Устройство для измерения коэффициентов отражения металлов и сплавов в жидком состоянии Советский патент 1988 года по МПК G01N21/55 

05

Изобретение относится к области оптич ских измерений и предназначено для измерения коэффициента отражения металлических расплавов в сверхвысоком вакууме в широкой области частот, температур и концентраций.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На чертеже представлена скема уст- ройства .тля измерения коэффициента отражения металлов и сплав ов в жидком состоянии.

Устройство содержит источник 1 из- лучения, монохроматор 2, формирующую диафрагму 3, светоделитель 4, представляющий собой кварцевую призму, р.еля1в,ую падающий на нее луч на два луча и отклоняющую каждый в вертикальной плоскости на угол 45 от горизон- тали, модулятор 5, диск которого установлен под углом 45 к оптическим осям каналов и выполнен с прорезями , по двум окружностям радиусов R и R, плоское зеркало 6, термостат 7 с закрепленной внутри него рабочей кюветой 8 с образцом, световод 9 из кварцевого цилиндрического стержня, жестко сочлененного выходным торцом с входным окном фотоприемника, другой конец которого имеет два входных окна, образующих прямой угол и расположенных перпендикулярно к падающим лучам опорного и информационного каналов, фотоприемник 10 и приемно-ре- гистрирующую систему., содержащую приемно-усилительный блок 11., блок ; 12 автоматического удержания баланса-, блок 13 полосовых усилителей,линейный детектор 14, регулируемый стабилизатор 15, источник 16 опорного напряжения, блок 17 высокого напряжения, интегратор 18, регистратор 19, датчик 20 меток длин волн и блок 21 сканирования спектра.

Элементы 5 и 6 образуют опорный канал, а элементы 5-8 - информационный (измерительный когда в рабочей кювете S исследуемая поверхность и эталонный - при эталонной поверхности) канал.

При проведении измерений свет от источника 1 излучения с оптической системой попадает на входную щель мо- нохроматора 2. Из выходной щели монохроматический луч света, пройдя формирующую диафрагму 3,. светоделителем 4 расщепляется в вертикальной плоскости на два луча. Угол отклоне

ни я от горизонтали каждого луча составляет ( и определяется конструкцией призмы. В нашем случае он равен 45 . Пройдя модулятор 5, промодулиро- ванные разными частотами лучи опорного и информационного каналов, отразившись соответственно от плоского зеркала 6 и исследуемой или эталонной поверхности, смешавшись в кварцевом световоде 9, попадают на фотокатод фотоприемника - электронного умножителя (ФЭУ). Попадание на одну и ту же площадь катода ФЭУ лучей опорного и информационного каналов ет важное значение, так как изменение сигнала в опорном канале вызывает пропорциональное изменение сигнала в информационном канале и, наоборот, что устраняет влияния нестабильности

t

источника излучения и неравномерной чувствительности катода умножителя по площади,

С выхода ФЭУ суммарньй сигнал,- пройдя приемно-усилительный блок 11, попадает на регулировку баланса, смысл которой сводится к псевдоурав- ниванию сигналов информационного и опорного каналов на длине волны, где сигналы сильно отличаются друг от друга После этого включается блок 12 автоматического удержания баланса, включающий цифровую схему, выполнен- ную на базе аналого-цифрового преобразователя, управляемого -с помощью реверсионного счетчика, алгоритм работы которого определяется величиной сигнала-на выходе схемы линейного детектора частоты опорного канала.

После автоматического удержания баланса смесь сигналов разделяется в блоке 13 полосовых усилителей и, пройдя линейный детектор 14,. поступает на интегратор 18.

После линейного Д1етектора опорный сигнал вместе с сигналом от источника 16 опорного напряжения формирует разностный сигнал, уровень которого задается источником опорного напряжения. Разностный сигнал поступает на вход регулируемого стабилизатора 15, :к выходу которого подключен блок 17 высокого напряжения, являющийся источником питания ФЭУ. Если разностный сигнал увеличивается или уменьшается, что означает уменьшение или увеличение сигнала опорного канала, то блок высокого напряжения в течение короткого промежутка времени (100313

200 мс) автоматически увеличивает или уменьшает анодное напряжение ФЭУ и тем самым позволяет разностный,.а следовательно, и опор ный сигналы поддерживать неизменными с высокой точностью во всей области исследуемого спектра.

Поступив на вход интегратора 18, опорный и информационньй сигналы ин- тегрируются и попадают в регистратор ,19. Информационньй сигнал поступает на прецизионный резисторный делитель с постоянным коэффициентом деления, а сигнал опорного канала - на делитель, в цепи которого находится расход потенциометра КСП-4, что обеспечивает при сканировании спектра автоматическую запись отношения информационного сигнала .к опорному.

Сканирование спектра осутцествляет- :ся блоком 21, 11озвол5пощим производить поворот призмы монохроматора с помощью многоскоростного редуктора и син- хронного двигателя. Датчик 20 меток длин волн механически связанный с устройством поворота призмы, обеспечивает запись маркерных меток длин волн на диаграмнойленте самописца,которые |при желаниимогут наноситьсяврз иую. Записав от ношения сигналов, отра- Генных сначала от исследуемой поверхности, а затем от поверхности - эталона, в качестве которого исполь- зуетея жидкая ртуть, к сигналу опорного канала и взяв их отношение, что дополнительно устраняет все нестабильности, -получают с высокой точностью дисперсионную кривую коэффи- отражения исследуемой поверх .кости относительно жидкой ртути.

Предлагаемое устройство обеспечивает следующие преимущества: устраняет основное требование,. предъявляемое к светоделительному устройству и оптической схеме фотометрической части спектральной установки, о высокой идентичности спектральных характеристик -оптических частей, которая определяет основные погрешности фотометрической части, не содержит подвижных оптических элементов, что сводит к минимуму его разъюстировку и упрощает конструкцию, учитывая, что оптическая ось измерительного и эталонного каналов одна и Т Я же; использование в качестве эталона жидкой ртут1Г в рабочей кювете 8- делает кана ,ль1 абсолютно идентичными.

ормула изобретения

.Ф .

0

5

0

5

0

5

50

5

Устройство для измерения коэффициентов отражения металлов и сплавов в жидком состоянии, содержащее источник излучения, оптически связанный с фотоприемником через светоделитель и плоское зеркало, а также через светоделитель и кювету - с образцом, соединенные с фотоприемником npiieMHo- регистрирующую систему и блок высокого напряжения, монохроматор и формирующую диафрагму, отличающееся тем, что, с целью повьш1е- ния точности измерений, оно дополнительно содержит модулятор, диск которого выполнен с прорезями по двум окружностям неравньЬс радиусов R, и R2, и световод, выполненный в виде цилиндрического стержня с первым и вторым торцовыми входными окнами, линия пересечения плоскостей которых перпендикулярна продольной оси стержня, а выходной торец находится в оптическом контакте с входным окном фотоприемника, при этом монохроматор и формирующая диафрагма установлены последовательно между источником излучения и светоделителем, плоское зеркало- оптически связано с фотоприемником через первое входное . окно световода, а со светоделителем - через отверстие в диске модулятора, расположенная на окружности с радиусом R,, кювета с образцом оптиггески связана с фотоприемником через второе входное окно световода, а со светоделителем - через отверстие в диске модулятора на окружности с радиусом RJ, причем приемно-регистрируго- щая система выполнена в виде последовательно соединенных между собой приемно-усилительного блока, блока полосовых усилителей, линейного детектора, интегратора и регистратора, а также блока автоматического удержания баланса, соединенного с приемно- усилительным блоком, источника опорного напряжения, соединенного с блоком высокого напряжения через регулируемый стабилизатор, при этом линейный детектор соединен с регулируемым стабилизатором, регистратор соединен с монохроматором через последовательно соединенные датчик меток длин волн и блок сканирования спектра, а приемно-усилительный блок соединен с фотоприемником

«

Изобретение относится к оптическим измерениям,- именно к изме ре- ниям спектральных зависимостей коэффициента отражения металлических расплавов в сверхвысоком вакууме, в широкой области температур, частот и концентраций. С целью повышения точности измерений в устройстве применяется модуляция лучей опорного и измерительного .каналов разными частотами с последующим разделением их настроенными логарифмическими усилителями и осуществлением операции вычитания. Применен кварцевый световод с двумя входными-оптическими окнами, жестко сочлененный выходным торцом с входным окном фотоприемника, коэффициент усиления которого регулируется автоматически с помощью специального выполнения приемно-регистрирующеи системы 1 ил. (Л со 00 со