Устройство для измерения коэффициента отражения Советский патент 1979 года по МПК G01N21/48 

t0B отражения с более высокой точностью (до 0,01%), например, коэффициентов отражения зеркал, применяемых в высокрстабильных и прецизионных ОКГ. - , П.ель изобретения - повышение точности измерения в широком диапазоне углов падения. Указанная цель достигается тем, что отражающий сектор модулятора является общим oтpclжaюtt им элементов обеих автоколлимацяонных систем. Модулятор выполнен в виде чередующихся четырех секторов, изготовленных из двух оптических материалов с различ ными показателями преломления, причем модулятор сйабжеы съемной шторкой позволяющей перекрывать два сектора с одинаковым коэффициентом отражения Как известно, показатели преломления сТёк®л измеряются с очень высокой точ ностью ( до 10). Следовательно, коэффициенты отражения от плоской поверхности стекол могут быть вычислены по известным формулам Френеля с такой. же точностью, т.е. не хуже 0,01%. i Предложенное устройство позволяет измерять коэффициенты отражения с указанной точностью не только при малых углах падения, но в широком диапазоне таких УГЛОВ, например от 10 до . - . , Йа чертеже показан-а структурная схема предложенного устройства для и мерения коэффициентов отражения. Устройство состоит из излучателя 1, в качестве которого может быть использован лазер, светоделителя 2, работающего наПропускание и отражение отражателя 3, который йыполнен в виде дискового модулятора, содержащего МИНИМУМ два отражающих сектора, изготовленных из различных по показателю прёлсялления оптических материалов. На чертеже показаны четыре сектора 4 7, из которых секторы 4 и 6 выполне, ны из материала с показателем прелсмления п, а секторы 5 и 7 - из материала с показателем преломления п Противолежащие секторы 5,7 имеют съем ную шторку в., которая закрывает отра жающую поверхность этих секторов и на определенном этапе измерения снимается с оси 9. Модулятор вращается двигателем 10. Лучи, отраженные щтор кой 8, не попадают на светоделитель 2и измеряемый объект 11. Измеряемый объект установлен в одном из автокол лимационных каналов, а фотоприемник 12 на пути отраженных от отражателя 3лучей. Работает устройство следующим обраэсм. Сначала секторы 5, 7 отражателя 3 эакгывают шторкой 8, а поэтому при работе отргикателя лучи обоих автоколлимгшионных каналов модулируются (поочередно прерываются) секторами 4 24 6. Измеряемый объект 11 при этом установлен в рабочее положение. Световой луч излучателя 1 делится светоделителем 2 на две компоненты, одна из которйх попадает сразу на отражатель 3, а другая - после отражения от измеряемрго объекта 11. Затем отраженные отражателем 3 лучи возвращаются к светоделителю 2 и попадают на фотоприемник 12. Амплитуду электрического сигHquna на нагрузке фотоприемника можно записать как U(a,,)5,K,, где R и Т - коэффициенты отражения и пропускания светоделителя 2 соответственно;Т - коэффициент отражения материала секторов 4, 6; Rj - коэффициент отражения .измеряемого объекта 11; Зд - интенсивность луча излучателя 1; , Sj - чувствительность фотоприемника 12; KI - коэффициент усиления схемы. Далее производится калибровка устройства, т.е. определение фотоэлектрического коэффициента преобразования (усиления). Для этого измеряемый объект 11 выводится из рабочего положения, а шторка 8 снимается с отражателя 3. На фотоприемник 12 попадает луч только одного автоколлимационног6 канала, т.е. луч, отраженный от светоделителя 2, отражателя 3 и прошедший через, светоделитель 2. Интенсивность этого луча модулируется за счет того, что коэффициенты отражения луча от секторов 4,6 и 5,7 различны. Амплитуду электрического сигнала нагрузке фотоприемника 12 при ° ° записать так Tl2,()52K2, коэффициент отражения материа- г -, ла секторов 5, 7; S2 - чувствительность фотоприемника 12; 2 коэффициент усиления схемы. Считая Si Sg и KI К2,из приведенных значений электрического сигнала на фотоприемнике 12 найдем 1. : -Я -.|ЙУ Г й определим относительну погрешность по ФормулеТак как коэффициент отражения диэлектрических зеркал, используемых-в ОКГ, обычно равен 99,85-99,99%,.то справедливо следующее выражение i л 1 -п Если в качестве излучателя 1 использовать лазер, то величина д1Т/и б дет определяться в основном пульсациями мощности излучения этого лазера. Например, величина пульсаций мощ ности излучения лазера ЛГ-52-1 не превышает 5%, а его мощность излучения - не менее 8 Мвт, Следовательно дтг . .) Считаем, что вклад погрешности втор го слагаемого такого же порядка, ка и вклад погрешности первого слагаем го , т.е. iO-iO : Принимая т j , а Найдем, что ,2б-10(т,) Используя стекла с различньзми показателями преломления, можно изменять д К . Так, например, 0,01 ДТ 2,26-10. При нормальном падении излучения на отражающий элемент коэффициенты отражения в соответствии с формулами Френеля определяются по формуле: Т . .. nfl ДК 4:ГлДП . При лК-0.,14дп. Если ЛР 2,26-10,ТОДП2 2-10 ;, Таким образом, показате/ш преломления материалов (стекол) отражателе достаточно знать до третьего знака (ГОСТ 13659-68) , значение П приводи ся с точностью в четвертом знаке, а в ГОСТ 15130-69 - в шестом знаке. При перечисленных условиях вырщже ние для-25 примет вид:--- 7,75()%. Т 0,9985 U 0,012%, Т,-0.9999 i 0,0008 /о. 60 Найдем световых потоков, которые соответствуют г мплитуйгВ электрических си гнал ов и J и и 2 , считая, чтоЗо 8 мет, а .Ol 55 65 12е В качестве светоделителя 2 используют обычное стекло, для которого Я 0,04, а Т 0,96, при этом выбирают 0,05 (стекло Ф1) , aRj OfO (стекло ФК1). Тогда -о2 l3oT TT Jl-T 2)SK / 2 г л 8-0,04-0,96-0.0511-К ), U,.OORT(RI-T,J, ,04--0.96-O.OleK -- 1.5-lO(l--R)2.58-lO(i--Rj)M 3-10 AM. 5. R. 0.9999 1.5-10 лм. Т 0,9985 Из рассмотренного видно, что изменяя г можно сделать величину Uj/SK равной 10лм. Известно, что пороговый поток (пороговая освещенность) для фотодиодов составляет 10 - 10 лм. Таким из расчета видно, что световые сигналы, coofветствующие измеряекалл коэффициентам отражения (Rjj 0,9985-0,9999), могут быть сравнительно легко зарегистрированы Пр1едложенным устройством. Техническая эффективность изобретения по сравнению с прототипом состоит в следуимцем: повышена точность Jнзмepeния до 0,01%; «.„-,.,.-.,,,., обеспечена возможность изменения коэффициента отражения при различных углах паинення излучения на измеряемни объект; уИ|5садена оптическая схема устройства. Формула изобретения . v ипл Устройство для и:э1Мерения коэффииентов отражения, содержащее источ„ик излучения, фотоприемник, оптичес«ие элементы, образующие две автоколимаиионные измерительные системы, в одну из которых помещается исследуемый образец, светоделитель, работающий в одпой из автоколлимадионных систем на отражение, а в другой на пропускание, и Модулятор с отражающим секторсял, -отличающееся тем, что, с целью увеличения точности измерения в широксм диапазоне углов падения, отражающий сектор модулятора является общим отражакядим элементом обеих автрколлимацИОИНьгу сие- тем, а сам модулятор выполнен в виде четырех секторов с чередующимися коэффициентами отражения, изготовленных из двух оптических материалов с различными показателями преломления, причем модулятор снабжен съемной шторкой, позволяющей перекрывать два сектора с одинаковым коэффициентом отрс1жения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе . 1. Заявка Франции № 2263509, кл.Q 01 N 21/48, 07.11.75. 66 2 2.Патент США № 3761179, кл. 356-120, 25.09.73. 3. Opt acio 1974, № 4, рис. 293. 4.Авторское свидетельство 401914, М., кл. А 01 N 21/48, 12.10.1973.