каналов источника и приемника излучения относительно друг друга в короткобазных схемах прибора. Возможная база фотометрирования L (она же определяет основные габариты прибора), при которой наиболее целесообразно применение заявляемой схемы, от 0,3 до 0,7 м в портативных и переносных приборах и до 2 м в стационарных короткобазных установках.

Источники информации

1. Рекламный проспект «LMT Photometers Colorimeters», 1998, Productinformation, p.15.

2. International Standard ISO 6742/2. Cycles-Lighting and retro-reflective devices - Photometric and physical requirements - Part 2: Retro-reflective devices, 1985, p.7, fig.3.

3. Реферативный сб. «Автотракторное электрооборудование», вып.2, 1967, с.1-6.

Похожие патенты RU2311631C2

название год авторы номер документа
ПОРТАТИВНЫЙ ПРИБОР КОНТРОЛЯ И ИЗМЕРЕНИЯ ВОЗВРАТНО-ОТРАЖАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВЕТОВОЗВРАЩАЮЩИХ ИЗДЕЛИЙ 2005
  • Решетин Евгений Федорович
  • Новаковский Леонид Григорьевич
  • Новикова Людмила Алексеевна
  • Анохин Борис Борисович
RU2302624C2
Осветительное устройство 2021
  • Боос Георгий Валентинович
  • Коробко Алексей Александрович
  • Смирнов Михаил Владимирович
RU2789206C1
Углоизмерительный прибор 2019
  • Гебгарт Андрей Янович
  • Колосов Михаил Петрович
RU2713991C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ СВЕТОВОЗВРАЩЕНИЯ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ 2002
  • Барышников Н.В.
  • Бокшанский В.Б.
  • Вязовых М.В.
  • Животовский И.В.
  • Карасик В.Е.
  • Немтинов В.Б.
  • Хомутский Ю.В.
RU2202814C1
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СВЕТОВОЗВРАЩЕНИЯ 2011
  • Иванов Лев Алексеевич
  • Кизеветтер Дмитрий Владимирович
  • Малюгин Виктор Иванович
RU2497091C2
Устройство для измерения коэффициента отражения вогнутых сферических поверхностей 1988
  • Ковальский Эдуард Ильич
SU1601564A1
Устройство для измерения коэффициента зеркального отражения 1985
  • Шпотюк Олег Иосифович
  • Кушнир Зеновий Орестович
  • Вакив Николай Михайлович
SU1307314A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БИОЧИПОВ 2007
  • Афанасьев Владимир Николаевич
  • Афанасьева Гайда Владиславовна
  • Бирюков Сергей Владимирович
  • Белецкий Игорь Петрович
RU2371721C2
Автоколлимационный окуляр 1988
  • Ключников В.В.
SU1839904A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ЖИДКИХ СРЕД В ПРОЦЕССЕ АМПЛИФИКАЦИИ И/ИЛИ ГИБРИДИЗАЦИИ 2007
  • Афанасьев Владимир Николаевич
  • Афанасьева Гайда Владиславовна
  • Бирюков Сергей Владимирович
  • Белецкий Игорь Петрович
RU2406764C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 311 631 C2

Реферат патента 2007 года КОРОТКОБАЗНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВОЗВРАТНО-ОТРАЖАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВЕТОВОЗВРАЩАЮЩИХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к короткобазным приборам измерения и контроля возвратно-отражающей способности автодорожных информационных знаков и автомобильных световозвращателей. Короткобазный прибор содержит светонепроницаемый корпус, источник света, устройство базирования испытуемого образца, фотоприемник и светоделитель. Также прибор снабжен дополнительным контрольным каналом, ось которого совпадает с изображением оси главного канала в зеркале светоделителя, при этом в корпусе прибора на оси контрольного канала выполнено наблюдательное отверстие, открытое во время настройки прибора для измерений при заданном значении угла расхождения и закрытое в рабочем режиме для защиты от внешней засветки изнутри дополнительным фотоэлементом сравнения. Технический результат заключается в увеличении точности измерений возвратно-отражающей способности световозвращающих изделий. 5 ил.

Формула изобретения RU 2 311 631 C2

Короткобазный прибор для измерения возвратно-отражающей способности световозвращающих изделий, имеющий общий светонепроницаемый корпус и содержащий источник света, устройство базирования испытуемого образца, фотоприемник и светоделитель, включающий полупрозрачную зеркальную грань, центр которой образует с центром базирования образца главный оптический канал, а с источником и фотоприемником - оптические каналы излучения и фотоприема соответственно, ось одного из которых является продолжением оси главного канала, а ось другого - продолжением зеркального изображения оси главного канала в зеркале светоделителя, и центр этот размещен на одинаковом расстоянии от выходного отверстия источника и входного отверстия фотоприемника, отличающийся тем, что прибор снабжен дополнительным контрольным каналом, ось которого совпадает с изображением оси главного канала в зеркале светоделителя, при этом в корпусе прибора на оси контрольного канала выполнено наблюдательное отверстие, открытое во время настройки прибора для измерений при заданном значении угла расхождения и закрытое в рабочем режиме для защиты от внешней засветки изнутри дополнительным фотоэлементом сравнения, при помощи которого вносят коррекцию в конечный результат измерения, зависящую от нестабильности яркости источника, при этом фотоприемник и фотоэлемент сравнения подключены к общему электронному блоку с дисплеем, служащим для снятия показаний.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2007 года RU2311631C2

Устройство для контроля оптических световозвращателей 1983
  • Бондаренко Иван Данилович
SU1157349A2
Способ контроля оптических световозвращателей и устройство для его осуществления 1982
  • Бондаренко Иван Данилович
SU1052854A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ СВЕТОВОЗВРАЩЕНИЯ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ 2002
  • Барышников Н.В.
  • Бокшанский В.Б.
  • Вязовых М.В.
  • Животовский И.В.
  • Карасик В.Е.
  • Немтинов В.Б.
  • Хомутский Ю.В.
RU2202814C1
Бесколесный шариковый ход для железнодорожных вагонов 1917
  • Латышев И.И.
SU97A1
US 4721389 A, 26.01.1988
US 4373819 A, 15.02.1983.

RU 2 311 631 C2

Авторы

Решетин Евгений Федорович

Новаковский Леонид Григорьевич

Новикова Людмила Алексеевна

Анохин Борис Борисович

Даты

2007-11-27Публикация

2005-06-06Подача