Полевой спектрометр Советский патент 1980 года по МПК G01J3/34 

Изобретение относится к области спектрометрии и предназначено для измерения спектрального коэффициента яркости прироДньи образований и других исследуемых объектов в полевых условиях. Известен спектрометр, содержащий оптическую систему, закрепленный в корпусе вращающийся диск с набором светофильтров, расположенных по окружности диска, приемник излучения и систему коммуникации {1. Однако, это устройство измеряет не спектральный коэффициент яркости (СКЯ), а спект излучения, отраженного от исследуемого объекта. Для определения СКЯ с помощью этого устройства необходимо измерить также спектр излучения, отраженного от эталонного диффузно-рассеивающего экрана и затем провести математическую обработку результатов измерения.. Измерение спектров объекта и эталона разделены в этом случае значительным промежутком времени, что не позволяет гарантироватьодинаковость условий освещения при обоих Измерениях и приводит к погрещностям определения СКЯ. Высокая погрешность определения СКЯ (5-10%) обусловлена также тем, что существующие диффузно-рассеивающие покрытия имеют значительные отклонения от закона Ламберта, что приводат к тому, что их яркость при различных углах падения излучения (освещения) не соответствует яркости идеальной поверхности. Известен также полевой спектрометр, содержащий входную оптическую систему, коммутатор-модулятор, диск со светофильтрами, эталонный образец и приемник излучения. Эталонный образец представляет собой встроенный алюминиевый диффузно-отражающий экран. Излучение, отраженное от экрана может быть направлено с пЬмощью зеркала в основную оптическую схему 2. Недостатком прибора является ето недостаточно широкие функциональные возможности и сложность конструкции. Этот прибор не может непосредственно измерить спектральга 1й коэффициент яркости, так как измеряет раздельно спектры падающего и отраженного излучения, которые затем должны подвергаться математической обработке. Алюминиевый экра не Я вля1гтсй йдеальнь1м ламбертовским рассеивателем и вносит погрешность в результат определения СКЯ. Цель предлагаемого изобретения - расшире ние функциональных возможностейи упрощение устройсгва, а именно, повышение точности определения СКЯ, обеспечение возможности непосредственно измерёвдя СКЯ без дополни|тельной обработки результатов измерений. Для этого эталонный образец вьШЙЛнен в виде интегрирующей сферы, выходное отверсти которой распблбжейь йёред коммутатором-модулятором, а плоскость входного отверстия ориентирована под требуем гм углом к падающему световому потоку. возможна реализация устройства, в которой входная оптическая система состоит из интегрирующей сферы по входному отверстию кото |Ьой присоединен фокон, а выходное отверстие сферы является выходной апертурой оптическо системы. На фиг. 1 приведет один из в;ариа:н ов ре ализации спектрометра; на фиг. 2 - приведен пример реализации спектрометра с входной оп тической системой, выполненной в виде интегрирующей сферы. Устройство содержит входную оптическую систему , коммутатор-модулятор 2, приводимый в даижение мотором 3, интегрирующую сферу 4 со входньгм 5 и вых6днь1м btiep стиями, диск со светофильтрами 7, приводимы в движение щаговым двигателем 8, приемник излучения и блок 10 измерения. Второй вариант реализации отличается тем, что йходаая оптическая система преДстмляет собой интегрирующую сферу 11 сочлененнуто с фоконом 12. Фокон пропускает в сферу И только отраженный поток излучения, ЗЖлВДен нь1Й в угле, который определяется параметрами фокона. Падающий поток через входное отверстие 5 попадает в сферу 4. Потоки излу ЧеШя, вьяиедшие из сфер 4 и П, через комму татор-модулятор 2 попадают на приемник 9 излучения. Коммутатор-модулятор представля ет собой диск с отверстиями. Устройство работает следующим образом. Излучение, отраженное от исследуемого объек та, через вхоДную оптическую систему попадает на диск коммутатора-модулятора 2. Падающее излучение гГбпаДаёт во вх6да&ё10т- верстие 5 интегрирующей сферы 4, которое расятрлагается выще Ьстальных частей устройства с целью исключения затенения. Осе входного отверстия 5 дойЖНа совпаДатбТГШрйа- лью к исследуемой поверхности. Излучение, лбпавщее в сферу 4 с различтгх участков неба; суммируется в ней и поток излучения, выходящий из сферы 4, в точности пропорционален падающему потоку независимо от угла падекия. Поток излучения, прошедший через сферу 4, также попадает на коммутатормодулятор 2. При вращении коммутатор-модулятор 2 порчередно пропускает на йрнемник 9 излучения, перед которым расположен один светофильтр, падающее и отраженное излучения. На выходе приемника 9 излучения образуется последовательнрсть импульсов, пропорциональных падающему и отраженному потокам излучения. В блоке измерения определяется и регистрируется отношение амплитуд этих импульсов, пропордаональное коэффициенту яркости исследуемрго объекта в полосе пропускания фильтра. После окончания измерения диск со светофильтрами 7 перемепйется и производится измерение коэффициента яркости в полосе пропускания другого фильтра. Таким образом производится CKaifflpofiamie по спектру. Разрешающая свособнЪсть устройства определяется только шириной полосы пропускания фильтров, а количество измеряемых точек спектра-количествоКл светофильтров. В спектрометре Mprjrr быть предусмотрены сменные диски с фильтрами. Устройство работает аналогично первому. В такой конструкри легкр может быть изменен угол зрения спектрометра путем смены фокона, кроме того, из-за отсутствия линзовой рптик:и расширяется шектральный диапазон измерений. Таким образом, предлагаемая оптическая схема спектрометра рбеспечивает непосредственное измерение СКЯ исследуемого объекта и повышение точности определения СКЯ за счет уменьшения временного интервала между измерениями падающего и отраженного от исследуемого объекта излучений.. Предлагаемый полевой спектрометр при своей высокой точности имеет простую конструкцию, а из-за отсутствия линзовой оптики во входной оптнческсЙ системе стоимость его низка, а спектральный диапазон измерений ограничивается только примененным приемником излучения. Интегрирующие сферы и фокон изготавливаются методом штамповки. Формулаизобретения . .. .- . . - J ,. ч ч- . .. 1. Полевой спектрометр , содержащий входную оптическую систему, коммутатор-модулят6р, диск со светофильтрами, этальнный образец и приемник излучения , Ьтличающийс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей к упрощения, эталонный образец выполнен в виде интегрирующей сферы, выходное отверстие которой расположено перед коммутатором-модулятором, а плоскость входного отверстия ориентирована параллельно плоскости образца.

2. Спектрометр поп.1,отличающийс я тем, что входная оптическая система со-, стоит из интетрнруюшёй сферы, ко входному отверстию которой присоединен фокон, а выходное отверстие сферы является выходной апертурой оптической системы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе,

1.Авторское свидетельство СССР W 1478iq, кл. G 01 J 3/34, 1961.

2. Приборы для научных исследований, № 5, 1973, с. 81-85.

Фие.г