УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОТРАЖЕНИЯ Советский патент 1995 года по МПК G01N21/55 

Изобретение относится к измерительной технике, а точнее - к фотометрическим устройствам, и может быть использовано для исследования материалов оптическими методами.

Известно устройство для исследования диффузного отражения, содержащее источник излучения, кассету для образцов и приемник излучения, перемещаемый по дуге, расположенной в плоскости падения излучения на образец. Устройство позволяет проводить исследование пространственного распределения отраженного материалом излучения.

К недостаткам устройства относится невозможность измерения интегрального коэффициента отражения. Исследование пространственного распределения отраженного исследуемым материалом излучения возможно только в случае стабильности оптических характеристик материала и стабильности мощности излучения. Исследование отражения при облучении мощным (лазерным) излучением, приводящим к разрушению материала, на данной установке затруднено.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для исследования отражения, содержащее последовательно расположенные источник излучения, зеркально отражающую полусферу, приемник излучения, центр чувствительной площадки которого расположен в плоскости основания полусферы симметрично относительно центра полусферы с точкой пересечения оптической оси устройства с плоскостью основания полусферы.

Устройство позволяет измерять интегральный коэффициент отражения материалов.

Недостатком этого устройства является невысокая точность измерений коэффициента отражения вследствие ухода части излучения через входное отверстие в сфере. Кроме того, это устройство не позволяет исследовать зависимость изменения интегрального коэффициента отражения угла падения на мишень, а также осуществлять фоторегистрацию процессов, происходящих при взаимодействии мощного излучения с материалом, и измерение индикатрисы рассеянного образцом излучения.

Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение диапазона измеряемых параметров.

Цель достигается тем, что в устройстве для исследования отражения, содержащем последовательно расположенные источник излучения, зеркально отражающую полусферу, приемник излучения, центр чувствительной площадки которого расположен в плоскости основания полусферы симметрично относительно центра полусферы с точкой пересечения оптической оси устройства с плоскостью основания полусферы, полусфера выполнена полупрозрачной.

На чертеже представлено устройство для исследования отражения.

Устройство содержит источник излучения (лазер) 1, устройство 2 перемещения источника излучения, полупрозрачную полусферу 3, приемник 4 излучения, дополнительные приемники 5, расположенные вокруг полусферы на одинаковом расстоянии от центра образца 6, скоростную фотокамеру 7.

Центр чувствительной площадки приемника 4 излучения расположен в плоскости основания полусферы симметрично относительно центра полусферы с точкой пересечения оптической оси устройства. Центр образца 6 расположен на пересечении оптической оси устройства с плоскостью основания полусферы.

Устройство работает следующим образом.

Излучение лазера 1 проходит полупрозрачную полусферу 3 и попадает на образец 6.

Часть излучения, отраженного образцом, фокусируется полусферой 3 на чувствительную площадку приемника 4. При этом энергия ER, регистрируемая приемником, определяется выражением
E_R= E₀(1-K)(1-ρ)RK где Е_о - энергия источника;
K - коэффициент отражения полусферы;
ρ - коэффициент отражения поверхности чувствительной площадки приемника;
R - коэффициент отражения образца.

При направлении излучения лазера 1 на чувствительную площадку приемника 4 регистрируется энергия
E = E₀(1-K)(1-ρ)
Отношение сигналов E_R и E_o пропорционально R, значение которого определяется формулой
R = · а относительная погрешность формулой = + . Поверхности полусферы в данной установке не просветлены, поэтому значение К определяется показателем преломления n материала полусферы:
K = 2; = ; Δn 5·10^-5 для n=1,5
n = 1,5 = ≈ 2·10^-4
Таким образом, относительная погрешность, вносимая полусферой в определение R, на один - два порядка меньше суммарной и может не учитываться в расчетах.

Выполнение полусферы полупрозрачной, кроме повышения точности измерений, позволяет производить одновременно с исследованием отражения излучения исследуемым материалом наблюдение и регистрацию процессов, происходящих в зоне облучения.

Установка дополнительных приемников вокруг полусферы позволяет одновременно с измерением коэффициента отражения материала определять индикатриссу рассеяния излучения поверхности образца.

Устройство перемещения источника излучения позволяет направить излучение источника через прозрачную полусферу на исследуемый материал под разными углами.

Установка скоростной фотокамеры позволяет производить фотосъемку процессов, происходящих при взаимодействии лазерного излучения с исследуемым материалом.

При просветлении одной или двух поверхностей полусферы на приемник 4 падает меньшая доля отраженного образцом излучения. Таким образом, полусфера с просветленными поверхностями является эффективным ослабителем измеряемого излучения, что существенно при облучении образца мощным лазерным излучением.

Погрешность определения значения коэффициента отражения в данном устройстве снижена с 10 до 4-2%. Проведение исследований изменения коэффициента отражения R и индикатриссы рассеяния излучения, отраженного образцов в процессах лазерной обработки (сварка, упрочнение), на предложенном устройстве позволит использовать результаты измерений для оптимизации технологических процессов, что повысит качество сварки и лазерного упрочнения.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОТРАЖЕНИЯ, содержащее последовательно расположенные источник излучения, зеркально отражающую полусферу, приемник излучения, центр чувствительной площадки которого расположен в плоскости основания полусферы симметрично относительно центра полусферы с точкой пересечения оптической оси устройства с плоскостью основания полусферы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения диапазона измеряемых параметров, полусфера выполнена полупрозрачной.