СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ОТРАЖЕНИЯ ЗЕРКАЛ Российский патент 2012 года по МПК G01N21/55 G01M11/02 

Изобретение относится к области технической физики, в частности к фотометрии и спектрофотометрии, и может быть использовано для измерения абсолютных значений коэффициентов отражения зеркал, особенно зеркал, обладающих высоким коэффициентом отражения.

Известен способ измерения коэффициента отражения зеркала. Способ реализован в устройстве (Авторское свидетельство №411356, МКИ G01N 21/25, опубликовано 15.01.1974 г. Бюллетень №2). В соответствии с ним регистрируют поток излучения, падающий на поверхность контролируемого образца, и поток излучения, претерпевший двукратное отражение от его поверхности. Абсолютное значение коэффициента отражения рассчитывают по формуле:

где

R - коэффициент отражения;

I_отр - поток излучения, претерпевший двукратное отражение от поверхности контролируемого образца;

I_пад - поток излучения, падающий на поверхность контролируемого образца.

Основным недостатком, присущим рассматриваемому способу, является невысокая точность измерений.

Другим недостатком способа является сложность его технической реализации, поскольку в нем используется по существу прецизионная система разворота уголкового отражателя. Помимо этого некоторую некорректность в результат измерений может вносить тот факт, что измерения выполняют при различных углах падения излучения на поверхность контролируемого образца.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является способ рефлексометрических измерений (Авторское свидетельство №151063, МКИ G01N 21/55, опубликовано в 1962 г. Бюллетень №20). Способ заключается в том, что устанавливают два контролируемых зеркала параллельно, формируют многократное отражение от них потока излучения в виде параллельного пучка лучей, который претерпевает минимальное и максимальное количество отражений при одинаковой длине хода луча, регистрируют соответствующие потоки излучения и определяют коэффициент отражения.

В соответствии со схемой устройства, реализующего рассматриваемый способ, по результатам регистрации потоков излучения получают уравнение:

где

b - поток излучения, претерпевший максимальное количество отражений;

а - поток излучения, претерпевший минимальное количество отражений;

ρ₁ - коэффициент отражения первого контролируемого зеркала;

ρ₂ - коэффициент отражения второго контролируемого зеркала.

При условии ρ₁=ρ₂ рассчитывают значение коэффициента отражения ρ:

где

n - число отражений от первого контролируемого зеркала.

Таким образом, в соответствии с рассмотренным способом по существу определяют произведение коэффициентов отражения контролируемых зеркал, и только в частном случае, при ρ₁=ρ₂, рассчитывают значение коэффициента отражения, отвечающее этому условию. Однако в действительности результаты высокоточных измерений коэффициентов отражения зеркал, имеющих однотипное отражающее покрытие, обнаруживают различие их коэффициентов отражения. Поэтому приведенное выше условие является некорректным, по крайней мере для способа, претендующего на высокую точность измерений.

Недостаток способа рефлексометрических измерений состоит в том, что в результат измерений вносится дополнительная погрешность, обусловленная различием коэффициентов отражения контролируемых зеркал и снижающая точность способа. По этой же причине способ не пригоден для измерений коэффициентов отражения зеркал с разнотипными отражающими покрытиями, что ограничивает технические возможности способа.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении точности измерений и расширении технических возможностей способа за счет регистрации потоков излучения, по которым определяют не только произведение коэффициентов отражения контролируемых зеркал, но и их отношение, что позволяет рассчитать значения коэффициентов отражения каждого контролируемого зеркала.

Технический результат достигается тем, что в способе измерения коэффициентов отражения зеркал, заключающемся в том, что устанавливают два контролируемых зеркала параллельно, формируют многократное отражение от них потока излучения в виде параллельного пучка лучей, который претерпевает минимальное и максимальное количество отражений при одинаковой длине хода луча, регистрируют соответствующие потоки излучения и определяют коэффициент отражения, вводят вспомогательное зеркало, при этом устанавливают вспомогательное и второе контролируемое зеркало в положения, при которых поток излучения отражается n раз от первого контролируемого зеркала, (n-1) раз от вспомогательного зеркала и один раз от второго контролируемого зеркала, и регистрируют отраженный от трех зеркал поток излучения, меняют местами контролируемые зеркала и регистрируют соответствующий поток излучения, а коэффициенты отражения зеркал ρ₁ и ρ₂ рассчитывают по формулам:

где

ρ₁ и ρ₂ - коэффициенты отражения первого и второго контролируемых зеркал;

n - максимальное количество отражений от контролируемых зеркал;

а и b - потоки излучения, претерпевшие соответственно минимальное и максимальное количество отражений от контролируемых зеркал;

с - поток излучения, отраженный от трех зеркал;

d - поток излучения, отраженный от трех зеркал, после перестановки контролируемых зеркал.

На фиг.1-4 показана схема измерений коэффициентов отражения зеркал в соответствии с заявляемым способом, на котором обозначены: 1 - источник излучения, формирующий параллельный пучок лучей; 2 - первое контролируемое зеркало; 3 - второе контролируемое зеркало; 4 - приемник излучения; 5 - вспомогательное зеркало.

Способ измерения осуществляют следующим образом.

Контролируемые зеркала 2 и 3 располагают параллельно (фиг.1), при этом контролируемое зеркало 2 устанавливают в положение, при котором поток излучения от источника 1 претерпевает минимальное (n=1) количество отражений от каждого контролируемого зеркала, регистрируют приемником излучения 4 сигнал а, пропорциональный соответствующему потоку излучения:

а=κ(ρ₁ρ₂),

где

k - коэффициент пропорциональности;

ρ₁ и ρ₂ - коэффициенты отражения контролируемых зеркал 2 и 3.

Перемещают контролируемое зеркало 2 параллельно контролируемому зеркалу 3 и устанавливают его в положение, при котором формируют многократное отражение потока излучения, претерпевшего максимальное количество отражений n от каждого контролируемого зеркала, соблюдают при этом одинаковую длину хода луча (фиг.2). Регистрируют приемником излучения 4 сигнал b, пропорциональный соответствующему потоку излучения:

b=κ(ρ₁ρ₂)ⁿ,

где

n - максимальное число отражений от контролируемых зеркал.

Вводят вспомогательное зеркало 5. Выполняют измерение потока излучения, отраженного от трех зеркал (фиг.3). Устанавливают для этого вспомогательное зеркало 5 и контролируемое зеркало 3 в положения, при которых поток излучения отражается n раз от контролируемого зеркала 2, (n-1) раз от вспомогательного зеркала 5 и один раз от контролируемого зеркала 3. Регистрируют сигнал с приемника излучения 4, пропорциональный соответствующему потоку излучения:

,

где

ρ₃ - коэффициент отражения вспомогательного зеркала.

Меняют местами контролируемые зеркала 2 и 3 (фиг.4), и регистрируют сигнал d приемника излучения 4, пропорциональный соответствующему потоку излучения:

.

Из отношения зарегистрированных сигналов , получают два независимых уравнения:

Совместно решают эти уравнения и определяют коэффициенты отражения контролируемых зеркал ρ₁ и ρ₂:

где

ρ₁ и ρ₂ - коэффициенты отражения первого и второго контролируемых зеркал;

n - максимальное количество отражений от контролируемых зеркал;

а и b - сигналы приемника излучения, соответствующие потокам излучения, претерпевшим минимальное и максимальное количество отражений от контролируемых зеркал;

с - сигнал приемника излучений, соответствующий потоку излучения, отраженному от трех зеркал;

d - сигнал приемника излучения, соответствующий потоку излучения, отраженному от трех зеркал, после перестановки контролируемых зеркал.

Относительная погрешность измерения коэффициента отражения каждого контролируемого зеркала определяется выражением:

,

где

, , и

- относительные погрешности измерении соответствующих величин сигналов.

Таким образом, способ позволяет определять абсолютное значение коэффициентов отражения каждого контролируемого зеркала, что повышает точность измерений и расширяет технические возможности способа.

В соответствии с данным способом могут быть измерены спектральные зависимости коэффициентов отражения зеркал и коэффициенты отражения зеркал на фиксированных длинах волн. В первом случае в качестве источников излучения применяют тепловые излучатели, излучение которых проходит через монохроматор и преобразуется в монохроматический параллельный пучок лучей. Во втором случае применяют лазеры.

Способ может быть использован для измерения абсолютных значений коэффициентов отражения зеркал, особенно зеркал, обладающих высоким коэффициентом отражения. В способе устанавливают два контролируемых зеркала параллельно, вводят вспомогательное зеркало, формируют многократное отражение от них потока излучения в виде параллельного пучка лучей, который претерпевает минимальное и максимальное количество отражений при одинаковой длине хода луча. Поток излучения отражается n раз от первого контролируемого зеркала, (n-1) раз от вспомогательного зеркала и один раз от второго контролируемого зеркала. Регистрируют отраженный от трех зеркал поток излучения. Меняют местами контролируемые зеркала и регистрируют соответствующий поток излучения. Коэффициенты отражения зеркал ρ₁ и ρ₂ рассчитывают по формулам: где ρ₁ и ρ₂ - коэффициенты отражения первого и второго контролируемых зеркал; n - максимальное количество отражений от контролируемых зеркал; а и b - потоки излучения, претерпевшие соответственно минимальное и максимальное количество отражений от контролируемых зеркал; с - поток излучения, отраженный от трех зеркал; d - поток излучения, отраженный от трех зеркал после перестановки контролируемых зеркал. Технический результат - повышение точности измерений и расширение технических возможностей способа. 4 ил.

Способ измерения коэффициентов отражения зеркал, заключающийся в том, что устанавливают два контролируемых зеркала параллельно, формируют многократное отражение от них потока излучения в виде параллельного пучка лучей, который претерпевает минимальное и максимальное количество отражений при одинаковой длине хода луча, регистрируют соответствующие потоки излучения и определяют коэффициент отражения, отличающийся тем, что вводят вспомогательное зеркало, при этом устанавливают вспомогательное и второе контролируемое зеркало в положения, при которых поток излучения отражается n раз от первого контролируемого зеркала, (n-1) раз от вспомогательного зеркала и один раз от второго контролируемого зеркала, и регистрируют отраженный от трех зеркал поток излучения, меняют местами контролируемые зеркала и регистрируют соответствующий поток излучения, а коэффициенты отражения зеркал ρ₁ и ρ₂ рассчитывают по формулам:


где ρ₁ и ρ₂ - коэффициенты отражения первого и второго контролируемых зеркал;
n - максимальное количество отражений от контролируемых зеркал;
а и b - потоки излучения, претерпевшие соответственно минимальное и максимальное количество отражений от контролируемых зеркал;
с - поток излучения, отраженный от трех зеркал;
d - поток излучения, отраженный от трех зеркал после перестановки контролируемых зеркал.