Устройство для измерения оптических свойств материалов Советский патент 1979 года по МПК G01N21/48 

циента отражения исследуемого образца, отношение выходного сигнала (Лизм) фотоприемника, соответствующего световому потоку измерительного канала, к его выходному сигналу (Лоп), соответствующему снетовому потоку опорного канала, дает величину коэффициента отражения исследуемого образца:

изм(IN

Недостатком этого устройства является ограничение точности определения коэффициентов отражения, обусловленное погрешностью измерения выходных сигналов, соответствующих величине световых потоков измерительного и опорного каналов. Как следует из выражения (1), относительная погрешность определения коэффициентов отражения равна:

- (2)

рЛ

где Л - уУнзм Л опНаиболее существенным этот недостаток становится при определении коэффициентов отражения высокоотражающих образцов, когда величины световых потоков опорного и измерительного каналов незначительно отличаются друг от друга.

Целью изобретения является повышение точности измерений оптических свойств материалов.

Указанная цель достигается тем, что ослабитель расположен в измерительном канале между источником и светоделителем и снабжен подвижкой, обеспечивающей его периодическое выведение из канала. При этом фотоприемник реагирует не на величину светового потока в каждом канале, а на величину разности этих световых потоков, обусловленную наличием в канале исследуемого образца. Величина выходного сигнала фотоприемника, соответствующая этой разности, сравнивается с величиной выходного сигнала, соответствующего изменению этой разности за счет введения в измерительный канал или выведения из него ослабителя, величина пропускания которого известна.

На чертеже приведена оптическая схема предлагаемого устройства.

Оно содержит источник излучения 1, зеркальный модулятор 2, зеркало 3, светоделитель 4, отражатель 5, ослабитель 6, исследуемый образец 7, фотоприемник 8.

Элементы 2, 5, 4 образуют опорный канал, а элементы 3, 6, 4, 7 - измерительный канал. В качестве светоделителя 4 служит плоскопараллельная пластинка из оптического материала, прозрачного в спектральной области измерений. В качестве отражателя 5 и ослабителя 6 служат пластинки из того же оптического материала, идентичные светоделителю, расположение которых по

отношению к оптической оси соответствующего канала аналогично расположению светоделителя 4. Отражательные свойства зеркала 3 идентичны отражательным свойствам зеркального модулятора 2. Ослабитель 6 снабжен подвижной, обеспечивающей возможность выведения его из канала с последующим установлением его в прежнее положение. Держатель светоделителя 4 обеспечивает фиксирование его в двух положениях (положения а и б на чертеже); угол поворота светоделителя при переводе его из одного положения в другое равен 90°.

С помощью предлагаемого устройства можно измерять как коэффициенты зеркального отражения, так и коэффициенты пропускания оптических материалов.

При измерении коэффициентов зеркального отражения пучок света от источника 1 посредством зеркального модулятора 2 поочередно направляется в измерительный и опорный каналы. В опорном канале световой пучок, отразившись от отражателя 5 и пройдя светоделитель 4, попадает на фотоприемник 8. В измерительном канале пучок света, отразившись от зеркала 3, проходит ослабитель 6 и светоделитель 4, отрал ается от исследуемого образца 7 и, отразившись от светоделителя 4, попадает иа фотоприемник 8. Величина выходного сигнала фотоприемника 8, регистрирующая система которого настроена на частоту модуляции светового потока, оказывается при этом пропорциональна разности световых потоков опорного и измерительного каналов и равна

yV, .-/С/Рсс().(3)

где К - коэффициент пропорциональности;

/ - сила света источника излучения; Тс - коэффициент пропускания ослабителя и светоделителя; рс - коэффициент отражения светоделителя и отражателя; р - коэффициент отражения исследуемого образца.

Затем из измерительного канала выводят ослабитель 6 и выходной сигнал фотоприемника 8 становится равным

/V, -/ /РЛ{1-Р).(4)

При отношении выходных сигналов фотоприемпика Nz/Ni у величину коэффициента отражения исследуемого образца определяют из выражения

(5)

1 - -(с

где т С 1;

которое следует из выражений (3) и (4).

При измерении коэффициентов пропускания светоделитель 4 устанавливают в положение б, а ослабитель 6 вводят в измерительный канал. Вследствие идентичности оптических характеристик опорного и измерительного каналов при таком положении светоделителя и ослабителя выходной сигнал фотоприемника 8 на частоте модуляции светового пучка, обеспечиваемой зеркальным модулятором 2, будет равен нулю. Исследуемый образец, коэффициент пропускания т которого необходимо определить, вводят в опорный канал и измеряют величину выходного сигнала фотоприемника 8, вызванную нарушением идентичности каналов: - А/Рс с(1 - ). Затем из измерительного канала выводят ослабитель 6 и вновь измеряют выходной сигнал фотоприемника 8, равный Л, /Г/Рс с Зная величину отнощения выходных сигналов Nz/N, из выражений (6) и (7) получим:-с{1-3) где . Повышение точности определения коэффициентов отражения с помощью предлагаемого устройства можно показать на следующем примере. Для определения относительной погрешности измерения коэффициента отражения с помощью предлагаемого устройства продифференцируем выражеиие (5) по у и Тс и, переходя к конечным приращения.м, а также учитывая, что AY/Y 2AA7V (при условии, что A.V -- A;V,.-;,,,- АЛоп) получим: 4-- - LiLirc) (i - ,)(-Те) ЛГ (6) (Q Пусть ,Ob; Дтс/Тс 0,01, тогда для тс 0,9 и 7 - 0.1 согласно выражению (9) получим Ар/р 0,,22%. Для той же погрешности измерения выходных сигналов фотоприемника относительная погрешность определения коэффициентов отражения с помощью известных устройств согласно выражению (2) равна: Др/р 10%, т. е. значительно превышает погрешность, присущую предлагаемому устройству. Увеличению точности измерений с помощью предлагаемого устройства способствует возможность непосредственного контроля идентичности опорного и измерительного каналов. Таким образом, но сравнению с известными, иредлагаемое устройство позволяет значительно повысить точность измерения оптических свойств материалов. Формула изобретения Устройство для измерения оптических свойств материалов, содержащее источник излучения, модулятор, опорный и измерительный каналы, светоделитель, входяп ий в автоколлимациопную систему, образованную измерительным каналом и исследуемым образцом, отражатель, ослабитель и фотоприемник, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности измерений, ослабитель расположен в измерительном канале между источником и светоделителем и снабжен подвижкой, обеспечивающей его периодическое выведение из канала. Источники ииформации, принятые но в::иман11е при экспертизе 1. Физика тошхпх пленок. ., «Мир, т. 4, 1970, с. 74. 2. Авторское свидетельство СССР № 401914, кл. G 01N 21/48, 1971.