Изобретение относится к оптическим измерениям и может быть использооано для измерения козффициентов поверхностного и объемного поглощения прозрачных и полупрозрачных материалов.
Известен способ определения коэффициентов поглощения поглощающих материалов, заключающийся в освещении модулированным излучением помещаемых в оптико-акустическую камеру исследуемого и эталонного образца и сравнения акустических сигналов.
Однако этот способ позволяет изучать образцы только с одним видом поглощения: объемным или поверхностным.
Наиболее близким является способ определения коэффициентов поверхностного и объемного поглощения слабопоглощающих материалов с помощью оптико-акустической камеры, заключающийся в освещении исследуемого и эталонного образцов модулированным потоком излучения и сравнении акустических сигналов от этих образцов.
Акустический сигнал преобразуют с помощью чувствительного микрофона в электрические колебания, которые после усиления поступают на один вход синхронного детектора. На второй вход синхронного детектора поступает опорный сигнал, В оптико акустическую камеру помещают эталонный образец только с поверхностным поглощением, например слой сажи, нанесенный на подложку. Синхронный детектор настраивают таким образом, чтобы сигнал на выходе его был равен нулю. Затем на два входа синхронного детектора подают опорный сигнал и сигнал с оптико-акустической камеры с изучаемым образцом, имеющим как поверхностное, так и объемное поглощение, и измеряют выходной сигнал. Так как .составляющие акустического сигнала, вызванные поверхностным и объемным поглощением, сдвинуты между собой по фазе, то на выходе синхронного детектора будет сигнал, пропорциональный только величине объемного поглощения в образце. После этого в камеру/помещают эталонный образец с известным объемным поглощением и известными коэффициентами теплопроводности и температуропроводности и измеряют выходной сигнал при той же настройке синхронного детектора.
Из сопоставления сигналов по известным зависимостям определяют величину коэффициента объемного поглощения образца. При этом должны быть заранее известны коэффициенты теплопроводности и температуропроводности образца.
Аналогично может быть измерен коэффициент поверхностного поглощения.
Для проведения измерений по этому способу требуется иметь два эталона с известными оптическими и тепловыми свойствами. Кроме того, для определения козффициенТОО поверхностного и объемного поглощения требуется проводить отдельные измерения. Это увеличивает трудоемкость способа и усложняет эталонное обеспенение способа. Цель изобретения - упрощение и ускорение измерений.
Поставленная цель достигается тем, что в способе определения коэффициентов поверхностного и объемного поглощения слабопоглощающих материалов с помощъю
оптико-акустической камеры, заключающемся в освещении исследуемого и эталонного образцов модулированным потоком излучения и сравнении акустических сигнаов от этих образцов, измеряют отношение
и фазовый сдвиг сигналов от образца и одного эталона только с одним видом поглощения, поверхностным или объемным, и по этим двум измерениям определяют коэффициенты поглощения образца.
На чертежедана схема установки для проведения измерений поверхностного и объемного поглощения. Установка содержит источник излучения 1, модулятор 2, ог1тик0-акуСтическую камеру 3 с образцом 4, микрофон 5,
пару светодиодгфотодиод б, широкополосный предусилитель 7, два узкополосных усилителя . 8, фазометр 9 и цифровой вольтметр 10.
Источником излучения 1 служит лампа накаливания, например ОП12-100, мощностью 100 Бт.
Излучение фокусируют на механический модулятор 2, представляющий собой диск с прорезями, и после прохождения модулятора повторно фокусируют на образец
4В оптико-акустической камере 3. Камера 3 соединена с микрофоном 5, преобразующим колебания давления воздуха в камере 3 в электрический сигнал. Опорный сигнал создает пара свётодиод-фотодиод 6, размещенная в модуляторе 2. Сигнал с микрофона 5 усиливается широкополосным предусилителем 7 и узкополосным усилителем 8.
Для измерения фазового сдвига сигнал
с микрофона и опорный сигнал подаются
после усиления на два входа фазометра 9.
Величину сигнала измеряют цифровым
вольтметром 10.
Коэффициенты объемного и поверхностного поглощения связаны соотношением
.)
- 1
tg
(1) при эталоне только с поверхностным поглощением или соотношением tg (f+ Ду)-1 при эталоне только с обьемным поглощением, где/Зо - коэффициент объемного поглощения образца; уЗп - коэффициент поверхностного поглощения образца, А -измеренный фазовый сдвиг; сь - коэффициент температуропроводности образца; (а - угловая частота модуляции излучения. Измеряют отношение сигналов и из отношения сигналов и отношения коэффициентов объемного и поверхностного поглощения определяют величину коэффициентов поглощения. Из решения системы дифференциальных уравнений теплопроводности для плоского образца и газа в оптико-акустической камере следует ..)|-1 где - фазовый сдвиг колебаний температуры на границе образец-газ; а величина колебаний температуры на этой границе равна 1 4. Ksas где KS, Kg - коэффициенты теплопроводности образца и. газа в камере; а (w/2 а) ; индексы s и g относятся к образцу и газу соответственно; 1о г интенсивность подводимого излучения. Выражения (3) и (4) справедливы, если ,.20-5-30 см Формула изобретения СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПОВЕРХНОСТНОГО И ОБЪЕМНОГОПОГЛОЩЕНИЯСЛАБОПОГЛОЩАЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ с помощью оптико-акустической камеры, заключающийся в освещении исследуемого и эталонного образцов модулированным (1-5-3)10-2. Фазовый сдвиг и величина акустического сигнала однозначно определяются фазовым сдвигом и величиной колебаний температуры на границе обрас,ц-газ. Из формулы (4) следует, что, ерли образец имеет только поверхностное поглощение,. /2 Ksas() и, если образец имеет только объемное поглощение. sas(1 4-По,предложенному способу требуется один эталон с одним видом поглощения и известнымй оптическими и теплофизическими характеристиками, а количество измерений уменьшается, т.к. оба коэффициента погло щения определяются всего из двух измеренных величин: отношения сигналов при помещении в оптико-акустическую камеру изучаемого образца и эталона и фазового сдвига между ними. При определении отношения коэффициентов поглощения не т{}ебуется знать ни величину поглощения эгалонз. ни его теплофизические харвкт€|9и тики. Достаточно знать толькокак поглощает эталон: вобъеме или на поверхноети. (56) Poulet Р. etsj. Quantitative jahotoacoustic spectroscopy appUed to гЬёгтаПу thick samples. Journal of Applied Physics. 1980, у.51,МгЗ, p.t738-t742. Новиков В.П. Новиков M.A. Дифференциальный оптико-акустический метод измерения малого оптического поглощения. HI Всесоюзная конференция Оптика лазеров, Л. 1982. С.440. оком излучения и.сравнении акустических игналов от этих образцов, отличающийся ем, что, с целью упрощения и ускорения змерений, измеряют отношение и фазоый сдвиг сигналов от образца и одного талона только с одним видом поглощеия, поверхностным или обьемным, и по тим двум измерениям определяют коэфициенты поглощения образца.
