Устройство для измерения коэффициента отражения зеркала Советский патент 1990 года по МПК G01N21/55 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения коэффициента отражения зеркальных поверхностей оптических элементов.

Цель изобретения - повышение точности измерения коэффициента отражения зеркала.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство для измерения коэффициента отражения зеркала содержит оптически связанные между собой источник 1 излучения, свотоделительную пластину 2, оправу 3 для установки зеркала, два фотоприемника 4 и 5,

блок 6 уравновешивания сигналов фотоприемников 4 и 5, формирователь 7 импульсов, усилитель-ограничитель 8 с гальванически развязанным выходом, коммутатор 9, фильтр 10, вольтметр 11, омметр 12, оптический модулятор 13, установленный между источником 1 излучения и светоделительной пластиной 2 о Первый вход блока 6 уравновешивания сигналов фотоприемников подключен к выходу первого фотоприемнн- ка 4 и к управляющему входу форми- р .зателя 7 импульсов, второй вход блока 6 подключен к выходу второго фотоприемника 5, первый выход блокл 6 подключен к первому входу омметра

СП

ОО

о ю

00

«Л

„

12, второй выход блока 6 - к второму входу омметра 12, третий выход блока 6 подключен к входу усилителя-ограничителя 8, выход которого подключен к первому входу коммутатора 9, второй вход которого подключен к шине, нулевого потенциала управляющий вход коммутатора 9 подключен к выходу формирователя 7 импульсов, а выход коммутатора 9 через фильтр 10 подключен к вольтметру 11.

Блок 6 уравновешивания сигналов фотоприемников 4 и 5 содержит два ключа 14-и 15, два коммутатора 16 и 17. два эталонных резистора 18 и 19, два переменных резистора 20 и 21, при это первый вход ключа 14 является первым входом блока 6, выход ключа 14 под- ключ ен к первому входу коммутатора 16 и через последовательно включбшные эталонный резистор 18, переменные резисторы 2 и 20 подключен к первому входу коммутатора 7 и первому выводу эталонного резистора 19, второй вы- вод которого является вторым входом блока 6, второй в::- j, коммутатора 16 подключен к первому входу ключа 15, к второму входу коммутатора 17, к точке соединения переменных резисторов 20, 21 и к выводу от подвижного контакта резистора 20, причем вывод от подвижного контакта резистора 21 объединен с выводом резистора 21 , подключенным к эталонному резистору 18. Выход коммутатора 16 является первым выходом блока 6, выход ключа 15 подключен к первому входу коммутатора 7 и является вторым выходом блока 6, выход коммутатора 17 является третьим выходом блока 6.

Устройство работает следующим образом.

Определение искомого коэффициента отражения зеркала 3 осуществляется в результате двух измерений.

При первом измерении устанавливают эталонное зеркало, ключи 14 и 15 замыкают, коммутаторы 16 и 17 устанавливают соответственно в положения I, III. Напряжения на выходах фотоприемников 4 и 5 при этом равны:

, г,а„;(О

U5. i Р„ Рэ Чи3.

где U4, ,U 51 - нагружение на выходах

фотоприемников соответственно 4 и 5, з первом измерении;

5

10

50 5

21

С2,41

3 35, коэффициент отражения эталонного зеркала; коэффициент пропускания светоделительной пластины 2 по направлению от источника излучения I к фотоприемнику 4; коэффициент пропускания пластины 2 по направлению от эталонного зеркала к фотоприемнику 5; коэффициент отражения от грани светоделительной пластины со стороны источника излучения; чувствительность фотоприемника 4; чувстБИтельность фотоприемника 5;

поток излучения на вы«

ходе источника излучения при первом измерении.

При этом на вход усилителя-ограничителя 8 через коммутатор 16 поступает сигнал, образованный разностью выходных сигналов фотоприемников 4 и 5, Из-за разброса временных характеристик (постоянных времени и временных задержек) фотоприемников 4 и 5 на фронтах разностного сигнала появляются значительные по величине выбросы В усилителе-ограничителе 8 разностный сигнал усиливается и ограничивается . Причем уровни ограничения выбраны такими, чтобы при входном сигнале (для усилителя 8), близком к нулю, шумовой сигнал проходил без ограничения (уровни ограничения близки к уровню шумов). При этом существенно снижается амплитуда выбросов на фронтах разностного сигнала, проникающих через паразитные емкости коммутатора 9 на вход фильтра 10. По переднему фронту выходного сигнала фотоприемника 4 формирователь 7 импульсов формирует строб-импульс, передний фронт которого задержан по отношению к переднему фронту входного сигнала, а задний фронт появляется раньше заднего фронта входного сигнала . Строб-импульс является управляющим для коммутатора 9, Во время его действия коммутатор 9 отключает шину нулевого потенциала от входа фильтра 10 и подключает выход усилителя- ограничителя 8.

51

Регулировкой сопротивления 21 добиваются нулевого показания вольтметра -I I . Этому условию соответствуе равенство:

U

41

.

51 p) где R1g,R (Э,

R21 - значения сопротивлений резисторов 18, 19, 21, При втором измерении вместо эталонного зеркала устанавливают исследуемое зеркало 3, ключ 14 замыкают, ключ 15 размыкают, коммутаторы,16, 1 находятся соответственно в положениях I, III. Напряжения на выходах фотоприемников 4 и 5 оказываются равным:

и+ Уч1-а ;

ия ф2 fYifx- F

(4) (5)

где Ф - поток излучения источника 1

при втором измерении; о - коэффициент отражения иссле- дуемого зеркала. Регулировкой сопротивления 20 до

биваются нулевого показания вольтметра 11. Если этого не удается добиться (из-за того, что о 1, а коэффициент отражения исследуемого зеркала может быть р р ), то коммутатор 16 устанавливают в положение II и регулировкой сопротивления 20 снова добиваются нулевого показания вольтметра 11.

Этойу условию соответствуют равенства (6) или (7) в зависимости от положения коммутатора 16 I или II:

U41- R,,(R1g+R1(+R1(); (6)

U42-(R13+R4o)Usi (R,,+R41), (7)

где R -20 - значение сопротивления резистора 20.

Ключ 14 размыкают, коммутатор 16 устанавливают в положение III. Ключ 15 разомкнут, коммутатор 17 устанавливают в положение II и омметром 12 измеряют значение сопротивления 20. Если нулевые показания вольтметра 11 были достигнуты при нахождении коммутатора 16 в положении I (было достигнуто равенство (6)), тогда ключ 15 замыкают, коммутатор 17 выражения для определения циента отражения:

Р Р /1+ Rzo.

f f n R,,+O

Л-Р,/1 Iff

коэффи(8)

(9)

Выражение (8) используется в том случае, если при втором измерении

нулевое показание вольтметра 11 было получено при включении коммутатора 16 в положение I, а выражение (9) - при включении коммутатора 16 в положение II.

5 Результат измерения коэффициента отражения зеркала не зависит ни от величины потока излучения, ни от чувст- - витальности и разброса временных характеристик фотоприемников, ни от

температурных дрейфов напряжений и токов в их электронных узлах, ни от характеристик светоделительной пластины, что повышает точность измерений.

5

0

Формула изобретения

Устройство для измерения коэффициента отражения зеркала, содержащее оптически связанные между собой ис0 точник излучения, светоделительную пластину, оправу для установки зеркала и два фотоприемника, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок уравновешивания сигналов фотоприемников, коммутатор, формирователь импульсов, усилитель-ограничитель, фильтр, вольтметр, омметр и оптический модулятор, установленный между источником излучения и светоделительной пластиной, при этом первый вход блока уравновешивания сигналов фотоприемников подключен к выходу первого фотоприемника и к управляюще5 му входу формирователя импульсов, второй вход - к выходу второго фотоприемника, первый выход блока уравновешивания сигналов фотоприемников подключен к первому входу омметра,

0 второй выход - к второму входу омметра, а третий выход - к входу усилителя-ограничителя, выход которого подключен к первому входу коммутатора, второй вход которого подключен к ши

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для измерения параметров оптических зеркал и позволяет повысить точность измерений за счет исключения погрешностей, связанных с изменением величины светового потока, характеристик оптических элементов и чувствительности фотоприемников. На точность измерения не оказывают влияние ни температурные дрейфы напряжений и токов в электронных узлах устройства, ни световой фон, ни разброс временных характеристик фотоприемников. В устройство, содержащее оптически связанные источник излучения, светоделительную пластину, зеркало и два фотоприемника, введены блок уравновешивания сигналов фотоприемников, усилитель-ограничитель, коммутатор, фильтр, вольтметр, формирователь импульсов и омметр. Коэффициент отражения исследуемого зеркала определяется путем математической обработки сигналов фотоприемников, соответствующих исследуемому и эталонному зеркалу. 1 ил.

навливают в положение I и омметром 12 не нулевого потенциала, управляющий

измеряют сумму сопротивлений 18 и 21.вход коммутатора подключен к ВЫХОДУ

Решая системы уравнений из выраже-формирователя импульсов, а выход комний (3), (6) и (3), (7) с учетом вы-мутатора через фильтр подключен к

ражений (1), (2), (4), (5), получа-вольтметру.