Устройство для измерения коэффициента отражения материалов Советский патент 1984 года по МПК G01N21/47 

фиг. Изобретение относится к устройст вам для измерения спектральных или интегральных коэффициентов отражения материалов в инфракрасной (ИК) области спектра, особенно в области 2-50 мкм при комнатной температуре образца и в спектральном интервале . 2-10 мкм при температурах образца 200-400К. Известно устройство для измерения коэффициента отражения материалов, содержащее осветитель, монокроматор, спектральную щель со спектральной маской и интегральную сферу С13. Недостатками этого устройства являются неизотропность освещения образца и ограниченность спектрад|ьного интервала измерений, в основном, видимой и близкой ИК-областью излучения (0,5-5,0 мкм). Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения коэффициен та отражения материалов, содержащее сверический отражатель с выходны оптическим окном и держателем образ ца, причем в сферическом отражателе имеются отверстия, в которых установ лены источники излучения (лампы накаливания) ,соединенные с источником электропитания t2J. Недостатком этого устройства является неизотропность падающего на образец излучения (из-за конечного числа источников), что приводи к погрешности измерений. Кроме того применение ламп накаливания со стек ляннЕлми колбами и других оптических элементов из стекла ограничивает спектральный диапазон прибора ближней ИК и видимой области спектра. Целью изобретения является повышение точности измерений и расш рение спектрального диапазона измерений. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения коэф фициента отражения материалов, содержащем источник излучения с источником питания, сферический отражатель с выходым оптическим окном и держателем образца, источник излучения выполнен в виде нанесенной на внутреннюю поверхность сферического отразкателя спиральной ленты постоян ной ширины из токопроводящего матер ала, содержгицего окислы редкоземель ных элементов, причем с концами лен ты соединены выходы источника питания . На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 схема нанесения токопроводящего материала из окислов резкоземельных элементов. Внутри сферического отражателя 1 на держателе 2 установлен образец 3. Для выхода излучения из отражателя предназначено окно 4, Дальнейшая обработка сигнала проводится с помощью оптической системы 5 и монохроматора 6. Конструктивно сферический отражатель представляет собой две полусферы из неэлектропроводного термостойкого вещества, например корунда , и каждой из которых подсоединень выходы 7 и 8 источника 9 питания. Источник излучения спиральная лента 10 постоянной ширины из окислов редкоземельных элементов нанесена таким образом, что суммарная площадь промежутков между спиральными витками не превышает 2% от всей площади сферы (при ширине спиральной ленты 1020 мм зазор между спиральными витками составляет в этом случае 0, 5 мм). Устройство работает следующим образом. Образец 3 устанавливают в держателе 2 и поддерживают при требуемой температуре. Через контакты 7 и 8 с источника 9 питания подают электрический ток на спиральную ленту 10 сферического отражателя, за счет чего происходит нагрев до 700-1000 К, и внутренняя поверхность отражателя становится источником ИК-излучения. Изотермичности внутренней поверхности каждой из полусфер способствует нанесение спирального покрытия постоянного сечения, что приводит к равномерному вьщелению излучения по всей поверхности сферического отражателя. Через выходное окно 4 изображения образца и поверхности сферы (эталонный сигнал) поступают на оптическую систему 5 и вход монохроматора 6. Далее по отношению этих двух сигналов судят о величине спектрального полусферически направленного коэффициента отражения образца. Предлагаемое устройство позволяет производить измерения коэффициентов отражения материалов при комнатных температурах в области 2-50 мкм без систематической ошибки, а также при низких температурах (не ниже 200 К) и повышенных (не выше 400 К ) температурах в области 2-10 мкм, с максимальной систематической ошибкой на длинноволновой границе диапазона, не превышающей 4%. Измерения на известных устройствах в этой области спектра с использованием внешних источником облучения затруднительны из-за малой величины полезного сигнала. Эти выводы подтверждаются результатами теоретического рассмотрения лучистого теплообмена в подобных условиях.

При необходимости предлагаемое устройство может также измерять интегральные коэфициенты отражения путем исключения из оптической схем диспергирующего элемента. Интегрирукщая сфера в этом случае является источником диффузионного излучения, при этом надежна в работе, допускае нагрев до 1000 К, имеет хорошую иэотермичность и диффузность светового потока.

Изобретение позволяет расширить спектральную область измерений до 50 мкм и повысить их точность за счет создания изотропного сферического облучения.

Повышение точности измерений достигается тем, что образец облучается практически равномерным по всем направлениям потоком излучения, Условие равномерности падающего излучения по всем направляющим является одним из основных условий точности измерений подобным методом. Если это условие не выполняется, то не соблюдается и свойство взаимности для направленной спектральной отражательной способности, что свидетельствует, как показывает теоретический анализ, о возникновении пог-. 5 решностей.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ, содержащее источник излучения с источником питания, сферический отргикатель с выходным оптическим окном и держателем образца, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения спектрального диапазона измерений, источник излучения выполнен в виде нане- / сенной на внутреннюю поверхность сферического отражателя спиральной ленты постоянной ширины из токопроводящего материала, содержгицего окислы редкоземельных элементов, причем с концами ленты соединены выходы источника питания.«