Способ измерения коэффициента яркости диффузно отражающих поверхностей,имеющих неоднородно отражающие элементы Советский патент 1988 года по МПК G01N21/47 

Изобретение относится к спектрофо тометрии и может быть использовано в приборах, предназначенных для оценки качества или состава веществ, м:а- териалов и покрытий по коэффициенту яркости.

Цель изобретения повышение производительности измерения коэффициента яркости диффуэно отражающих по- верхностей с неравномерным распределением отражающих свойств и обеспечение непрерьшности измерений в процессе с прямым отсчетом результатов измерения.

На фиг.1 изобралсена схема ocвea e- ния и наблюдения образцаJ- на фиг.2 - и фиг.З - графически изображены функции F (х,у) для стандартных условий освещения и наблюдения (oi 45 Р 0° oi 0° р 45°) параметра E/R 0,4 для точек образца, расположенных на направлении 3t,y О (фиг.2) и на направлении х 1/2,,у (фиг.З).

Способ осуществляют следующим образом.

Исследуемый образец помещают в плоскость измерения ХОУ (фиг.1), причем его измеряемая поверхность ограничивается диафрагмой диаметром D, расположенной в этой плоскости. Поверхность образца освещается параллельным пучком лучей Ф с коорди- натно-зависимым распределением интенсивности излучения по сечению, обеспечивающим на поверхности образца освещенность E(x,y)s в соответствии с вьфажением

Е(х,у)

Е F(x,y),

где Ед - освещенность в точке с координатами X О, у О (начало координат помещается в крайней точке образца, лежа-45 щей в плоскости, проходяш,ей через оси падающего и наблюдаемого пучков),

а функция Г(х5у) имеет вид

I50

Р(Х,У)С.Н /L.. х/. t.g| r fl y(L4x)7

где С,Н и L - величины постоянные

для данных условий освещения н наблюдения,

равные г 14-1С (Н -ь /L/.tgfi- H; + L ,

Q 5

0 5

g

5

0

5

0

Н R cos |5 ,

L R sin/1 - D/2

R - расстояние от центра освещенной области до фотоприемника,

X и у - координаты точки поверхности образца.

Отраженное образцом излу 1ение т я преобразуется фотоприемником S установленным в соответствии с выбранными условиями наблюдения, в сигнал, регистри руемый измерительным устройством. Коэффициент яркости образца определяется измерительным устройством как отношение сигнала получаемого от образца,к сигналу 1, получаемому от этсшона отражения, установленного в тех же условиях освещения и наблюдения, и нормируется по известному коэффициенту яркости эталона ВЭУ, аттестованному для условий Ы- и р .

Таким образом, коэффициент яркости образца определяется однократным измерением, а не по усреднению нескольких замеров, полученных при сканировании его поверхности (например, посредством кругового вращения образца в пределах диафрагмы D), как это необходимо делать при условиях распределения освещенности на образце, отличных от задаваемых выражением Е (х,у).

Координатно-зависимое распределе ние освещенности Е(х,у) на образце обеспечивается, например, установкой в параллельный и равномерный пучок излучения, формируемый осветителями, нейтрального нерассеивающего , ослабителя с координатно-зависимым коэффициентом пропускания (сетчатого ослабителя, плоскопараллельной пластины из двух соединенных на оптическом контакте светофильтров с переменной толщиной смежного слоя и т.п.). Параметры ослабителя рассчитываются по известным в фотометрии формулам для коэффициента пропускания оптических материалов.

При установке, например, в нормально падающий (сЛ 0) на образец световой пучок, коэффициент пропускания такого ослабителя, расположенного параллельно плоскости измерения, имеет вид

(х,у) o-F(x,y),

где - коэффициент пропорциональности, численно равный коэффициенту пропускания светофильтра в точке, расположенной на началом координат (, );

F(x,y)- координатная функция, соответствующая выражению, приведенному выше.

Функциональное распределение освещенности Е(х,у) снижает погрешнос измерения коэффициента яркости неравномерно ,окрашенных образцов при углах освещения и наблюдения О о1. я ft 65 и углах поля зрения фотоприемников, в пределах которых индикатриса яркости элементарных участков поверхности образца постоянна. Перечисленные ограничения удовлетворяют стандартным условиям освещения и наблюдения и реальным яркостным характеристикам значительного числа диф- фузно отражающих объектов.

Графическое изображение функции F(x,y) для стандартных -условий освещения и наблюдения 45° и /3 0° я 0° к параметра , приведено на фиг.2 (для точек образца, расположенных на направлении х,) и на фиг.З (для на правления , у).

Способ опробован на приборе ФОТОС-83 для определения качества табака по спектральному коэффициенту яркости, имеющем геометрию освеще- НИЛ (наблюдения - 0°) 45°. Функциональное распределение освещенности н образце обеспечивалось введением в нормально падающий на образец равномерный и параллельньш пучок лучей ослабителя с координатно-зависимым коэффициентом пропускания, вьшолненным на основе нейтральных светофильтров из оптического стекла. Погрешность Q от ориентации образцов табачных листьев с резко выраженной неоднородностью окраски, при изменении их положения на входном отверстии прибора, при измерении коэффициента яркости с ослабителем (т.е. по предлагаемо- му способу) находилась в пределах случайной погрешности и принималась равной нулю.

Погрешность ориентации для тех же образцов при измерении коэф- фициента яркости без ослабителя определялось по серии из четырех измерений, получаемых при последователь

ном повороте образца на 90° на входном отверстии прибора.

При использовании предлагаемого способа измерения коэффициента яркости за счет уменьшения погрешности от ориентации основная погрешность измерения,определяемая по формуле

2 5

+ Qz+Q - Q4 ,

гдер, - погрешность образцовой меры (Q 1%)1

QJ - погрешность от ориентацииJ О - погрешность метода сличения (Q, 1%); Q - погрешность нестабильности .

во времени (Q 2%),

уменьшена на 2,5%, а время измерения сократилось в 3 раза за счет сокращения количества замеров на один образец.

Формула изо. бретения

Способ измерения коэффициента яркости диффузно отражающих поверхностей, имеющих неоднородно отражающие элементы, заключающийся в том, что освещают поверхность параллельным пучком лучей под углом падения об , измеряют отраженное излучение .под углом р от нормали к поверхности и сравнивают величину измеренного излучения с отражением от эталонного образца, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения производительности измерений и обеспечения непрерывности измерений в процессе с прямым отсчетом результатов измерения, освещение проводят пучком лучей с распределением освещенности Ё(х,у) по измеряемой поверхности, заданным зависимостью

(Е (х,у)Е„.С.н(Ь4 х)|-

()

где Е - освещенность поверхности в точке с координатами

X О, у о;

С,Н

и L - постоянные для данных условий величины,равные

С (H4|L/tg/i) H +

Н R cos /i ;

L R sin fb - D/2; D - диаметр окружности, образуемой границей освещенной поверхности;

R - расстояние от центра указанной окружности до фотоприемника ;

X и у - координаты точки поверхности образца.

-Щ

о

фие.З

/2