Устройство для измерения коэффициента отражения Советский патент 1988 года по МПК G01N21/55 

7 75

7 2ff

00

1чР

ел

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения коэффициента отражения. Излучение от источника 1 проходит призму 6, испыта- вая полное отражение, многократно отражается от исследуемого образца 5 и граней 17 и 19 и попадает на приемник 2 излучения. Полученный сигнал 1у сравнивается с сигналом 1 на приемнике 2, когда в поток введены призмы сравнения. Коэффициент от- ражения определяется по формуле Е,(1-К)+ ()-- - 1„(1 - R)/(2I,,R), где R - коэффициент отражения выходных граней первых от источника излучения призм и входных граней вторых призм в системе сравнения и в измерительной системе, превышающей отражательную способность материала, из которого изготовлены призмы. 3 ил. (Л

Фиг. 2

I4J

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в исследованиях и точках измерения коэффициента отражения поверхностей,

Цель изобретения - повышение точности измерения коэффициента отражения.

На фиг. 1 представлена схема устройства при работе с введенной в пу- чок излучения призменной системой сравнения; на фиг. 2 - схема устройства при работе с введенной в пучок излучения измерительной призменной системой;.на фиг. 3 - зависимость относительной погрешности измерения коэффициента отражения исследуемой поверхности от коэффициента отражения выходных граней первых от источника излучения призм и входных гра- ней вторых призм.

Устройство содержит источник 1 излучения, приемник 2 излучения, призмы 3 и 4, составляющие призмён- ную систему трёхкратного полного внутреннего отражения с воздушным промежутком, исследуемый образец 5 и призмы 6 и 7, исмметрично расположенные в пучке излучения относительно исследуемого образца, образую щие измерительную призменную систему Система сравнения выполнена в виде оптической системы, состоящей из четырехгранной пр(измы 3 с двумя гранями 8 и 9 полного внутреннего от- ражения и двз мя другими гранями, входной 10 и выходной П, перпендикулярными к оптической оси пучка, и четырехгранной призмы 4 с одной гранью 12 полного внутреннего отражения и двумя гранями, входной 13 и выходной 14, также перпендикулярными к оптической оси пучка. Выходная грань 11 призмы 3 и входная грань 13 призмы А вьшолнены с коэффициентом от- ражения, превьшхающим отражательную способность материала, из которого изготовлены призмы 3 и 4,

В измерительной призменной системе симметрично расположены в пуч- ке излучения относительно образца 5 одинаковые призмы 6 и 7. Призма 6 вьшолнека в виде четырехгранной призмы с тремя рабочими гранями. Грань 15 полного внутреннего отражения, входная 16 и выходная 17 грани перпендикулярны к оптической оси пучка. В призме 7 грань 18 полного внутреннего отражения, входная 19 и вы

ходная 20 грани перпендикулярны к оптической оси аучка. Выходная грань 17 призмы 6 и входная грань 19 призмы 7 вьтолнены с коэцфициентом отражения, превьппающим отражательную способность материала, из которого изготовлены призмы.

Измеряемая плоскость исследуемого образца параллельна грани 9 полного внутреннего отражения призмы 3 в системе сравнения. Призмы 3,4,6,7 выполнены из одного и того же материала, в оптические длины пути в воздушных промежутках равны между собой .

Устройство работает следующим образой.

В рабочий пучок вводится.призмен- ная система 3 и 4 сравнения, Излучение от иctoчникa 1 проходит призмы 3 и 4, претерпевая три раза полное внутреннее отражение внутри призмы и многократное отражение между гранями 11 и 13, после чего попадает на приемник 2 излучения. Сигнал 1,, снятый с приемника 2 можно представить в виде бесконечной геометрической прогрессии, сумма которой

т т lililiJi lo I 1 -

где I

интенсивность источника 1 излучения;

Т

2

- коэффициенты.пропускания граней 10,11,13 и 14 соответственно;R - коэффициент отражения граней 11 и 13.

Затем призмы 3 и 4 вьтодятся из пучка, а на их место устанавливается измерительная призмеииая система с исследуемым образцом 5 между призмами 6 и 7. Излучение от источника 1 проходит через призму 6, испытывая одно полное отражение, многократно отражается от исследуемого образца 5 и граней 17 и 19 и проходит на приемник 2 излучения через призму 7 ,- претерпевая полное отражение. Сигнал, снятый с приемника 2, можно представить в виде бесконечной геометрической прогрессии, сумма которой

I IikTrT.Rx

1 - R;R

3U48250

If, Tg,

TT Tg - коэффициенты пропускания граней 16,17,19, 20 соответственно; Rj - коэффициент отражения исследуемого образца; RI - коэффициент отражения граней 17 и 19.

Ввиду того, что грани параллельны между собой и призмы выполнены из одного и того же материала, справедливы следующие равенства

Т, Т R.

TsT 2 6 1 7 4 e

Тогда, определяя отношение сигналов 11 к Ig, получают:

IL - bii - в) I 1 -

Решая полученное квадратное уравнение относительно R получают форму- 25 лу для определения коэффициента отражения исследуемого образца 5

„ 1ор - R 41 R loll-R l

хН 4itR

(1)

Относительная погрешность полученного результата (1) определяется по формуле

&RX

Rr

fr( - ) - 4R l-Ml-)UR. (3)

AI Величина -- будет определяться в

основном пульсациями мощности источника 1 . При использова.нии, например, в качестве источника 1 излучения лазера ЛГ-52-1, для которого величина пульсаций мощности не превьшает 5% и мощность излучения не менее 8 мВт по- лучают

|2 5.lo

. При нормальном падении излучения на отражающую поверхность коэффициент отражения R в соответствии с формулой Френеля определяется по формуле

R - f2---i/ п + 1

где п - показатель преломления материала, из которого изготовлена отражающая поверхность

bR

RX

dRx

1 „ C9V

2)

где Т частная производная вы- ражения (1) по 1, I , R при изменении i от 1 до 3 соответственно.

ду-. - максимальная ошибка измерения Ig, I, R соответственно. Для (1) получают, что

dRx 1

dlj

15

E§i i-. R Ii--|i5 l

20

Тогда

dRx Д1о . Rxil - RxR )

die ° lo +

dRi Л1 - dl, lo1 + RjR

dR .j, dtT

1 - Rx 2RRxДР

T- n7ST UR

1 + RjRa общая погрешность измерения в соответствии с (2)

(в данном случае грань призмы) .

Например, если призмы 3-7 изготовлены из стекла с показателем пре- ломления п 1,5, то

{iti-rif ° ° Погрешность определения R в этом случае равна

&R

п - I

)

50

55

где Лп - погрешность определения показателя преломления: При п 1,5 &.R 0,15 Дп.

Тогда, зная Дп с точностью до третьего знака, получают, чтoДR можно определить с точностью до четвертого

л- 1П-

знака, т.е. U.R

10

Точность определения &R при измерении коэффициента отражения R граней 11,13,17,19 после их выполнения с коэффициентом отражения, превышающим отражательную способность материала, из которого изготовлены призмы, имеет такой же порядок,

В указанных условиях относительuRx

ная погрешность г- измерения коэффи

циента отражения исследуемого образца 5 (фиг.3) уменьшается с увеличением R и при R 0,9 составляет , 0,75%; при R Oj99 составляет 0,07%, is отличающееся тем„ что, тогда как для известного устройства с целью повышения точности измерения, при R 0,04 она составляет 7,04%, Вьтолнение выходных граней первых от источника излучения призм и входных граней вторых от источника v 20 измерительной системе выполнены с призм в системе сравнения и в измери- коэффициентом отражения, превьшающим тельной системе с коэффициентом отражения, превьшающим отражательную споУстройство для измерения коэффициента отражения по авт. ев,.№1191786

выходные грани первых от источника излучения призм и входные грани вторых призм в системе сравнения и в

отражательную способность материала, из которого изготовлены призмы.

ф «г (7,5 ( Цё 0.1 ({S 0.9 1,0 к

«fef.J

собность материала, из которого изготовлены призмы, можно произвести известными методами, например, путем многослойного покрытия этих граней диэлектрическими слоями с различными показателями преломления. Этот метод, позволяет достигнуть коэффициента отражения 0,98-0,99.

Формула изобретения

отличающееся тем„ что, с целью повышения точности измерения, измерительной системе выполнены с коэффициентом отражения, превьшающим

Устройство для измерения коэффициента отражения по авт. ев,.№1191786,

отличающееся тем„ что, с целью повышения точности измерения, измерительной системе выполнены с коэффициентом отражения, превьшающим

выходные грани первых от источника излучения призм и входные грани вторых призм в системе сравнения и в

отличающееся тем„ что, с целью повышения точности измерения, измерительной системе выполнены с коэффициентом отражения, превьшающим

отражательную способность материала, из которого изготовлены призмы.