Способ измерения коэффициентов излучения,пропускания и отражения полупрозрачных материалов в ИК-области спектра Советский патент 1988 года по МПК G01J5/50 

4:

О СХ)

ю

4;

О5

10

Изобретение относится к фотометрии сред и может быть использовано при оценке

оптических и радиационных свойств материалов.

Целью изобретения является повышение

точности измерений.

На чертеже показана принципиальная схе.ма устройства для осуществления способа.

В камере 1 с изотермическими стенками (равномерная температура стенок камеры достигается, например, омывапие.м их теплоносителем, подводимым к ним но трубкам через термостат) на поворотном устройстве 2 закреплены два черных тела 3 и 4, температуры которых различны и поддерживаются стабильными, например, также с помощью отдельных термостатов с жидкими теплоносителями. Черные тела .могут быть выполнены, например, в виде зачерненных поверхностей с треугольными канавка.ми. Черные тела обращены встречно излучающими апертурами и установлены друг от друга на некотором расстоянии, необходимо.м для введения между ними из.меряемого образца 5 и выведения его из объема между черными телами. Оба черных тела имеют по сквоз- но.му отверстию на их излучающей поверхности. Оптическая система, состоящая из объектива 6, двух неподвижных зеркал 7 и 8 и плоского поворотного зеркала 9, направляет измеряемое излучение от исследуемого образца, черных тел,или стенки камеры на 30 яркость фотоприемпое устройство 10 (ФПУ), кото- ipoe преобразует воспринимаемое излучение в Глчектрический сигнал.

Уста чие тем тел 3 и ры L, д положен образец ложение руют ве ройству

Выво ными те разца н черные ние, пр между ч

15 зец 5 у ми. При из пове 4 - дру ную к кало 9

20 зано на котором 4 и обр разца н зец 5 и

25 измеряю няют ме тело 3 у 4 и зер черного ,у лучении ным тел топрием черным

j Для упрощения электронного тракта уси- |ления сигналов фотоприемного устройства |перед объективом 6 установлен модулятор- ;нрерыватель 11 излучения. Величины сигналов, сни.маемых с ФПУ и линейно связанных с из.меряе.мыми яркостями, считывают с от- счетного устройства 12.

В зависимости от положения поворотного зеркала 9 оптическая ось ФПУ направлена либо через сквозное отверстие в черном теле 4 па поверхность исследуе.мого образца 5 (на поверхность излучающей полости черного тела 3 при выведенно.м образце 5), либо на стенку камеры 1 (на поверхность об- разпа 5 при его положении вне черных тел). Для исключения воз.можности появления в тюле зрения ФПУ 10 зеркального изображения сквозного отверстия черного тела, создаваемого поверхностью образца 5, оптическая ось ФПУ наклонена к поверхности образца на угол около Г5-20° с нормалью к ней, в пределах которого измеряемые характеристики образца мало зависят от направления визирования.

Способ осуществляют следующи.м обра :зо.м.

0

0 яркость

Устанав;1ивают и стабилизируют рабочие температуры стенок камеры 1 и черных тел 3 и 4. Измеряют яркость стенки камеры L, для этого зеркало 9 устанавливают в положение, показанное на фиг. 1 штрихами, образец 5 вводят между черными телами (положение черных тел 3 и 4 любое) и фиксируют величину сигнала по отсчетному устройству 12.

Выводят образец 5 из объема между черными телами и измеряют яркость L. образца на фоне стенки камеры. После этого черные тела -3 и 4 устанавливают в положение, при котором черное тело 4 находится между черным телом 3 и зеркалом 7. Обра5 зец 5 устанавливают между черны.ми телами. При этом черным телом 3 облучают одну из поверхностей образца 5, а черным телом 4 - другую поверхность образца, обращенную к фотоприемному устройству 10. Зеркало 9 устанавливают в положение (пока0 зано на фиг. 1 сплошными липиями), при котором ФПУ 10 визирует черные тела 3 и 4 и образец 5. Измеряют яркость LO,T, образца на фоне черного тела. Выводят образец 5 из объе.ма между черными телами и

5 измеряют яркость , черного тела 3. Меняют местами черные тела так. что черное тело 3 устанавливается .между черны.м телом 4 и зерка.ло.м 7, и из.меряют яркость 1-.- черного тела 4. Образец 5 вводят ,у черны.ми телами и измеряют его LO, при одновременном облучении его одной поверхности черным телом 4 и другой, обращенной к фотоприемному устройству поверхности, черным телом 3.

Па основании измеренных величин коэф5 фициенты излучения е, пропускания t и отражения f рассчитывают по фор.мулам 1-А, (А + В)/2, р ()/2,

0

Проведенный анализ показывает, что измерения Ло способу «.массивных образцов (толщиной 1 мм и более), осуществляемые в первые несколько секунд после их ввода в пространство .между черны.ми телами, не вносят погрешностей, связанных с их разогревом.

Предлагаемый способ измерения коэффициентов излучения, пропускания и отражения полупрозрачных материалов не требует создания специальных держателей образца, обеспечивающих равномерный его разогрев

(или охлаждение) и поддержание его температуры на заданном уровне, не требует установки датчиков температуры образца, так как температура образца определяется по результатам проводимых измерений яркостей; сокращает время измерений, так как исключает операцию нагрева (или охлаждения) образца до заданной температуры и ее стабилизацию.

Формула изобретения

Способ измерения коэффициентов излучения, пропускания и отражения полупрозрачных материалов в ИК-области спектра, заключающийся в размещении плоского образца исследуемого материала в изотермической камере с непрозрачными стенками, измерении с помощью фотоприемного устройства энергетических яркостей стенок камеры и образца, устанавливаемого на фоне стенки камеры, введении между стенкой камеры и образцом модели черного тела с температурой, отличаюц ейся от температуры стенок камеры, и измерении энергетической яркости образца на фоне модели черного тела, выводе образца из поля зрения фотоприемного устройства и измерении энергетической яркости модели черного тела, определении значений коэффициентов излучения, пропускания и отражения расчетным путем по

10

кой яркости образца на фоне первой модели черного тела одновременно облучают поверхность образца, обращенную к фотоприемному устройству, второй моделью черного тела с температурой, отличающейся от температуры первой модели, меняют местами модели черных тел и вновь измеряют энергетическую яркость образца, измеряют энергетическую яркость второй модели черного тела, а коэффициенты излучения , пропускания с и отражения р образца расчитывают по формулам

, f(A-fB)/2, р (А-В)/2.

15

L«

L

.

-2L

Of

L«

Ьт, -f Ыт -2Ц

,

ЧПг

L

чт,

-U

20

25

где Ц,-энергетическая яркость образца при одновременном облучении одной его поверхности первой моделью черного тела и другой, обращенной к фотоприемному устройству поверхности, - второй моделью черного тел а;

1-о,«1-энергетическая яркость образца,.измеренная после смены положения моделей черных те. к LO -энергетическая яркость образца при облучении его только стенками камеры;

результатам измерений, отличающийся тем, ., Ц, Ь т Р тические яркости соответстчто, с целью повыщения точности измерений, дополнительно при из.мерении энергетичесвенно первой, второй моделей черных тел и стенок камеры.

0

кой яркости образца на фоне первой модели черного тела одновременно облучают поверхность образца, обращенную к фотоприемному устройству, второй моделью черного тела с температурой, отличающейся от температуры первой модели, меняют местами модели черных тел и вновь измеряют энергетическую яркость образца, измеряют энергетическую яркость второй модели черного тела, а коэффициенты излучения , пропускания с и отражения р образца расчитывают по формулам

, f(A-fB)/2, р (А-В)/2.

5

L«

L

.

-2L

Of

L«

Ьт, -f Ыт -2Ц

,

ЧПг

L

чт,

-U

где Ц,-энергетическая яркость образца при одновременном облучении одной его поверхности первой моделью черного тела и другой, обращенной к фотоприемному устройству поверхности, - второй моделью черного тел а;

1-о,«1-энергетическая яркость образца,.измеренная после смены положения моделей черных те. к LO -энергетическая яркость образца при облучении его только стенками камеры;

Ц, Ь т Р тические яркости соответственно первой, второй моделей черных тел и стенок камеры.

Изобретение относится к фотометрии сред н может быть использовано при оценке оптических и радиационных свойств материала. Целью изобретения является повышение точности измерения. Сущность изобретения заключается в том, что одновременно при измерении энергетической яркости (ЭЯ) образца на фоне одного черного тела дополнительно облучают поверхность образца, обращенную к фотоприемному устройству, другим черным телом с температурой, отличающейся от температуры первого черного тела, .меняют местами взаимное положение черных тел, изменяют ЭЯ образца на фоне второго черного тела, а также ЭЯ второго черного тела. Изобретение позволяет повысить точность измерений. 1 ил.