Фотометр Советский патент 1992 года по МПК G01J1/02 

Изобретение относится к светотехнике в частности к фотометрам, работающим по принципу независимости результатов измерения силы света от расстояния до излучающего объекта

Известны фотометры, работающие по телецентрическому методу, основанному на выделении с помощью линзы светового потока распределяющегося от источника излучения внутри малого телесного угла, и определении таким образом силы света источника излучения в соответствующем направлении.

Основными недостатками таких фотометров являются большая масса линзы при фотометрировании крупно, абаритных источников излучения, высокие требования, предъявляемые к точности изготовления линзы, и ее высокая стоимость, невысокая точность измерений из-за больших углов падения световых лучей от источника излучения, на приемник и неравномерного распределения измеряемого излучения по поверхности приемника

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является фотометр, в котором для выделения внутри малого телесного угла светового потока, распространяющегося от источника излучения используют параболоидный отражатель Фотометр содержит размещенные последовательно на оптической оси источник излучения, зеркальный отражатель с образующей поверхностью, описываемой урав- нениему Јх .гдеги с-действительные числа, и оптически сопряженный с зеркальным отражателем фотоприемник с чувствительной поверхностью, установленной перпендикулярно оптической оси Лучи света, распространяющиеся от источника излучения вдоль оси зеркального отражателя, собираются в его фокусе, в котором расположен приемник излучения.

Недостатком этого фотометра является невысокая точность измерений из-за того что лучи падают на приемник излучения под большими углами и измеряемое излучение неравномерно распределяется по поверхности источника излучения, а также наличие погрешности измерений, вызванной экранированием приемником части светового потока, падающего на зеркальный парабо- лоидный отражатель

СО

с

XI

СП 00

U ел

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что в фотометре, содержащем размещенные последовательно на оптической оси источник излучения, зеркальный отражатель диаметром D с образующей поверхностью, описываемой уравнением у ЕХ , где Ји а- действительные числа, и оптически сопряженный с зеркальным отражателем фотоприемник с диаметром чувствительной поверхности d, установленной перпендикулярно оптической оси, фотоприемник установлен на расстоянии

ч- -гоб

Р

{а ,«-«,

г4ё ) от вершины зеркального отражателя, при

этом

Ј bi-i

(2-а) (К- 1)+«К

4

где K D/d.

Ha чертеже схематично изображен фотометр для измерения силы света с малых расстояний.

Фотометр содержит последовательно установленные на оптической оси зеркальный отражатель 1, профиль которого

1 /V

описывается уравнением у ех , расположенный на расстоянии Р от вершины отражателя 1 фотоприемник 2 излучения и источник 3 излучения, а также регистрирующее устройство 4, поворотный механизм 5 и растр б. Растр 6 может быть выполнен, например, в виде ряда параллельных одна другой плоских пластин с соосными отверстиями. Вывод уравнения для определения расстояния Р приведен ниже.

Для упрощения в дальнейшем примем 0 2Аи d 2a.

Если а 1, то, как будет показано ниже, А 2а, где 2А - диаметр зеркального отражателя, 2а - диаметр приемника 2 излучения. Имея в виду, что реальные значения 2а не превышают 100-150 мм, диаметр зеркального отражателя 1 и, соответственно, наибольший габаритный размер источника 3 излучения также не должны превышать 200-300 мм. На практике же их размеры значительно выше.

Макетный образец фотометра выполнен следующим образом.

Зеркальный отражатель 1 изготовлен из алюминия методом выдавливания, после чего лицевая поверхность его механически и электрически отполирована и подвергнута зльзак-процессу, что обеспечило коэффициент отражения равный 0,85. Зеркальный отражатель 1 вместе в растром 6 установлен на фотометрической скамье (не показана), а на расстоянии Р 94 мм от его вершины на оптической оси отражателя 1 также на фотометрической скамье установлен приемник 2

0 излучения, укрепленный на поворотном механизме 5. В качестве приемника 2 излучения использовался селеновый фотоэлемент, в качестве регистрирующего прибора 4 - микроамперметр, предварительно програ5 дуированный по эталону силы света. Поворотный механизм 5 представляет собой червячную пару с пластиной, на одной из поверхностей которой укреплен фотоэлемент. Поворот приемника 2 излучения с по0 мощью поворотного механизма 5 позволил учесть экранирующую часть светового потока.

Фотометр работает следующим образом.

5От источника 3 лучи 7, 8 падают на зеркальный отражатель 1. Краевой луч 8, параллельный оси ОХ, падает на край зеркального отражателя 1 и, отразившись от него, попадает на край приемной поверхности прием0 ника 2 излучения. В свою очередь луч 7, параллельный оси ОХ, касаясь приемника 2, попадает на отражатель 1 и, отразившись от него, в центр приемника 2 Все остальные лучи, посылаемые источником 3 параллель5 но оси ОХ и располагающиеся между лучами 7 и 8, попадают на приемник 2 излучения равномерно от его края к середине. Параллельные оси ОХ лучи света от источника 3 выделяются растром 6. Схема хода лучей,

0 обеспечиваемая зеркальным отражателем 1, приводит к уменьшению углов падения на приемник 2 отраженных от зеркального отражения лучей света и распределению измеряемого излучения равномерно по всей

5 поверхности приемника 2 излучения, что в свою очередь повышает точность измерений.

Для обеспечения описанного хода лучей уравнение профиля зеркального отра0 жателя 1 должно иметь вид у е х , где Ј и а - константы.

Рассмотрим решение данной задачи в общем виде.

Будем искать решение уравнения про- 5 филя отражателя в виде у е

,учеЈ ot -ou

X (|) У Ј

имеем у

Ј°V1

,1-еб

Уравнение отраженного луча от какой- либо точки (Xi, YI) зеркального отражателя имеет вид

2 У (xi) , У - У1 -Т7- (х 0

1

В частности, для луча 7

OP.(

о-ч. .„„ . а,„2,(1 С,

где Р - расстояние от вершины зеркального отражения до приемника излучения;

-a E2 - -%ve« 2P6 o6-V- -2aoi-( .Ј(c6-2) Аналогично для луча 8

(А-аЭА аА Р.Д

(А-а) or2 -2 A a

ы

Вводя неизвестные f - х, Р у в систему уравнений (1) и (2), можно записать при соответствующих обозначенияхmix + щху Ki

ГП2Х + П2Ху К2,

по правилу Крамера

к«и,

д

т, П,

ГЛ2. Л2

XY Ъг

т,К, т, п, тг п2

MKidLa 1 MK- ).

InK

InK

В соответствии с тем. что а 2, имеем окон 5 чательно

1+lnIKzil tt 2

InK

(4)

10

15

20

Если потребовать, чтобы а 1, то из (4) следует, что

1+ |п(1) 1,т.е. 1п(К-1)0

1П1Ч

т.е. К-1 1, т.е. К 2, т.е. А 2а. Для определения Р нужно найти А2

дг -е гк«-«(-5Ь-1) +

+

+ К -1j

a2tЈ-4 l VKai 2

Поскольку 1 + П - а 2 и К 1, то

IП 1ч

выражение в квадратных скобках положительно и, значит, Дг 0. С учетом (3) получаем окончательно

30

35

Сущность изобретения описан фотометр с повышенной точностью измерении силы света с малых расстояний Фотометр, работающий по телецентрическому методу имеет зеркальный отражатель поверхность которого обеспечивает падение света на приемник излучения под небольшими углами 1 ил

отсюда х VA 1/Д, у (| A2l)/VA. 1 А. т.е. E (Ai/A)1/2t/;P (A2l)/VAiA (3)

40

1+ 1пСк-1)

InK

Д1 -2

если 0 .

кв/-1

45

+ а 0,

Очевидно, что решение существует : А1 и А имеют одинаковый знак. Выявим, при каких условиях это возможно. Положив А/а

К, получим

Таким образом, лучи света от источника

3 излучения, параллельные оси ОХ. проходя через растр 6, падает на поверхность отражателя 1 и, отражаясь от него, распределяют измеряемое излучение с уменьшенными , углами падения лучей на приемник 2 равно- При этом а не может быть больше или -U мерно по всей поаерхности приемника. Ве- равно двум, так как уже при и 2 f(x) Јxличина освещенности EI приемника будет

- парабола, которая заведомо не дает реше- пропорциональна силе света части источни- ния. Далее:ка з света, так как приемник 2 излучения

частично экранирует источник излучения.

К - К ч- 1

55

,3-4

К

Экранируемую часть потока от источника 3 измеряют путем поворота приемника 2 на 180° с помощью поворотного механизма 5.

значит

Экранируемую часть потока от источника 3 измеряют путем поворота приемника 2 на 180° с помощью поворотного механизма 5.

TVI I. 4 fV4«i WI-I VjUJ- U rt 14yuVJ|J4 ltIV rT / ./-itJftrtOt «t

A 0 K Полученная в этом случае на его поверхности величина освещенности Е2 в сумме с

40

( + (КС1 1--К 1)

где а- любое действительное число, удовлетворяющее условию

1+ 1пСк-1)

InK

45

, -U

частично экранирует источник излучения.

Экранируемую часть потока от источника 3 измеряют путем поворота приемника 2 на 180° с помощью поворотного механизма 5.

4 fV4«i WI-I VjUJ- U rt 14yuVJ|J4 ltIV rT / ./-itJftrtOt «t

Полученная в этом случае на его поверхности величина освещенности Е2 в сумме с

измеренной ранее Ei даст величину освещенности, прямо пропорциональную силе света от источника 3 по данному направлению.

Формула изобретения Фотометр, содержащий размещенные последовательно на оптической оси источник излучения, зеркальный отражатель диаметром D с образующей поверхностью, описываемой уравнением у ЕХ , где ЕЙ а. - действительные числа, и оптически сопряженный с зеркальным отражателем фотоприемник с диаметром чувствительной поверхности d, установленной перпендикулярно оптической оси, отличающийся

тем, что, с целью повышения точности измерений, фотоприемник установлен на расстоянии.,,,

()(-,U

P 24«-|(o(-2)U-KDi c,K - (Kt - -KtlV

от вершины зеркального отражателя, при этом

10

(

InK

е -

- di-i&

ж

(2-а)(К-1)+аК-

1-к2- +к1-

1/206

гдеК-D/d.

3