Способ измерения коэффициентов рассеяния объектов Советский патент 1984 года по МПК G01N21/47 

Изобретение относится к энергетической фотометрии объектов и может быть использовано при оценке их оптических характеристик.

Известен способ измерения коэффициентов рассеяния объектов, использующий измерение в фотометрическом шаре l .

Недостатком этого способа являетс невозможность определения оптических характеристик объектов сложной формы

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ измерения коэффициентов рассеяни объектов сложной формы, заключающийся в том, что поочередно измеряют световые потоки, рассеянные объектом и эталоном с известным сечением и коэффициентом рассеяния при их освещении равномерным по сечению световы пучком, измеряют полный световой поток этого пучка и световой поток с затенением части этого пучка экраном известной площади и рассчитывают коэффициент рассеяния 2 .

Недостатком известного способа является наличие операции перестановки поворотного устройства с повторным выставлением нулевого положения объекта и с последовательной переориентацией его в одних и тех же угловых положениях, что усложняет и удлиняет процесс измерений за счет погрешностей выставления и переориентации объекта. Кроме того, при измерениях площади проекции объектов возможно попадание бликов от элементов объекта, соответствующих скользящему отражению освещающих его лучей, на светособирающую поверхность (внутрь фотометрического шара), что снижает точность измерений и приводи как правило, к заниженным значениям площадей проекций. Нанесение же на поверхность объектов (во избежание появления бликов) черного глубокоматового покрытия усложняет измеренид и по ряду причин не Ьсегда воэможно.

Цель изобретения - упрощение способа и повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения коэффициентов рассеяния объектов сложной формы, заключающемуся в том, что поочередно измеряют световые потоки, рассеянные объектом и эталоном с известным сечением и коэффициентом

рассеяния при их освещении равномерным по сечению световым пучком, измеряют полный световой поток этого пуч ка и световой поток с затенением части этого пучка экраном известной площади и рассчитывают коэффициент рассеяния, дополнительно измеряют суммарный поток рассеянного объектом и рассеянного неэкранируемого объектом света и суммарный поток рассеянного эталоном и неэкранируемого света при их освещении тем же пучком, а коэффициент рассеяния объекта рассчитывают по формуле

АП lUo-UllU IUViUo-Ug)

6-Ц

Un-Un

де( - коэффициент рассеяния эталона;

А - площадь проекции эталона в плоскости, перпендикулярной оси освещающего пучка; Aj - площадь экрана; UQ - сигнал фотоприемного устройства, соответствующий полному потоку освещающего пучка;

LI - сигнал фотоприемного устройства, соответствующий расI сеянному объектом потоку;

U - сигнал фотоприемного устройства. Соответствующий суммарному потоку рассеянного объектом и рассеянного неэкранируемого объектом света;

и сигнал фотоприемного устройства, соответствующий рассеянному эталоном потоку;

д- сигнал фотоприемного устройства, соответствующий суммарному потоку рассеянного эталоном и рассеянного неэкранируемого эталоном све та;

п сигнал фотоприемного устройства, соответствующий потоку с затенением части пучка экраном известной площади

АПНа чертеже схематически изображен

дин из возможных вариантов устройтва, реализующего предлагаемый спооб.

Фотометрический шар 1 снабжен пооротным устройством 2, предназначеным для установки внутри шара (вблизи го центра) исследуемого объекта (или эталона рассеяния) 3 с возможностью изменения его угловой ориента ции в пространстве, В качестве этало на рассеяния применена высокоотражаю щая зеркальная сфера известного радиуса и коэффициента рассеяния. Шар имеет два диаметрально противоположных отверстия 4 и 5, Отверстие 4 слу жит для введения в шар коллимированнЬго пучка света от осветителя 6. Отверстие 5 имеет размеры больше сечения пучка света осветителя и пред.назначено для выведения из шара той части потока освещающего пучка, кото рая проходит мимо освещаемого тела. Это отверстие может закрываться заглушкой 7, имеющей на внутренней стороне белое диффузное покрытие, идентичное покрытию стенки шара. За отверстием 8 в стенке шара расположе но фотоприемное устройство 9, которо визирует белый диффузный экран 10, расположенный так, что его поверхность, обращенная к фотоприемному устройству, не освещается прямыми лучами, отраженными как от освещаемо го тела 3, так и от заглушки 7 при закрытом отверстии 5. В пучок освети теля 6 может вводиться непрозрачный экран 11, площадь которого известна и меньше площади сечения пучка. Измерения осуществляют следующим образом. Устанавливают на поворотном устройстве 2 эталон расЬеяния, снимают заглушку 7 с отверстия 5 в стенке шара 1 и, освещая эталон через отверстие 4 параллельным пучком света от осветителя 6, измеряют сигнал U на выходе фотоприемного устройства 9. Этот сигнал в силу линейности фотоприемного устройства 9 пропорциона лен потоку рассеянного эталоном света и связан с ним зависимостью и, К,(о,А,Е, где K,j - коэффициент пропорционально ти при измерениях с открытым отверстием 5 в шаре. После этого измерения закрывают заглушкой 7 выходное отверстие 5 в шаре и измеряют сигнал ilg . Этот сигнал в силу аддитивности фотоприемного устройства равен сумме двух сигна лов, один из которых пропорционален потоку, рассеянному поверхностью эта лона, а второй - потоку освещакнцего пучка, прошедшему на внутреннюю поверхность заглушки 7 в стенке шара мимо эталона, т.е. неэкранированному эталоном потоку освещающего пучка. При этом сигнал La на выходе фотоприемного устройства определяется выражениемэ (2) где К 2 и К я - коэффициенты пропорциональности при измерениях с закрытым заглушкой выходным отверстием в шаре (К2 - при рассеянии потока от эталона или объекта, расположенных вблизи центра шара, К - при рассеянии потока от внутренней поверхности заглушки, расположенной в стенке шара). После этого эталон заменяют на исследуемый объект, устанавливают с помощью поворотного устройс тва 2 необходимое его угловое положение в пространстве и с закрытым заглушкой 7 отверстием 5 измеряют сигнал И на выходе фотоприемного устройства 9. Этот сигнал равен сумме двух сигналов, один из которых пропорционален потоку, рассеянному поверхностью объекта, а второй - потоку, прошедшему на поверхность заглушки в стенке шара. При этом сигнал У определяется выражениеми + К Е(Ад-А) После этого заглушку 7, закрывающую отверстие 5, вновь снимают и без изменения положения объекта измеряют сигнал U на выходе фотоприемного устройства. Этот сигнал пропорционаен потоку, рассеянному объектом, и пределяется выражением и Оба эти измерения (U и U) повторяют при дргугих угловых ориентациях объекта в пространстве относительно осветителя 6, изменяемых и фиксируемых с помощью поворотного устройства 2. По окончании измерений с его снимают с поворотного устройства и при закрытом заглушкой отверстии 5 измеряют сигмал Ug от полного потока коллимированного освещающегопучка. Затем часть пучка коллимированного осветителя затеняют экраном 11 известной площади А,, и измеряют сиг511; , который пропорционален потопрошедшему мимо экрана 11. При этом соответствующие сигналы определяются выражениями 11о , и„ К FXA -AJ, Система шести независимых уравнений (1 - 6) содержит шесть неизвестных в личин: К,, Kg, К, AQ, А и6 и разре шима относительно искомой величины (j (а также А) . Пример. Па установке, содержащей фотометрический шар диаметром 600 мм, коллимировашнлй осветитель с угловым расхождением лучей 32 угл. мин. и полезной апертурой диаметром 80 мм, фотоприемное устройство на ба зе ФЭУ-71з измерялись угловые зависи мости коэффициентов рассеяния 6 и пл щадей проекции А в функции угла tf между осью конуса (считая от его вершины) и направлением на осветитель. В качестве эталона использовалась зеркальная сфера диаметром А 5 м (А 15,9 см2 ибд 0,950). В качестве экранов использовались три квадратные пластины площадью АП 9, 16 и Ар, 25 см . В числе нссле дуемых образцов были конусы из сплава Д16 AT с диаметром основания 59,5 мм и высотой 61 мм, поверхность одного из них полирована, второго покрыта алюминиевой пудрой, третьего - покрыта белой диффузной эмалью АК-512. В результате измерений получены следующие значения сигналов: для эталона ) - 341 мВ,и 820 мВ для экранов и 638 мБ, IJti-, Ур, 271 мВ; для полного потока Uo 868 мВ, Лпя исследуемого образна, например, при U 80 сигналы состави.гпп для полированного конуса | 336 мВ и ll 720 мВ; для конуса, покрытого алюминиевой пудрой, U 352 мВ и и 733 мВ; для конуса, покрытого эмалью АК-512, (J 390 мВ и U 777 мВ, По этим данным при усредненном по трем экранам значении величины (Jg-U)/A 24,5 мВ/см получены следую1Щ1е значения площадей проекций А и коэффициентов рассеяния U: для полированного конуса А 19,75 см,d 0,754; для покрытого алюминиевой пудрой А 19,88 6 О,7855 для покрытого эмалью АК-512 А 19,64 см , 0,880, При этом расчетное, значение площади проек лии конуса 20,35 см . Полученные результаты показывают высокие воспроизводимость (погрешность воспроизведения площади проекции меньше 1%) и точность результатов измерений (погрешность измерения площади составила величину порядка 3%). Использование предлагаемого способа измерений коэффициентов рассеяния объектов обеспечивает следующие преимущества: не требуется перестаповки поворотного устройства с установленным на нем обьектом; не требуется последовательной двукратной установки объекта и воспроизведения одних и тех же его угловых положений относительно осветителя; измерения сечения рассеяния и площади проекции объектов осуществляются выполнением единой серии операций, а не раздельно, как в известном методе; не требуется чернения и матирования поверхности объекта.

/1

/ь

СПОСОБ ИЗМР:РЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ РАССЕЯНИЯ ОБЪЕКТОВ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ, заключающийся в том, что поочередно измеряют световые потоки, рассеянные объектом и эталоном с известным сечением и коэффициентом рассеяния при их освещении равномерным по сечению световым пучком, измеряют полный световой поток этого пучка и световой поток с затенением части этого пучка экраном известной площади и рассчитывают коэффициент рассеяния, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и повышения точности измерений, дополнительно измеряют суммарный поток рассеянного объектом и рассеянного неэкранируемого объектом света и суммарный поток рассеянного эталоном и рассеянного неэкранируемого эталоном света при их освещении тем же пучком, а коэффициент рассеяния объекта рассчитывают по формуле lUo-U4U3/Ub(Uo-U,l Лэ U.-Un где Од - коэффициент рассеяния этало на; площадь проекции эталона в плоскости, перпендикулярной оси освещающего пучка; АПплощадь экрана; и - сигнал фотоприемного устройства, соответствующий рассеянному объектом потоку; 3 сигнал фотоприемного устройства, соответствующий рассеянному эталоном потоку; (Л UQ- сигнал фотоприемного устройства, соответствующий полному потоку освещающего пучка; и сигнал фотоприемного устройства, соответствующий суммарному потоку рассеянного объек том и рассеянного неэкранируемого объектом света; U; - сигнал фотоприемного устройства, соответствующий потоку с затенением части пучка 4 экраном известной площади 1Х , П U:)- сигнал фотоприемного устрой05 ства, соответствующий суммарному потоку рассеянного эталоном и рассеянного неэкранируемого эталоном света.