Способ определения оптических потерь в веществе Советский патент 1991 года по МПК G01J3/42 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а более конкретно к спектрофотометрии для видимой и ближней инфракрасной областей спектра, предназначенной для измерения низких оптических потерь, и может быть использовано для контроля качества при производстве особо чистых жидкостей и оптических стекол.

Известен способ определения коэффициентов пропускания и ослабления светового излучения с помощью спектрофотометра СФ-26 с приставкой СЛО-1 для измерения малопоглощающих веществ с показателем преломления, существенно отличным от единицы 1. Искусственный образец устанавливают в камеру с попеременно устанавливаемыми сферическими зеркалами, освещают направленным монохроматическим светом, а прошедшее через образец световое излучение измеряют с помощью фотоприемных устройств, снабженных системой измерения фототоков.

Основная погрешность измерения коэффициента пропускания СФ-26 с приставкой СДО-1 составляет 1%, что при использовании образца длиной 25см позволяет определить коэффициент ослабления с погрешностью +1-10 см . Оптические потери в особо чистых стеклах составляют величину 10 см и менее, что не позволяет использовать данный способ для определения коэффициентов пропускания и ослабления в этих материалах.

О

ю о

00

о сл

Известен способ определения коэффициентов пропускания и ослабления, в котором используется двухканальный компенсационный спектрофотометр для измерения малых показателей ослабления 2. Световой поток от источника света (лазера) через полупрозрачное зеркало разделяют на два потока, поступающие каждый соответственно в измерительный и компенсационный каналы, при этом в измерительный канал помещается исследуемый образец, а в компенсационном канале устанавливается ирисовая диафрагма или жидкостный фильтр, Из каждого канала излучение направляют на фотоприемные устройства, встроенные в фотометрические шары. При отсутствии в измерительном канале образца достигается равенство потоков излучения в каждом канале, при помещении в измерительный канал образца возникает разностный сигнал фототоков на выходе усилителей каждого фотоприемника.

Данный способ, как и 1, имеет погрешности, соизмеримые с величиной , ввиду малого разностного сигнала на выхо- де усилителя блока измерения фототоков при измерении низких оптических потерь.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ с использованием фотометра ФМ-94М, который включает ос- ветитель с набором интерференционных светофильтров, измерительный и компенсационный оптические каналы, набор калиброванных двухступенчатых секторных ослабителей, фотоприемники, встроенные в фотометрические шары, блок измерения фототоков 3. Приемники излучения обоих каналов расположены с двух сторон осветителя и присоединены к измерительному блоку так, что он измеряет разность фотото- ков, обусловленную различием световых по- токов в этих каналах. Погрешность определения спектрального показателя ослабления составляет .

Однако в известном способе не удается в достаточной степени устранить погрешность измерений, так как это обуславливается тем, что в процессе измерений в измерительном канале последовательно устанавливаются исследуемый образец и два разных секторных двухступенчатых ослабителя, отличающихся один от другого величи- ной пропускания излучения. Это не позволяет уменьшить величину раскомпен- сации фототоков в каналах ниже, чем раз- ность коэффициентов пропускания двух разных ослабителей (не менее 10% дляФН- 94М), что ограничивает точность получаемых результатов.

Целью изобретения является повышение точности определения коэффициента пропускания излучения.

Согласно способу в рабочем канале осуществляют три измерения, первое из которых производится при наличии в канале образца исследуемого вещества и одноступенчатого ослабителя, коэффициент пропускания которого равен минимальному значению измеряемого коэффициента пропускания, второе измерение - при выведенном из канала ослабителе, а третье измерение - при наличии в канале образца исследуемого вещества, толщина которого превышает толщину образца при первом и втором измерениях, при этом искомую величину коэффициента пропускания рассчитывают по математической формуле.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит расположенные по ходу луча света осветитель 1 монохроматического излучения, светоделительный элемент 2, установленные в измерительном канале 3 секторный ослабитель 4, держатель 5 образцов с коротким 6 и длинным 7 образцами исследуемого материала, первый фотоприемник 8, встроенный в фотометрический шар, установленные в измерительном канале 9 регулируемую диафрагму 10 и второй фотоприемник 11. Первый 8 и второй 11 фотоприемники 11 соединены электрической связью с блоком 12 измерения фототоков, на оптические каналы установлен светозащитный кожух 13.

Для приведения устройства в рабочее состояние подается электропитание на осветитель 1, секторный ослабитель 4, блок 12 измерения фототоков. Световой пучок выхо- дит из осветителя 1, попадает на светоделительный элемент 2, который делит Световой пучок на две, примерно равные по интенсивности части. Прямо прошедший световой пучок попадает в измерительный канал 3, отраженный от полупрозрачной грани светоделительного элемента 2 пучок попадает в компенсационный канал 9. В измерительном канале световой пучок проходит секторный ослабитель 4, который находится в постоянном вращении, короткий образец 6 исследуемого материала или длинный образец 7 и попадает в окно первого фотоприемника 8. В компенсационном канале 9 световой пучок, выходящий из светоделительного элемента 2,проходит через регулируемую диафрагму 10 и попадает в окно второго фотоприемника 11. Световые сигналы преобразуются в фототоки и поступают на вход блока 12 измерения фототоков.

Способ осуществляется следующим образом.

Устанавливают в осветителе 1 длину волны используемого излучения. В измерительный канал 3 вводят секторный ослабитель 4 и короткий образец 6. После этого с помощью ирисовой диафрагмы .10 выравнивают сигналы в измерительном 3 и компенсационном 9 каналах по показанию измерительного блока 12, снимается отсчет щ. Секторный ослабитель 4 выводится из измерительного канала, снимается отсчет П2. Короткий образец б выводится из измерительного канала и вместо него вводится длинный образец 7, снимается отсчет пз.

Коэффициент пропускания материала толщиной ДI L -1, где L - длина длинного образца 7; I - длина короткого образца 6. рассчитывается по формуле

-ЈНЈ{Р- «)«.. (1)

где ги, П2, пз- отсчеты по первому, второму и третьему соответственно;

тс коэффициент пропускания ослабителя.

Коэффициент ослабления измеряемого материала рассчитывается по формуле

/i lg4(L-l).(2)

Для случая двухступенчатого сектора (известный) коэффициент пропускания образца рассчитывается по формуле

ПЗ-П1

Г(Г2-Т1)+П.(3)

где Т1ИТ2 коэффициенты-пропускания первого и второго ослабителей соответственно.

Испытания, проведенные на макете, собранном по предлагаемой схеме, с использованием методики определения наиболее вероятной ошибки определения коэффициента пропускания по формулам (1) и (3), показали, что погрешность определения Аг коэффициента пропускания по формуле (1) уменьшена по сравнению с определением по формуле (3) в 6,6 раза и не превышает

величины ±0,02%. Это соответствует погрешности определения спектрального коэффициента ослабления образца длиной 25 см ±4 (± 4 дБ/км).

По сравнению с известными предлагаемый способ позволяет определить коэффициенты ослабления твердых и жидких материалов с низкими оптическими потерями с недоступной ранее точностью в области спектра 0,5-1,1 мкм.

Формула изобретения

Способ определения оптических потерь в веществе с использованием содержащего рабочий и компенсационный каналы спектрофотометра, в одном из каналов которого

находится ступенчатый ослабитель, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения коэффициента пропускания излучения, в рабочем канале осуществляют три измерения, первое из

которых проводят при наличии образца исследуемого вещества и одноступенчатого ослабителя, коэффициент пропускания которого равен минимальному значению измеряемого коэффициента пропускания,

второе измерение проводят при выведенном из канала ослабителе, а третье измерение - при наличии в канале образца исследуемого вещества, толщина которого превышает толщину образца при первом и

втором измерениях, при этом искомую величину коэффициента пропускания рассчитывают по формуле

r-Sf( - e)+r«.

где щ, , пз - отсчеты по первому, второму и третьему измерениям соответственно:

тс - коэффициент пропускания ослабителя.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а более конкретно к спектрофотометрии для видимой и ближней инфракрасной области спектра, предназначенных для измерения низких оптических потерь, и может быть использовано для контроля качества при производстве особо чистых жидкостей и оптических стекол. Цель изобретения - повышение точности определения коэффициента пропускания излучения. Оптические потери исследуемого образца рассчитываются на основе измерений разности фототоков в измерительном и компенсационном каналах при последовательной установке в измерительный канал образца исследуемого вещества и одноступенчатого ослабителя, коэффициент пропускания которого равен минимальному измеряемому коэффициенту пропускания образца исследуемого вещества без ослабителя (при его выведении из канала), и образца исследуемого вещества, толщина которого превышает толщину образца при первом и втором измерениях, а искомую величину коэффициента пропускания рассчитывают по формуле г (n3-ni)/(n2-ni)(1 - т с)1 + т с ,где гп,п2,пз- отсчеты по первому, второму и третьему измерениям соответственно; г с - коэффициент пропускания ослабителя. 1 ил. сл с