Устройство для измерения абсолютных коэффициентов зеркального отражения Советский патент 1989 года по МПК G01N21/55 

1

(21)4312746/25-25

(22)05Л0.87

(46) 15.12.89. Бюл. № 46 (72) О.А.Куимов, В.И.Лагутин, Л.Е.Левандовская и А.В.Малый

(53)535.242(088.8)

(56)Бухштаб М.А. Методы измерений малых оптических потерь. - Аналитический обзор за 1973-1983, №3768/ ЦНИИинформации и технико-экономических исследований. - М., 1985,

ч. 1.

Авторское свидетельство СССР № 1210090, кло G 01 N 21/55, 1983.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АБСОЛЮТНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ЗЕРКАЛЬНОГО ОТРАЖЕНИЯ

(57)Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению и может быть использовано при создании приставок к спектрофотометрам. Цель изобретения - повышение

точности измерений абсолютных коэффициентов зеркального отражения. , Для этого в устройство, содержащее источник излучения, расположенную по ходу излучения оптическую систему для формирования опорно-измерительного канала с держателем образца, снабженным механизмом поворота, и приемник излучения, в опорно-измерительный канал по ходу излучения за держателем образца введена система зеркал, состоящая из двух тороидальных зеркал, расположенных по П-об- разной схеме, и одного плоского зеркала, снабженная механизмом поворота системы зеркал, причем механизмы поворота держателя образца и системы зеркал имеют жесткую кинематическую связь с передаточным отношением 1:2 и обшую пространственную ось вращения, совпадающую с оптической осью потока излучения, за плоским зеркалом системы зеркал. 3 ил.

с

(Л

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению и может быть использовано при создании приставок к спектрофотометрам. Цель изобретения - повышение точности измерений абсолютных коэффициентов зеркального отражения. Для этого в устройство, содержащее источник излучения, расположенную по ходу излучения оптическую систему для формирования опорно-измерительного канала с держателем образца, снабженным механизмом поворота, и приемник излучения, в опорно-измерительный канал по ходу излучения за держателем образца введена система зеркал, состоящая из двух тороидальных зеркал, расположенных по П-образной схеме, и одного плоского зеркала, снабженная механизмом поворота системы зеркал, причем механизмы поворота держателя образца и системы зеркал имеют жесткую кинематическую связь с передаточным отношением 1:2 и общую пространственную ось вращения, совпадающую с оптической осью потока излучения, за плоским зеркалом системы зеркал. 3 ил.

Изобретение относится к оптическому спектральному приборостроению и может быть использовано при создании спёктрорефлектометров или устройств для спектрофотометров, предназначенных для измерения абсолютных значений спектральных коэффициентов зеркального отражения, а также при создании фотометрических приборов для измерения абсолютных коэффициентов зеркального отражения исследуемых материалов.

Цель изобретения - повьщ1ение точности измерений абсолютных коэффициентов зеркального отражения при значениях -150% о

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3- то же, С дополнительными зеркалами.

Устройство содержит источник 1 . излучения, держатель 2 образца с механизмом 3 поворота, систему зеркал, состоящую из двух тороидальных зеркал 4 и 5 и плоского зеркала 6, снабженную механизмом 7 поворота, приемник 8 излучения и редуктор 9 кинематической связи между механизмом 3

СП ГС

;о

о

00

кэ

поворота держателя образца и механизмом 7 поворота системы зеркал. Оси вращения механизмов 3 и 7 пространственно совмещены и совпадают с оптической осью потока излучения, отраженного от плоского зеркала 6. На фиг, 3 устройство снабжено дополнительными зеркалами 10 - 12„

Устройство работает следующим образом.

На первом этапе осуществляется процесс калибровки устройства. Для этого механизм 7 поворота системы зеркал устанавливают в первое положение о В держателе 2 образец отсутствует. Тогда поток излучения от источника 1 , минуя держатель . образца, поступает на тороидальное зеркало 4 и затем на тороидальное зеркало 5, которые собраны по П-об- разной схеме с общим увеличением 1 и входят в систему зеркал опорно- измерительного канала (при указанно увеличении обеспечивается компенсация комы и неизменность геометрических характеристик потоков, поступающих на систему зеркал и выходящего после системы зеркал), Затем поток поступает на плоское зеркало 6, отклоняющее его на фотокатод приемника 8 излучения. Полученный отсчет А| принимается равным 100% - значению коэффициента зеркального отражения с

На втором этапе осуществляется процесс измерения абсолютного коэффициента зеркального отражения исследуемого образца. Для этого механизм 7 поворота системы зеркал устанавливают во второе положение, которое зависит от заданного угла падения потока излучения на исследуемый образец. При этом редуктором 9 кинематической связи и механизмом 3 поворота держатель 2 образца устанавливается на заданный угол, В держатель 2 образца устанавливают исследуемый образец. Тогда поток излучения от источника 1 поступает по заданным углом на рабочую поверх- ность образца и, отражаясь от нее, поступает в систему зеркал на пару тороидальных зеркал 4 и 5 и плоское зеркало 6, отклоняющее поток излучения на фотокатод приемника 8, Полученный при этом отсчет А пропорционален значению абсолютного коэффициента зеркального отражения о,

который вычисляется по формуле р

Аг/А,,

Если отсчетное устройство позво- ляет менять масштаб отсчета А и обеспечивает нормировку А 100%, то тогда р AIJ,

I

В качестве примера конкретного

Q выполнения можно привести устройство, выполненное в виде приставки для серийного спектрофотометра. Структурная схема такой приставки показана на фиг, 2, Она отличается

5 от схемы устройства на фиг, 1 системой плоских зеркал, которые изменяют направление потока излучения в спектрофотометре, направляя его плоским зеркалом 10 на исследуемую поQ верхность образца, а плоскими зеркалами 11 и 12 - на фотокатод приемника излучения, и заменой источника 1 излучения на монохроматор спектрофотометра с оптической системой, фор5 мирующей поток измерительного канала прибора с промежуточным изображением выходной щели монохроматора. Плоским зеркалом 10 промежуточное изображение выходной щели монохрома- тора совмещено с плоскостью исследуемой поверхности образца, устанавливаемого в держатель 2, Держатель 2 образца представляет собой столик с отверстием, на который помещается исследуемый образец, фиксируемый специальным прижимом. Механизм 3 поворота держателя 2 образца представляет собой ось, установленную в подшипниках скольжения, один конец которой жестко связан с держателем 2 образца, а второй - с выходной осью редуктора 9 кинематической связи. Тороидальные зеркала А и 5 имеют общее увеличение 1, при этом для зеркала 4 радиус меридианального сечения 799,8 мм; радиус саггиталь- ного сечения 399,9 мм. Для зеркала 5 радиус меридианального сечения 263,6 мм; радиус саггитального сечения 134,0 мм. Тороидальные зеркала 4 и 5 закреплены на кронштейне механизма 7 поворота системы зеркал, в опорной части которого имеется отверстие для прохода потока излучения от зеркала 4 к зеркалу 5, Плос5 кое зеркало 6 закреплено на оси вращения механизма 7 поворота системы зеркал, которая связана с входной осью кинематической связью. Редуктор

0

5

0

5

0

5

9 кинематической связки является безлюфтовым с лередаточным отношением 1:2. Плоские зеркала 11 и 12 направляют поток излучения на фотокатод приемника 8 излучения, в качестве которого используется фотоэлектронный умножитель ФЭУ-100,

Радиусы тороидальных зеркал 4 и 5 рассчитывают так, что промежуточное изображение щели монохроматора после системы зеркал 4-6 находится на таком же расстоянии от фотокатода приемника излучения, как и в спектрофотометре без рассматриваемо приставки. При этом расстояние между тороидальными зеркалами выбирают таким образом, чтобы обеспечить установку исследуемых образцов наибольшего заданного размера. Расчет проводят по следующей системе уравнений:

Si

s;

OiJ .

So S, + d.

2cos 45

аг.

где R. и В,ь - меридианальный и саг (гл

гитальный соответственно радиусы зеркала 4;

меридианальный и саг гитальньш радиусы зекала 5 соответственно, мм.

Точность при измерении абсолютных коэффициентов зеркального отражения, значения которых меньше 50%, повьщ1ается вследствие 8-кратного уменьшения энергетических потерь потока излучения в оптической системе устройства, что позволяет использовать устройство в более широком спектральном диапазоне при малых энергетических потоках.

Устройство может быть выполнено в виде самостоятельного спектрального и фотометрического прибора, но может быть вьтолнено и в виде приставки к серийно выпускаемому спектрофотометру или фотометру однолуче29082

где S, и

S и Sj

10

15

20

расстояния от поверхности торроидального зеркала А до иссле- , дуемой поверхности образца и до его изо- ображения зеркалом 4, соответственно, мм; расстояния от поверхности тороидального зеркала 5 до изобра-. жения исследуемой поверхности образца зеркалом 4 и до его изображения зеркалом 5 соответственно, мм; расстояние между центрами поверхностей тороидальных зеркал 4 и 5, мм.

d

Задаваясь конструктивно значениями d, 5 и 8„, определением значения S.| и Sj, с помощью которых рассчитываются меридианальный саг- гитальный R g радиусы тороидальных зеркал 4 и 5 из следующих формул:

Ч;

Т)

+ т, Ьг

вого или двухлучевого типа. При этом оптическая схема устройства позволяет обеспечить неизменность геометрических характеристик потока, поо ступающего на приемник излучения при установке устройства в прибор.

Формула изобретения

5 Устройство для измерения абсолютных коэффициентов зеркального отражения, содержащее источник излучения, расположенные по ходу излучения держатель образца, снабженный механизмом вращения, и оптические системы для формирования опорного и измерительного каналов,. приемник излучения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений абсолютных коэффициентов зеркального отражения при значениях 50%, оптические системы для формирования опорного и измерительного каналов выполнены идентичными, кон0

5

структивно совмещены, снабжены механизмом поворота и содержат систему зеркал, расположенных по П-образной схеме, и одно плоское зеркало, расположенное по ходу и злучения перед

приемником, причем механизм поворота системы зеркал и механизмы вращения держателя образца имеют жесткую кинематическую связь и общую с держателем образца ось вращения.

fPu2.l