Способ измерения коэффициентов отражения материалов Советский патент 1985 года по МПК G01N21/55 

t Изобретение относится к способам измерения спектрофотометрических ха рактеристик материалов в конденсированном состоянии и может быть использовано для измерения спектральных полусферически-направленных коэффициентов отражения материалов и криоконденсатов различных веществ при температуре ниже температуры окружанлцей среды, т.е. от О до 250 в области спектра от 3,5 до 40 мкм. Целью изобретения является расширение спектрального диапазона измеренийСущность предлагаемого способа состоит в следуннцем. Образец помеща ют в интегрирующую сферу с зачернен ной внутренней поверхностью которую затем вакуумируют. Далее образец и приемник охлаждают до требуемой температуры и начинают измерение путем сравнения сигналов от внутренней поверхности сферы (эталон) и от образца. В этом случае источником излучения является сама сфера, температуру которой поддерживают на зфовне окружающей среды. При этом полезнь й сигнал определяется исключительно отражательными свойствами образца так как из-за одинакового уровня тем ператур результирующие потоки между приемником и самим образцом равны нулю. Для того, чтобы убедиться в этом, получим выражения для величины плотности результирующего потока на приемнике излучения в канале образца на основе рассмотрения балансных уравнений для лучистых потоков . |/Пг /F -р UE -е ( Ло5р (;ic AoSpl Ло5р AnpJ где R-. - полусферически-направленная отражательная способность образца; ,Е ,Е - плотность собственного aSp mji ct излучения а,ч.т. при температурах соответственно образца, приемника и сферы; К - оптико-геометрический коэффициент. Температуры образца и приемника предлагается поддерживать одинаковыми, поэтому Е -Е -До5р- 543 Таким образом, вьфажение (1) существенно упрощается До.(;с..р) t Результирующий поток в эталонном канале q определяется разностью температур зачерненной поверхности сферы и приемника излучения, т.е. () или, учитывая условие (2) () следовательно, измеряемая величина ъ-тг На фиг. 1 изображена схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 - измеренные предлагаемым способом спектры веществ. Охлаждаемый образец 1 расположен в центре сферы 2 диаметром 200 мм, выполненной в виде двух герметично соединяемых шестью болтами полусфер. Ее внутренняя поверхность покрыта , черной краской со степенью черноты : 0,9. Температура сферы поддерживается равной или выше температуры окружающей среды. Система 3 охлаждения представляет собой электронный блок, который на основании сигналов от термопар, вмонтированных в образец и приемник 4, регулирует и стабилизирует их температуру на одинаковом уровне путем изменения скорости прокачки жидкого азота. Оптическая приставка 5, состоящая из восьми плоских и цвух сферических зеркал, размещается на одной плите со сферой над осветителем базового прибора HR-20 и служит для ввода эталонного ( Елс. ) и образцового (ЕдоГрЕловр + . Е ) потоков излучения в соответствующие каналы прибора. Монохроматограф 6 производит развертку по спектру. Сигнал от приемника усиливается усилителем 7 и подается на самописец 8. Устройство работает следующим образом. За счет того, что температура сферы выше, чем температура приемника, между ними по опорному каналу возни31

кает результирующий поток. В канале образца результирующий поток слагается из собственного излучения образца как серого тела и отраженного потока от стенок полусферы. Его величина может изменяться от нуля (при ЛоГр Д° величины опорного потока (при 1). Это удобное свойство предлагаемого способа обеспечивается поддержанием температуры приемника и образца на одном уровне. Поддержание температуры сферы на уровне окружающей среды не требует затрат энергии и сложной системы тер мостатирования,но позволяетполучать достаточно мощные сигналы в ИК-облаС ти спектра. Дпя образцов с хорошей теплопроводностью возможно также нагревать сферу выше температуры окружающей среды, тем самым еще более усиливая полезный сигнал.

На фиг. 2 представлены полученные данные по спектральным коэффициентам отражения криоконденсатов двуокиси углерода COj, двуокиси серы 50 и аммиака NHj в средней ИК-области спектра от 5 до 25 мкм. Спект43 .4

ры измерены при температзфе криоконденсатов и детектора излучения, равной температуре жидкого азота, т.е. 80 К. Сравнения полученных данных с имеющимися в литературе, например, по спектру СО, дают хорошие совпадения. Испытания показывают, что измерения коэффициентов отражения рассеивающих материалов в средней и дальней ИК-области с использованием предлагаемого способа обеспечиваются с отношением сигнал/шум не менее 10 во всем указанном диапазоне длин волн (от 5 до 40 мкм).

Таким образом, положительный эффект предлагаемого способа заключается в расширении спектрального диапазона измерения коэффициентов отражения рассеивающих материалов при

низких температурах в ИК-области

спектра (до 40 мкм), чем обеспечивается возможность измерения терморадиационных характеристик указанных мат ериалов с высоким отношением сигнала к шуму (свьш1е 10) в той области спектра, где известные способы, например, метод интегрирукицей сферы, обладают низкой чувствительностью.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ОТРАЖЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ при температурах ниже температуры окружающей среды, заключающийся в том, что образец исследуемого материала помещают в интегрирующую сферу, на термочувствительном приемнике измеряют сигналы от образца и эталона, в качестве которого используют внутреннюю поверхность интегрирующей сферы, и по их величине вычисляют коэффициент отражения, отличающийс я. тем, что, с целью расширения спектрального диапазона измерений, температуру термочувствительного приемника поддерживают равной температуре образца, а температуру интегрирующей сферы - равной или вьше тем(Л пературы окружающей среды, причем внутреннюю поверхность интегрирующей сферы предварительно зачерняют. QD СО сл 4 со