Способ измерения коэффициентов пропускания рассеивающих материалов Советский патент 1985 года по МПК G01J1/04 G01N21/59 

Изобретение относится к фотометрии, а именно к измерению характеристик рассеивающих материалов. Прохождение пучка света, ограниченного по размерам сечения, через слои рассеивающих сред сопровождает ся так назьшаемым явлением размытия пучка (вследствие рассеяния света на неоднородностях среды излучение выходит из геометрической зоны освещающего пучка в сторону, и возникает ореол рассеяния). Размеры ореола рассеяния могут в десятки раз превосходить размеры сечения освещающего пучка. По этой причине световой поток, прошедший через слой рассеивающей среды, выходит с поверхности слоя как из геометрическо зоны освещающего пучка, так и из ореола рассеяния. Очевидно, что правильное измерение коэффициента пропускания, равного отношению всего прошедшего потока к упавшему, возможно лишь тогда, когда измеряет ся весь прошедший через рассеивающий слой поток излучения, т.е. выходящий как из геометрической зоны освещающего пучка, так и от всего ореола рассеяния. Известен способ измерения коэффициента пропускания рассеиваюпщх материалов, при котором измеряется индикатриса рассеяния силы света прошедшего излучения, и коэффициент пропускания рассчитывается путем, численного интегрирования по всём углам рассеяния С ЗОднако способ очень трудоемок, применим лишь тогда, когда индикатриса рассеяния представляет собой тело вращения относительно освещающего пучка, т.е. только при нормальном падении освещающего пучка, и неприменим к слабо рассеивающим объектам, у которых велика доля пря мо прошедшего нерассеянного света. Наиболее близким к изобретению, является способ измерения коэффициента пропускания рассеивающих материалов, заключающийсяв измере1 ии освещенности стенки интегрирующ Сферы без образца и с образцом, нал .женным на отверстие интегрирующей сферы при освещении отверстия и об разца пучком света. Коэффициент пр пускания вычисляется как отношение сигнала с образцом к сигналу без образца С2 3. Однако в силу ограниченных размеров отверстия интегрирующей сферы часть прошедшего через рассеивающий слой (образец) светового потока, которая выходит из краевых участков ореола рассеяния, не попадает в интегрирующую с;феру, что приводит к занижению значений коэффициента пропускания. По этой причине результаты измерения коэффициента пропускания одного объекта, полученные при разных диаметрах отверстия сферы, сильно различаются между собой, а в отдельных случаях различие может составить , десятки и даже сотни относительных процентов. Очевидно, что рассматриваемая ошибка измерения (f коэффициента пропускания t равна ТОЙ доле светового потока, которая остается за пределами отверстия интегрирующей сферы, т.е. ИЗ/У . весь световой поток, прошедший через рассеивающий слой; M3w световой поток, прошедший через рассеивающий слой и попавший в интегрирующую сферу. Так как истинное значение коэффициента пропускания f равно л. ПОЛН -Т7 где F. - упавший на рассеивающий слой поток излучения, то истинное значение коэффициента пропускания рассе- иваюцего слоя равно rv HJM I-CA где ,- коэффициент пропускания рассеивающего слоя, непосредственно измеренный при конкретном отверстии интегрирующей сферы. Целью изобретения является повышение точности измерения коэффициента пропускания рассеивающих материалов. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения коэффициента пропускания рассеивающих материалов, заключающемуся в измерении освещенности стенки интегрирующей сферы без образца и с образом, наложенным на oTBev CTne в 3 интегрирующей сфере, при освещении отверстия и образца пучком света, измерение освещенности стенки интегрирующей сферы производят четыре кратно, причем перед каждым измерением изменяют радиус отверстия интегрирующей сферы, а коэффициент пропускания Г образца определяют по формуле гдеС .- коэффициент пропускания образца, измеренный при конкретном значении радиуса г освещающего пучка и радиус R- отверстия ин тегрирующей сферы (, 2, 3, 4); . сЛ. - ошибка :измерения, возника ющая за счет образования ореола рассеяния при ради усе отверстия R zft ( где В - показатель степени в экспо ненте, характеризующий ско рость убывания яркости в ореоле рассеяния; /Ь - перепад яркости на границе геометрической зоны освеща ющего пучка; причем параметр определяют из вы ражения ir - f иъМ|4 ,г мб«я,ь wi.a . 0 п 21«;р(-Ьг,)( („Кг)(-Е«Рг)-0 пРвИ«Р(-«пМ а параметр,(i определяют из выражения Tи..г . A«P(gnRt) Гл . . ., e.p(Rj-(l.RJexp() где коэффициент пропускания ,1 измеряют при отверстии интегрирующей сферы радиусом R, г. 9904 Зависимость коэффициента пропускания от радиуса R отверстия интег-, рирующей сферы (при фиксированном радиусе г сечения освещающего пучка), основанная на экспериментально установленной для сильно рассеиваю1цих слоев закономерности распределения яркости в ореоле рассеяния, подчиняющейся экспоненциальному закону, имеет вид Ц (Е„гм)-{е,ри) -п («-Ч U1 2;3 ()-(fnR) P-Т-i TF-г) (R-r) , С - множитель, учитывающий форму индикатрисы рассеяния прошедшего излучения; Рд - упавший на рассеивающий слой световой поток; Lg - средняя яркость в геометрической зоне освещающего пучка; L()-яркость на границе геометрической зоны освещающего пучка; - перепад яркости на граии це геометрической зоны освещающего пучка; Ef,- показатель степени в экспоненте, характеризующий скорость убьтания яркости, в ореоле рассеяния. ыражение для истинного коэффиципропускания, получаемое из (2), радиусе отверстия интегрирующей ы, стремящейся к бесконечности т вид lf..-)l (,1 аким otSpasoM, указанная ранее ка сЛ равна 1Г(. .... -( Из формулы (4) следует, что для расчета ошибки сУ необходимо знать два параметра: ё и /3, характеризующие распределение яркости в пятне размытия. Эти параметры определяютс из результатов измерения коэффициен та пропускания, различных значениях радиуса отверстия интегрирующей сферы, образующих в соответствии с формулой (2) систему линейно независимых уравнений с неизвестными 5х| и /, , знание которых необходим для расчета ошибки Способ реализуется cлeдyющIiм образом. Сначала производят измерения коэффициента пропускания , из«,2 «i, ,4 четырех значёниях радиуса отверстия интегрирующей сферы R, Rj, R,, R4 -оот ветственно, при этом R г. Первый параметр ореола рассеяния ЕП опре деляют по отношению з«л,4 tSM.a W4m,37 (гизм.З которое согласно формуле (2) равно uiM MJM.2 HiM, J И5М|2 ()(1.( - (,)е.р(.е„к,)-(е„КзП р() в правой части равенства (5) со.держится одно неизвестное - искомый показатель , который рассчитывают по известной левой части равенства. Второй параметр f аналогично определяют по отношению tiM, иЗм i которое согласно формуле (2) равно м,.г . 2fbexp R .M.i т;«7Г 1 (И В правую часть равенства (6) та же входит одно неизвестное - параметр ; , а в качестве f, используют уже ранее найденное его значение из выражения (5). Параметр ,-3 рассч тывают по формуле (6) по известной левой части равенства. После нахождения параметров ореол рассеяния f и ft по формуле (4) рас считывают ошибку измерения е коэфф пиента пропускания для любого из четьрех значений радиуса отверстия HHT(npnpy nii(t-i «-ферм R, а затем и 90 сам истинныГ коэф|11иципнт ripi)nyrK;i-мия Г nbM.i Четырехкратное.изменение радиуса отверстия интегрггрующер сферы обусловлено следующим. Как следует из формулы (2), найти три неизвестных - S , / и на основе лишь трех измерений коэффициентов пропускания при трех разных радиусах R. Однако решение этой системы из трех уравнений приводит к сложным выражениям, поскольку одно неизвестное р входит в показатель экспоненты, а значения степени таковы, что ограничиваться только первыми членами ее разложения в ряд нельзя. При введении четвертого уравнения операции по определению параметров и |3 становятся менее трудоемкими. Здесь целесообразно применение своего рода градуировочных кривр гх. На основе расчета по формулам (5) и (6) строятся две кривые. Первая из них дает зависимость К f(n)( значение левой части выражения (5), вторая - зависимость А Г(ЕП) (А - значение левой части выражения (6). При наличии таких один раз рассчитанных кривых по найденным на основе измерений К и А легко определяются искомые параметры и /i. Учет ошибки с, обусловленной размытием пучка на поверхности рассеивающего образца, сущестенно повышает точность измерения коэффициента пропускания рассеивающих материалов. Техническая эффективность от использования предлагаемого способа заключается в том, что на его основе могут быть разработаны поверочные средства измерения коэффициентов пропускания рассеивающих материалов. В настоящее время эти средства отсутствуют в силу трудностей, которые вызывает точное измерение коэффициента пропускания рассеивающих материалов. . Кроме того, предлагаемый способ может быть использован в конструктор ских разработках для научно обоснованной оценки размеров отверстий интегрирующих сфер, применяемых в

/11А 39908

1);г :1ими.1х (чпических приборах. На ос- уса отверстия сферы, при котором П(М( формулы (2), варьируя значениями ошибка измерения с не будет превосf i ft t можно оценитг, значения ради- ходить заданную.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПРОПУСКАНИЯ РАССЕИВАЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ, заклгочаю1цийся в измерении освещенности стенки интегрирующей сферы без образца и с образцом, наложенным на отверстие в интегрирующей сфере, при освещении отверстия и образца пучком света, отличающийс я тем, что, с целью, повышения точности измерений, измерение освещенности стенки интегрирующей сферы производят четырехкратно, причем перед каждым измерением измеряют радиус отверстия интегрирующей сферы, а козффициент пропускания образца определяют по формуле г ИЬМ ,1 -1.сЛ гдеГ - - коэффициент пропускания образца, измеренный при конкретном значении радиуса г освещенного пучка и радиусе R; отверстия интегрирующей сферы (i 1, 2, 3, 4); Л - ошибка измерения, возникающая за счет образования ореола рассеяния при радиусе отверстия сферы R2fi PC-gnl rMK - n O сЛ. М -(где Ер - показатель степени в экспоненте, характеризующий скорость убывания яркости в ореоле рассеяния; р - перепад яркости на границе геометрической зоны освещас S ющего пучка; причем параметр 6 определяют из (Л выражения с г -f И8дл,4 ИЗМ|2 иьлА|3 и м,2 . )Р(( (.p((,)e.p(-e«Rj «й оо Г) а параметр определяют из выражесо ния ,,2 2|bexp(e.RJ MSM. 1 xexp((,)eKp(-,R,) , где коэффициент пропускания f измеряют при отверстии интегрирующей сферы ралиусом R г.