Фотометрическое устройство для измерения коэффициентов рассеяния объектов сложной формы Советский патент 1987 года по МПК G01N21/47 

.Изобретение относится к энергетической фотометрии объектов и может быть использовано при оценке их оптических характеристик.

Целью-изобретения является повышение точности измерений.

На чертеже показана схема предлагаемого устройства.

Основной (первый) фотометрический шар 1 снабжен поворотным устройством 2, на котором внутри шара вблизи его центра закрепляется исследуемый объект 3 (или эталон рассеяния) с возможностью изменения его угловой ориентации в пространстве. Шар 1 имеет два диаметрально противоположных отверстия 4 и 5. Отверстие 4 служит для равномерного освещения объекта 3 однородным по сечению коллимированным пучком света от осветителя 6, который содержит источник 7 света,, объектив 8 и модулятор 9. Отверстие 5 имеет размеры больше сечения пучка света осветителя и предназначено для выделения из шара той части потока-освещающего лучка, котора.я проходит мимо освещаемого тела. Это отверстие может закрываться заглушкой 10, имеющей на внутренней стороне белое диффузное покрытие, идентичное покрытию стенки шара. Между осветителем и основным фотометрическим шаром установлен дополнительный (второй) фотометрический шар 11, также имеющий два отверстия, которые расположены по оптической оси пучка осветителя и размеры которых примерно равны размеру отверстия 4 в основном шаре. Между соседними отверстиями двух шаров (ближе к отверстию в дополнительном шаре) установлен обтюратор 12, лопасти которого со стороны дополнительного шара имеют белое диффузное покрытие , идентнч:ное покрытию полости этого шара. Фотоприемное устройство (ФПУ) 13 оптически связано с внутренними полостями обоих шаров через установленные на их стенках ди;1)фузно пропускающие пластины 14 и 15. ФПУ 13 может содержать, например, фотоэлектрический приемник излучения и световоды, оптически связывающие его с пластинами 14 и 15 и представляющие собой либо зеркальные или линзовые (призменные) оптические системы, либо световолоконные жгуты, либо световые коробы (последние показаны на чертеже). Белый диффузный экран 16 установлен в основном шаре таким образом, чтобы блики света, отраженного от образца (ипи эталона), не , попадали прямо на диффузную пластину 14. Экран 17 известной площади может вводиться в световой пучок осветителя между плоскостями лопастей обтюратора 12 и отверстия 4 в основном шаре.

0 Измерения коэффициентов рассеяния объектов на предлагаемом устройстве ос-уществляют J предварительно проведя юстировку (настройку) фотоприемного устройства. Целью юстировки является

5 выравнивание чувЬтвительности фотоприемного устройства к потокам, приходящим на него из каждого фотометрического шара. Дпя этого при закрытом заглушкой 10 отверстия 5 в основ

0 ном фотометрическом шаре подвижками ФПУ 13, частичным экранированием диффузных пластин 14 и 13 или иными способами добиваются равенства сигналов Uj, i соответствующих полному потоку

5 освещающего пучка, модулированного в осветителе 6 модулятором 9 с частотой f , когдг1 пучок свободно проходит через прорезь между лопастями обтюратора 12 в отверстие 4 основного ша0 ра и когда он полностью перекрыт лопастью обтюратора. При этом для обеспечения примерного равенства потоков, поступающих на ФПУ из обоих шаров, необходимо, чтобы размеры шаров и оптические свойства покрытий их стенок, а также размеры и оптические свойства диффузных пластин 14 и 15 являлись идентичными или имели близ - кие параметры, размеры (углы сектод ров) лопастей обтюратора 12 и прорезей между ними должны быть равны. Юстировка заканчивается, когда при включенном обтюраторе 12, который дополнительно модулирует световой по ток с частотой f. f вьдходной сигнал ФПУ, пропорциональный разности потоков, поступающих на него из обоих фотометрических шаров, равен нулю (или составляет некоторую минимальн-ую

величину, характеризующую шумы устройства) .

5

После выполнения указанной юстировки между плоскостью отверстия 4 в основном шаре и плоскостью лопастей обтюратора 12 вводят в световой пучок экран 17 известной площади , включают двигатель обтюратора 12 и

55

на частоте f, модуляции обтюратора

где U и и„

1 полному

К измеряют сигнал V на выходе ФПУ, который при этом равен

у„ к(и„ - и„),

- сигналы на частоте соответствующие потоку освещающего пучка и потоку с экранированием части eroj коэффициент пропорциональности между сигналами, соответствующими одинаковым потокам, модулированным на частотах f и f .

. Затем выключают обтюратор 12, устанавливают на поворотном устройстве 2 эталон рассеяния, снимают за- глзтаку 10 с отверстия 5 в стенке шара 1, и, освещая эталон пучком света от осветителя 6 при выведенной из пучка лопасти обтюратора 12, измеряют сигнал и на выходе ФПУ 1.3 на частоте модуляции f

После этого измерения закрывают заглушкой 10 выходное отверстие 5 в шаре 1, включают обтюратор 12 и измеряют сигнал Vj на частоте модуляции f2, который по аналогии с измеренным ранее сигналом V, равен

где и

УЗ к(и, - Up,

- измеренный на частоте

марному потоку рассеянного эталоном и неэкранируемого эталоном света, рассеянного на заглушке.

После этого эталон заменяют на исследуемый объект, устанавливают с помощью поворотного устройства 2 необходимое его угловое положение в пространстве и с закрытым заглушкой 10 отверстием 5 при вращающемся обтюраторе 12 измеряют на частоте fj сигнал V на выходе ФПУ 13, который в этом случае равен

V K(UO - и ),

где и - измеренный на частоте f

сигнал, соответствующий суммарному потоку рассеянного объектом и неэкранируемого объектом света, рассеянного на заглушке.

Затем заглушку 10, закрьтающую отверстие 5, вновь снимают, выключают обтюратор 12, выводят его лопасть из пучка и без изменения положения объекта измеряют на частоте f сигнал и на выходе ФПУ 13. Этот сигнал про

10

порционален потоку, рассеянному объектом. Оба последних измерения повторяют при других угловых ориентациях объекта в пространстве.

По окончании измерений коэффициент рассеяния объекта 6 rtpи конкретной его угловой ориентации в пространстве относительно направления освещения рассчитывают по формуле

/Ь + MyLl-Yi. V, Aj

5

0

5

где ij - коэффициент рассеяния эталона

AJ - площадь проекции эталона в плоскости, перпендикулярной оси освещающего пучка. Пример. Рассматриваются результаты, полученные на предлагаемой и известной фотометрических установках. Взяты одни и те же условия (полированный конус из сплава Д16АТ с диаметром основания 59,5 м и высотой 61 мм, освещаемый под углом 80° к его оси со стороны вершины). Устройство содержит основной фотометрический шар диаметром 600 мм, коллимированный 6с- ветитель с модулированным с несущей частотой f 600 Гц световым пучком и полезной апертурой диаметром 80 мм, фотоприемное устройство на базе ФЭУ-69, а также дополнительный фотометрический шар диаметром 500 мм и обтюратор с огибающей частотой но,; 5 дуляцйи f 36 Гц. ФПУ обеспечивает селективное выделение сигналов на обеих этих частотах и их усиление (с разными коэффициентами усиления). Проведенные измерения дают следующие

0

3

значения сигналов: на частоте f U 914 мВ и и 896 мВ, на частоте fj Vj 199 мВ, V 632 мВ и У„ 1597 мВ. Эти сигналы с учетом параметров эталонов 5 0,950, А„

45 16 см, А J 15,9 см дают искомые значения 6 0,742, А 19,97 см (А - площадь проекции объекта), лишь незначительно (соответственно на 1,6 и 1,1%) отличающиеся от полученньпс

50 на известном устройстве значений, ко- тррые равны 6 0,754 и А 19,75см Полученная величина А 19,97 см ближе к теоретической величине. А 20,35 см.

55

Формула изобретения

Фотометрическое устройство для измерения коэффициентов рассеяния объ-

1332201

ектов сложной формы, содержащее кол- линированный осветитель с установленным в нем модулятором светового пучка, фотометрический шар с двумя отверстиями, центры которых и центр фотометрического шара совмещены с оптической осью осветителя и размеры которых не менее размера светового отверстия осветителя, заглушку, уста- новлеиную в дальнем от осветителя отверстии фотометрического шара с возможностью выведения ее из отверстия и имеющую белое диффузно отражающее покрытие на поверхности, обращенной внутрь фотометрического шара, непро- зрачньй экран, установленный между осветителем и фотометрическим шаром с возможностью выведения из пучка, причем размер непрозрачного экрана не бЬлее размера светового отверстия осветителя , поворотное устройство для закрепления исследуемьпс объектов в центре фотометрического шара, фотоприемное устройство, оптически свя- занное с полостью фотометрического шара через установленную в его стенке диффузно пропускающую пластину, и белый диффузно отражающий экран, установлеиньй между центром фотометрического шара и диффузно пропускающей пластиной, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, мезкду осветителем и плоскостью установки непрозрачного экрана устройство дополнительно содержит второй фотометрический шар с двумя отверстиями, выполненными и расположенными аналогично отверстиям в первом фотометрическом шаре, и механический обтюратор, у которого плоскость лопастей расположена между плоскостью установки непрозрачного экрана и дальним от осветителя отверстием второго фотометрического шара, размер лопастей, равный размеру прорезей между ними, не менее размера этого отверстия, а поверхности лопастей обтюратора, обращенные к осветителю, имеют белое диффузно отражающее покрытие, .причем фотсприемное устройство оптически связано с полостью второго фотометрического шара через установленную в его стенке диффузно пропускающую пластину, аналогичную пластине, установленной в первом фотометрическом шаре.

Изобретение относится к области фотометрии объектов и может быть использовано при измерении их оптических свойств. Цель изобретения - повышение точности измерений, С этой целью в устройство дополнительно введен второй фотометрический шар, расположенный перед основным (первым) фотометрическим шаром, содержащим объект. Фотоприемник оптически связан с обоими шарами. Второй дополнительный элемент устройства - расположенный между шарами обтюратор. Специальное выполнение (подбор геометрических размеров и покрытий) лопастей обтюратора и элементов шаров (заглушки; экраны) , а также подбор частот вращений обтюратора и модулятора источника света позволяют сократить число операций для получения результата измерения и повысить его точность. 1 ил. (Л

Редактор И.Шулла

Составитель В.Калечиц Техред М.Ходанич

Заказ 3825/39 Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор Е.Рошко