Фотоэлектронное устройство для анализа пористых материалов Советский патент 1988 года по МПК G01N21/47 

со со ю

4

сг

Изобретение относится к анализу пористой структуры материалов и может быть использовлно для оптического неразрушающего контроля и исследования пенопластов.

Целью изобретения является повьпае- ние точности анализа структуры полимерных -материалов типа пенопласта.

На фиг. 1 изображена блок-схема jg предлагаемого устройства на фиг. 2 - оптическая головка с зар1итным кожухом.

Фотоэлектронное устройство (фиг. 1) содержит горизонтальное 1 и вертикальное 2 основания, на которых уста- 15 новлены MexairasM 3 перемещения с предметным столиком 4, оптическую головку 5 с защитным кожухом, узел 6 механической установки оптической голопУстройство для анализа пористых материалов типа пенопластов работает следующим образом.

Узкий пучок лучей, сформированный световодным каналом 15, падает под углом на плоскость среза образца, где оптическая ось канала 15 пересекается с оптической осью световодного канала 16 в точке F. Границы пересечения этих пучков лучей (падающих и отраженных) образуют зону видимости фотоприемника. Размеры зоны видимости фотоприемника (ширина и глубина) определяются размерами пучков лучей, сформированных световоДньгми каналами.

Ксли в плоскости среза образца находится перегородка, попадающая в зону видимости фотоприемника, то

Изобретение относится к области оптического анализа пористой структуры материалов и может использоваться для неразрушающего контроля и ав- матизированного исследования пено- пластов. Цель иэобрет.ения - повьшение точности анализа структуры. С этой целью в устройство введена оптическая головка, плоскость нижнего торца которой совпадает с плоскостью образца пенопласта и перемещается вдоль нее. В оптической головке смонтированы рабочий и компенсационный фотоприемники, а также осветитель. Особое выполнение нижнего торца оптической головки (конусная выточка для поглощения диффузно рассеянного света), подбор излучения (ближний ИК-диапазон) и материала, из которого изготовлена оптическая головка, позволяют, регист рировать излучение, рассеянное перегородками материала, и не регистрировать сигнал в момент сканирования по--, ры материала. Вычислительное устройство обеспечивает обработку и вывод информации - гистограмм распределения пор по размерам, среднего расстояния между порами, среднеквадратичных отклонений и пр. 2 ил. КЛ

ки, формирователь 7 сигналов и вычис- 20 падаюитих лучей проходит через лительное устройство 8. На предметном столике 4 установлен исследуемый образец 9 пенопласта.

нее, так как пенопласт полупрозрачен, а часть лучей отражается от ее поверхности и попадает через канал 1 на рабочий фотоприемник 11, что приводит к изменению фототока в его цепи, свидетельствующему о наличии перегородки. При попадании поры в зону видимости фотоприемника падающий пучок лучей проходит через пору и по падает на перегородку, лежащую ниже плоскости, ограничивающей глубины зо ны видимости фотоприемника. При этом часть лучей проходит через полупрозрачную перегородку, а часть, отразившись от нее, попадает на коническую 17 или клиновую 18 выточку в кор пусе оптической готовки 5 и поглощается. R канал 16 отраженные от этой перегородки лучи не попадают и, следовательно, фототок в цепи фотоприем ника не изменяется, что свидетельствует об отсутствии перегородки на анализируемой плоскости среза образ- па, т.е. о наличии поры. Таким образом, устройство фиксирует перегородк и поры, находящиеся в пределах глуби ны зон1,1 видимости фотоприемника 1 1 . Просматривая фотоприемником гтоследо- вательно всю поверхность среза образ ца при перемещении последнего с постоянной скоростью под оптической головкой, н цепи фотоприемника создают ся электрические сигналы, длительность которых пропорциональна размерам перегородок, а интервалы между электрическими сигналами пропорциональны расстоянию между перегородками, т.е. размерам пор. Полученная ин формация в виде последовательности

Оптическая головка (фиг. 2) содержит защитный кожух 10, рабочий фотоприемник 11, компенсационный фото- приемник 12 и осветитель 13, который помещен в теплоотводящую гильзу 14, имеющую контакт с затцитным кожухом

11,Оптические оси каналов лежат R одной вертикальной плоскости и пересекаются в плоскости нижнего торца защитного кожуха 10 в точке F, Плоскость нижнего торца защитного кожуха 10 совпадает с плоскостью среза исследуемого образца.

Защитньпт кожух 10 экранирует оптическую головку от внешних излучений и одновременно вьшолняет роль тепло- отвода для ИК-осветителя, Яа1цитный кожух 10 вьтолнен из меди или латуни. В нижнем торце оптичес кой головки 5 по центру выполнена коническая выточка 17, а от центра к периферии - кпи- новая выточка 18. Выточки 17 и 1В предназначены для обеспечения помехо защищенности рабочего фотоприемника от возможного попада1П1Я на него переотраженных лучей.

20 падаюитих лучей проходит через

25

30

35

40

45

50

55

нее, так как пенопласт полупрозрачен, а часть лучей отражается от ее поверхности и попадает через канал 16 на рабочий фотоприемник 11, что приводит к изменению фототока в его цепи, свидетельствующему о наличии перегородки. При попадании поры в зону видимости фотоприемника падающий пучок лучей проходит через пору и попадает на перегородку, лежащую ниже плоскости, ограничивающей глубины зоны видимости фотоприемника. При этом часть лучей проходит через полупрозрачную перегородку, а часть, отразившись от нее, попадает на коническую 17 или клиновую 18 выточку в корпусе оптической готовки 5 и поглощается. R канал 16 отраженные от этой перегородки лучи не попадают и, следовательно, фототок в цепи фотоприем- ника не изменяется, что свидетельствует об отсутствии перегородки на анализируемой плоскости среза образ- па, т.е. о наличии поры. Таким образом, устройство фиксирует перегородки и поры, находящиеся в пределах глубины зон1,1 видимости фотоприемника 1 1 . Просматривая фотоприемником гтоследо- вательно всю поверхность среза образца при перемещении последнего с постоянной скоростью под оптической головкой, н цепи фотоприемника создаются электрические сигналы, длительность которых пропорциональна размерам перегородок, а интервалы между электрическими сигналами пропорциональны расстоянию между перегородками, т.е. размерам пор. Полученная информация в виде последовательности

3139

электрических сигналов в цепи фотоприемника поступает через формирователь на вьмислительное устройство 8 (микроэвм). Формирователь 7 преобразует электрические сигналы фотоприемника в последовательность прямоугольных импульсов, .которые обрабатывает и анализирует ЭВМ по соответствующему алгоритму и программе. В ре- зультате получают характеристики структуры пенопластов, например среднее расстояние между перегородками, среднеквадратичное отклонение расстояний между перегородками, асиммет- рию, эксцесс, а также гистограмму распределения пор по размерам.

Опытный образец предлагаемого устройства реализован на базе микроЭВМ Электроника-60, в качестве осветите ля применен светодиод инфракрасного излучения AJI107A,рабочим и компенсационным фотоприемниками служат фотодиоды ФД 27К. Корпус оптической головки, в котором выполнены световоды, изготовлен из графилона, поглощающего инфракрасные лучи.

Применение осветителя и фотоприемника, работающих в ИК-диапазоне, позволяет повысить помехозащищенность устройства от внешних излучений (от искусственного и естественного освещения, а также от источников тепло- |вьгх излучений) . Использование фото- вольтаического режима работы фото- приемника (во внетней цепи отсутствует источник питания) позволяет увеличить чувствительность устройства, что также способствует повышению точности анализа структуры пористых материалов.

Формула изобретения

Фотоэлектронное устройство для анализа пористых материалов, содер-

5

0 0

5

жащее предметный столик с механизмом перемещения образца, осветитель, установленнь й под углом к плоскости предметного столика и оптически связанный с рабочим фотоприемником, установленным перпендикулярно к плоскости предметного столика, а также измерительный блок, соединенный с рабочим фотоприемником, отличаю- щ. е е с я тем, что, с целью повышения точности анализа структуры, устройство дополнительно содержит компенсационный фотоприемник, узел механической установки, оптическую головку в защитном кожухе, теплоотво- дящую гильзу, механически соединенную с защитным кожухом, теплоотводящая гиль за, рабочий и компенсационньш фотоприемники размещены в оптической головке, рабочий фотоприемник и осветитель оптически связаны между собой через световодные каналы, оси которых пересекаются в плоскости нижнего торца защитного кожуха, при этом плоскости нижних торцов защитного кожуха и оптической головки параллельны плоскости предметного столика, в центре нижнего торца оптической головки выполнена коническая выточка, а компенсационньй фотоприемник находится вне зоны оптической связи с другими элементами устройства, измерительный блок выполнен в виде последовательно соединенных формирователя и вычислительного устройства, вход формирователя соединен с выходом рабочего и компенсационного фотоприемников, причем спектр излучения осветителя и спектральная чувствительность фотоприемников находятся в области ИК-диапазона, а оптическая головка вьтолнена из материала, поглощающего ИК-излучение, и связана с узлом механической установки.

ID

Риг.1