Устройство для определения отражательной способности материалов Советский патент 1987 года по МПК G01N21/55 

Изобретение относится к оптич ес- ким приборам для измерения коэффициентов отражения материалов и может быть применено, например, для измерения коэффициента. отражения многослойных диэлектрических зеркал,металлических поверхностей и покрытий на теплозащитных материалах.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 - форма торца жгута волоконных световодов.

Взаимное расположение жгутов волоконного световода образует коаксиальную систему, а центральной жилой является жгут осветительных волоконных световодов 1. В качестве источника 2 излучения используют матрицу из инфракрасных излучающих диодов из арсенида галлия - алюминия, аналогичную светодиоду АЛ-107, спектральный состав излучения которой можно изменять в широких преде- лах путем переключения соответствующих элементов матрицы. Питание излучающей диодной матрицы осуществляется от источника 3 прямоугольных импульсов. Излучение с торца осветительного жгута волоконного световода 1 падает на исследуемую поверхность 4, отражается диффузно, принимается изме рительным жгутом волоконных световодов 5 и передается на фотоприемник 6, представляющий собой фотодиод, аналогичный серийно выпускаемому ФД-27К и имеющий в одном корпусе несколько кристаллов. Сигнал с фотоприемника 6 усиливается регистрирующей аппаратурой 7 (используется любой из серийных усилителей постоянного тока) .

С ществуницие инфракрасные свето- диоды и фотодиоды имеют узкие спектральные характеристики с пределами спада чувствительности фотодиода и мощности светодиода ± 0,4 WKM от паспортного значения рабочей длины волны светодиода. Поэтому при изменении отражательной способности материалов с помощью полупроводникового излучателя и фотоприемника могут

возникнуть погрешности за счет селек- положения плоскости поляризации истивного отражения исследуемого материала, так как большинство материалов имеет селективное отражение в диапазоне 0,76-9 мкм. Для получения

5

0

5

5

0

5

0

0

большого объема информации об отражательной способности исследуемого материала в широком спектральном диапазоне (например 0,8-9 мкм) необходимо иметь набор светодиодов и фотодиодов с изменяемыми спектральными характеристиками. Изменение спектральных характеристик осуществляется при помощи набора свето- и фотодиодов с согласованными оптопа- рами, переключаемых при помощи коммутирующего устройства.

Использование однокристальных матриц свето- и фотодиодов позволяет проводить измерения в широком диапазоне инфракрасных длин и волн и получить хорошую согласованность с оптической системой устройства. В качестве приемников излучения использованы мультиспектральные PbS Sg,j, и РЬц -Sg инфракрасные фотодиоды спектральные характеристики которых согласованы с матрицей 2 излучающих диодов. Для уменьшения потерь излучения при выходе из торца осветительного жгута волоконного световода последний имеет конусное углубление 8, образующее на всех торцах каждого излучающего волокна угол Брюстера, при котором потери на внутреннее отражение минимальны (фиг. 2). Для более полного улавливания и уменьшения потерь всей отраженной энергии излучателя измерительный жгут волоконного световода имеет поверхность, где торец каждого , волокна имеет также срез под углом Брюстера. Общий жгут световодов устанавливается на исследуемую поверхность, при этом края световодов закрывают исследуемую поверхность фоновой засветки.

Устройство работает следующим об-: разом.

Источник 2 света через световод 1 освещает исследуемую поверхность 4, при этом характер и форма индикат- риссы отраженной части света не ют на показания регистрирующей аппаратуры 7, так как практически улавливаются всеми волокнами измерительного жгута светопроводов. Точность измерения зависит от взаимного расточника излучения и исследуемого материала, поэтому может принимать различные значения в зависимости от угла поворота источника излучения

:И исследуемого материала. Кроме того, на точность измерения влияет и направление микронеровностей от обработки поверхности исследуемого материала при изготовлении. Поэтому для усреднения и устранения погрешностей результатов измерения вращают исследуемый образец вокруг своей оси либо измерительный датчик при неподвижном исследуемом образце. В зависимости от отражательной способности исследуемой поверхности материала суммарный сигнал на фотоприемнике 6 пропорционально меняет свою величину. Исследование отражательной способности поверхности материалов производится в различном спектральном диапазоне длин волн, так как эта характеристика меняется для различных длин волн излучателя. Исследование отражения позволяет методом неразрушаищего контроля определять в течение 1-2 с отражательную способность и связанные с нею основные теплрфизические характерис тики теплозащитных материалов: красок, обмазок, покрытий и других. При этом отпадает необходимость в изготовлении специальных образцов и повышается производительность измерения отражательной способности в 10-20 раз за счет изъятия операции предварительной подготовки исследуемой поверхности.

4

рмула из

обретения

W

15

20

25

30

1.Устройство для определения отражательной способности материалов, содержащее источник излучения,приемщик излучения с регистрирующей аппаратурой, волоконные световоды, включающие измерительный и осветительный жгуты, примыкающие одним из своих торцов соответственно jc приемнику излучения и источнику излу|чения, отличающееся тем, ;что, с целью повышения точности измерения, другие тррцы жгутов совмещены таким образом, что волокна осветительного жгута световода расположены коаксиально по отношению к волокнам измерительного жгута световода, при этом торец осветительного жгута выполнен в виде полого конуса с образующей, расположенной под углом Брюстера по отношению jc направлению укладки волокон жгута, поверхность торца измерительного жгута световода выполнена в виде вогнутой поверхности с радиусом кривизны, создающем на торце каждого волокна световода угол Брюстера для отраженного излучения. I

2.Устройство по п. 1, о т л и- чающ-ееся тем, что устройство снабжено средством его вращения вокруг оси.

Изобретение относится к оптическим устройствам для измерения коэффициентов отражения материалов и может быть использовано, например, для измерения коэффициента отражения многослойных диэлектрических зеркал, металлических поверхностей и покрытий на теплозащитных материалах. С целью повышения точности улавливается все отраженное излучение в замкнутой светоприемной сфере, образуемой при прикладьшании измерительного торца жгутов световодов к исследуемой поверхности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. S @

VVV /XZ V VV /// VVX

t/f,/

Фиг.г