Устройство для измерения пространственного распределения коэффициента пропускания объектов,прозрачных для ИК излучения Советский патент 1985 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к исследованию оптических свойств материалов, в частности измерения коэффициента пропускания образцов, и может, быть использовано при изготовлении и оценке качества элементов оптических систем.

Известны устройства для исследования пространственного распределения коэффициента пропускания объектов, прозрачных для ИК излучения, принцип действия которых основан на двумерном сканировании поля анализа l3

Недостатками этих устройств является сравнительно большое время формирования изображения, что обуславливает их невысокую производительность и значительную погрешность измерений при использовании в качест ве источника излучения лазеров, обладающих значительной нестабильность мощности излздчения.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения пространственного распределения коэффициента пропускания объектов прозрачных для ИК излучения, содержащее источник -ИК излучения и расположенные последовательно по ходу излучения коллимирующую оптическую систему, приемный объектив, устройство кадрового сканирования с датчиком кадровых синхроимпульсов, устройство строч ного сканирования с датчиком строчных синхроимпульсов, приемник излучения с предусилителем,, выход которого подключен к блоку обработки видеосигнала с видеоконтрольным устройством 2 .

Heдocтatкoм известного устройства явлйется то, что при автоматическом сканировании поля анализа невозможно получить неискаженную картину пространственного распределения коэффициента пропускания из-за неравномерности распределения облученности по полю анализа, создаваемой источником излучения и из-за неравномерности функции передачи модуляции регистратора. Поэтому с помощью данного устройства в автоматическом режиме получают, в основном, качественную информацию об оптической однородности образцов, т.е. обнаруживают включения, трещины, неоднородности структуры, свили и т.д. Количественную же информацию о распределении коэффициента пропускания по полю анализа получают по точкам, как говорилось выше, что позволяет исключить влияние на точность измерений неравномерности источника излучения и функции передачи .модуляции регйстратор,а. При этом на измерение в одной точке требуется 3-4 с, а для того, чтобы получить представленные о пространственном распределении коэффициента пропускания во всей исследуемой области объекта необходимо произвести измерения в большом количестве точек, что требует значительного времени.

Цель изобретения - повьш1ение точности при сокращении времени измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения пространственного распределения коэффициента пропускания объектов прозрачных для ИК излучения, содержащее источник ИК излучения и распо. ложенные последовательно по ходу излучения коллимирующую оптическую систему, приемный объектив, устройство .кадрового сканирования с датчиком кадровых си.нхроимпульсов, устройство строчного сканирования с датчиком строчных синхроимпульсов, приемник излучения с предусилителем, выход которого подключен к блоку обработки видеосигнала с видеоконтрольным устройством, введен оптический коммутатор, вьшолненньм в виде блока светоделителя и зеркального модулятора с датчиком синхроимпульсов, расположенные перед приемным объективом, а блок обработки видеосинала вьтолнен в виде формирователя тактовых импульсов, формирователя стробирующих импульсов четных и нечетных кадров изображения, трех запоминающих устройств, аналогового измерителя отношений, формироват я строчных и кадровых си1усроимпульсов и формирователя стробирующих импульсов, два входа которого соединены с соответствующими выходами формирователя строчных и кадровых синхроимпульсов и формирователя стробирующих импульсов четных и нечетных кадров изображения, а выход соединен с входом второго запоминающего устройства, выход которого подключен к первому входу видеоконтрольного

устройства, к второму входу которого подключен формирователь строчных и кадровых синхроимпульсов, вход которого соединен с одним выходом формирователя тактовых импульсов, 5 два входа которого подключены соответственно к датчикам строчных и кадровых синхроимпульсов, а его выход соединен с одним входом формирователя стробирующих импульсов четного и 10 нечетного кадров изображения, два других входа.которого соединены соответственно с выходом датчика синхроимпульсов зеркального модулятора и с. выходом предусилителя, а 15 выходы подключены к соответствующим входам первого и третьего запоминающих устройств и к одному входу аналогового измерителя отношений, другой вход которого соединен с выходом 20 первого запоминающего устройства, а выход через третье запоминающее устройство соединен с входом второго запоминающего устройства.

На чертеже представлена схема 25 устройства.

Устройство для измерения прост- : ранственного распределения коэффициента пропускания объектов прозрачных для ИК излучец/1я, содержит 30 . источник 1 ИК излучения и расположенные последовательно по ходу излучения коллимирующую оптическую систему 2, приемньй объектив 3, устройство 4 кадрового сканирования 35 с датчиком 5 кадровых синхроимпульсов, устройство 6 строчного сканирования с датчиком 7 строчных синхроимпульсов, приемник 8 излучения с предусилителем 9, выход которого подключен 40 к блоку 10 обработки видеосигнала с видеоконтрольным устройством 1.1,оптический коммутатор 12, выполнен- . ный в виде блока 13 светоделителя и зеркального модулятора 14 с датчи- 45 ком 15 синхроимпульсов, расположенные перед приемным объективом 3, блок 10 обработки видеосигнала выполнен в виде формирователя 16 тактовых импульсов, формирователя .50 17 стробирующих импульсов четных нечетных кадров изображения, трех . запоминающих устройств - 18-20, налогового измерителя 21 отношений,

ормирователя 22 строчных и кадровых 55 инхроимпульсов и формирователя 23 тробирующих импульсов, два входа оторого соединены с соответствующими выходами формирователя 22 строчных и кадровых синхроимпульсов и формирователя 17 стробирующих импульсов четных и нечетных кадров изображения, а выход соединен с входом второго запоминающего устройства 19, выход, которого подключаем к первому входу видеоконтрольного устройства 11, к второму входу которого подключен формирователь 22 строчных и кадровых синхроимпульсов 22, вход которого соединен с одним выходом формирователя 16 тактовых импульсов, два входа которого подключены соответственно к датчикам строчных и кадровых синхроимпульсов, а его выход соединен с одним входом формирователя 17 стробирующих импульсов четного и нечетного кадров изображения, два других входа которого соединены соответственно с выходом датчика синхроимпульсов зеркального модулятора 15 и предусилителя 9 а выходы подключены к соответствующим входам первого и третьего запоминающих устройств 18,-20 и к одному входу аналогового измерителя 21 отношений, другой вход которого соединен с выходом первого запоминающего устройства 18, а выход через третье запоминающее устройство 20 соединен с входом второго запоминающего устройства 19, исследуемый образец 24.

Устройство работает следующим образом.

Каллимированное излзгчение от источника 1 ИК излучения проходит через блок 13 светоделителя, образец 24 и попадает на приемный объектив 3. Отраженное излучение попадает на плоское зеркал.о устройства 4 кадрового сканирования, отразившись от которого проходит через пЬизму устройства 6 строчной развертки и попадает на приемник 8 излучения, сигнал с выхода которого усиливают с помощью предусилителя 9 и подают в блок 10 обработки видеосигнала. Между приемным объективом 3 и исследуемым образцом 24 находится зеркальный модулятор 14, частота вращения которого синхронизирована с частотой колебаний зеркала устройства 4 и вдвое ниже ее. Модулятор осуществляет коммутацию излучения, падающего на приемный объектив 3 таким образом, что в течение одного кадра изображения, формируемого ска I нирующим регистратором, на приемный объектив 3 попадает излучение, прошедшее через исследуемьй объект 24, а в течение следующего кадра - налу чение источника, отраженное светоде лителем 13. При коэффициенте делени блока 13 светоделителя равном 0,5 отношение видеосигналов, соответствующих какому-либо элементу разло женин изображения взятое в двух последующих кадрах, численно равно коэффициенту пропускания объекта в точке, соответствующей выбранному, элементу разложения. Автоматическое поэлементное вычи ление отношения видеосигналов двух последовательно расположенных во . времени кадров изображения осуществляется с помош;ью устройств, введенных в блок 10 обработки видеосигнала, которые работают следующим образом. В течение прямого хода кадрового зеркала устройства 4 при формировании 1,3, 5 и т.д. кадров происходит запись видеосигнала , соот ветствующего прошедщему через объект излучения в запоминающее устрЬ|йство 18, которое состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП), оперативного запоминающепо устройства (ОЗУ) и цифроаналогового преобразователя (ЦАП). Синхронизация этого запоминающего устройства осуществляется с помощью формирователя 16 тактовьпс импульсов, которые стробируются формирователем 17 стробирующих импульсов четных и нечетных кадров изображения. В течение прямого хода кадрового зеркала при формировании 2, 4, бит.д. кадров происходит поэлементное деле ние видеосигнала 3j, , поступающего на первьй вход аналогового измер теля 21 отношений с выхода запоминающего устройства 18, на видеосигнал 1р , соответствующий падающему на объект излучению, которьй стробируется формирователем 17 и поступает на второй вход аналогового измерителя 21 отношений. В течение прямого хода кадрового зеркала при формировании четных кадров происходит также з.апись сигнала 3 3, с выхода аналогового измерителя 21 отношений в третье запоминающее УСТРОЙСТВО 20, состоящее из АЦП и ОЗУ. В течениеобратного хода рового зеркала.при формировании четных кадров изображения происходит перезапись сигнала J 3, / Do в двоичном коде во второе запоминающее устройство 19, состоящее из ОЗУ и ЦАП, после чего, в течение прямого хода кадрового зеркала идет воспроизведение записанного сигнала из второго запоминающего устройства 19 на ВКУ 11 с кадровой частотой телевизионного .стандарта (50 Гц). При этом синхронизация второго запоминающего устройства 19 осуществляется с помощью формирователя 22 строчных и кадровых синхроимпульсов, которые стробируются формирователем стробирующих импульсов 23. От формирователя 22 строчных и кадровых синхроимпульсов осуществляется также синхронизахщя ВКУ 11 при воспроизведении изображения с частотой телевизионного стандарта. Синхронизация формиров.ателя 16 тактовых импульсов и формирователя 17 стробирующих импульсов четных и нечетных кадров изображения с частотой механических разверток изображения и скоростью вращения зеркального модулятора осуществляется с помощью соответствующих датчиков 5, 7 и 15-синхроимпульсов. Таким образом, в данном устройстве осуществляется автоматическое поэлементное измерение коэффициента пропускания исследуемого объекта, пространственное распределение которого индуцируется на экране ВКУ с частотой телевизионного стандарта. Смена информации при этом происходит с частотой вращения зеркального модулятора 14. Изобретение позволяет повысить точность измерений при существенном сокращении времени измерений. Точность измерений по сравнению с измерениями по точкам, осуществляемыми с помощью известного, повышается за счет того, что существенно сокращается время измерений, поэтому различные дестабилизирую ще факторы, такие как нестабильность мощности источника излучения, изменения коэффициента передачи фотоприемного устройства регистратора оказывают меньшее воздействие. Кроме того, в известном устройстве вычисление отношения 0л / 3 производится не .автоматически, а опера7тором, что также может проводить к ошибкам. Время единичного измерени в данном устройстве N,n период вращения зеркально го модулятора; Метр - число строк азложения . изображения регистратора эл - число элементов разложени изображения в строкеJ 1с - коэффициент использования строчной развертки; коэффициент использования кадровой развертки. При тех же параметрах развертывающих устройств, что и известным время {; ц 2-3 мкс. Полный цикл измерений по всему полю анализа определяется временем смены информации, т.е. равен периоду вращения зеркального модулятора О,.5 с. При измерениях по точкам в извест ном устройстве время единичного измерения при использовании устройства вьщеления видеосигнала элемента разложения изображения и измерения его амплитуды с помощью цифро.вого вольтметра составляет Ьупр-З-А с, а полный цикл измерени равен t U „„-Hj где h - число измерений в данном поле анализе. Следрвательно, на единичное измерение в известном устройстве необходимо в 6-8 больше времени, чем на полньй цикл измерений по всему полю анализа в предлагаемом устройстве.. Соответственно во столько же раз в известном устройстве больше время 18 ействия дестабилизирующих факторов, влияющих на точность измерений. Для подтверждения практической осуществимости предлагаемого устройства быпи проведены необходимые расчеты, и составлена, функциональная схема с учетом характеристик серийно выпускаемых промьгашенностью модулей оперативной памяти, АЦП и ЦАП и характеристик оптико-механичееких развертывающих устройств, аналогичных используемым в известном. Быпи проведены также лабораторные исследования отдельных элементов и узлов. Проведенные расчеты и эксперименты показали практическую осуществимость предлагаемого устройства, его высокую эффективность и достижимость поставленной цели. Так например, при использовании в качестве источника излучения лазеров на СО2 типа ЛГ-25А, ЛГ-23, обладающих существенной нестабильностью мощности излучения, погрешHocjb при измерениях с помощью предлагаемого устройства за: счет сокращения времени измерений может быть уменьшена на 2-3% по сравнению с известным. Предлагаемое устройство может найти применение при исследовании оптической однородности материалов, используемых для изготовления элементов ИК оптики инфракрасных систем. Изготовление таких элементов весьма трудоемко и дорогостояще, поэтому применение высокопроизводительной и эффективной аппаратуры для контроля качества материалов на самой ранней стадии изготовления может существенно снизить затраты на изготовление приборов.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ . КОЭФФИЦИЕНТА ПРОПУСКАНИЯ ОБЪЕКТОВ, ПРОЗРАЧНЫХ ДЛЯ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее источник ИК излучения и расположенные последовательно по ходу излзгчения коллимирующую оптическую систему, приемный объектив, устройство кадрового сканирования с датчиком кадровых синхроимпульсов, устройство строчного сканирования с датчиком строчных синхроимпульсов, приемник излучения с предусилителем, выход которого подключен к блоку обработки видеосигнала с видеоконтрольным устройством, отличающееся тем, что, с целью повышения точности при сокращении времени измерений, в .него введены оптический коммутатор, выполненный в виде блока светоделителя и зеркального модулятора с датчиком синхроимпульсов, расположенных перед приемным объективом, а блок обработки видеосигнала выполнен в виде формирователя тактовых импульсов, формирователя стробирующих импульсоВ четных и нечетных кадров изображения, трех запоминающих устройств, аналогового измерителя отношений, формирователя строчных и кадровых синхроимпульсов и формирователя стробирующих импульсов, два входа которого соединены с соответствующими выходами формирователя строчных и кадровых синхроимпульсов и формирователя стробирующих импульсов четных и нечетных кадров изображения, а выход соединен с входом второго запоминающего устройства, выход которого подключен к первому входу видеоконтрольного устройства, к второму входу которого подключен (О формирователь строчных и кадровых синхроимпульсов, вход которого соединен с одним выходом формирователя тактовых импульсов, два входа которого подключены соответственно .к датчикам строчных и кадровых синхроимпульсов, а его выход соединен ot с одним входом формирователя стро- ел бирующих импульсов четного и нечетного кадров изображения, два других со входа которого соединены соответственно с выходом датчика синхроимпульсов зеркального модулятора и с выходом предусилителя, а выходы подключены к соответствующим входам первого и третьего запоминающих устройств и к одному входу аналогового измерителя отношений, другой вход которого соединен с выходом первого запоминающего устройства, а выход через третье запоминающее устройство соединен с входом второго запоминающего устройства.