Абсорбциометр Советский патент 1981 года по МПК G01N21/85 

Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано для измерения малых (К ) показателей .поглощения твердых материалов. Известны устройства для измерения калориметрическим способом малых показателей оптического поглощения 1, 2. Недостатком данных устройств является большая погрешность измерения, связанная с измерением больщого числа параметров. Наиболее близким техническим рещением к заявляемому является абсорбциометр для измерения малых показателей оптического поглощения, содержащий монохроматический ИСТОЧНИК с КОЛЛИМИрОванным излучением, вакуумную камеру с прозрачным1и окнами, в которой .размещены держатели образца и эталона и компенсационная схема для измерения разности температур 3. Однако он позволяет измерять показатели поглощения только оптически изотропных и не вращающих плоскость поляризации материалов. Нри этом для получения значения К необходимо провести измерение мощности монохроматического источника, приращения температуры образца относительно образца сравнения (эталона) и тепловой постоянной времени образца, что значительно увеличивает время измерения. Иогрещность измерения К при этом определяется суммарной погрещностью, вносимой измерением всех этих параметров. Целью изобретения является расщирение фупкциональных возможностей и повышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем,что в абсорбциометре между держателями образца и эталона установлено устройство, состоящее из двух идентичных диэлектрических зеркал и градуированного .поглощающего оптического клина, причем устройство и держатели образца и эталона установлены так, что плоскость, проходящая через луч, вышедщий из образца, и луч, отраженный от первого зеркала, ортогональна плоскости, проходящей через луч, падающий на второе зеркало, и луч, отраженный от него и попадающий на эталон, при этом угол падения луча на первое зеркало равен углу падения на второе и меньше значения угла Брюстера для материала зеркал. На чертеже представлена схема абсорбциометра. Он содержит монохроматический источник } с коллимированным излучением, вакуумную камеру 2 с прозрачными окнами, служащую для уменьшения теплоотдачи от образцов, держатели с измеряемым образцом 3 и эталоном 4, компенсационную схему 5 для измерения разности их температур, регистрирующий прибор 6. Причем между образцом и эталоиом установлено устройство, состоящее из двух диэлектрических зеркал 7 и 8, изготовленных из одного и того же материала, и градуированного иоглощающего оптического клина 9, выполненного из оптически изотропного материала.

Измеряемый образец представляет собой цилиндр с 1ПЛОСКИМИ полированными торцами. Эталон имеет.одинаковую геометрию с измеряемым образцом и находится в идентичных с ним условиях теплоизоляции.

Устройство позволяет провести измерения малых показателей поглощення путем выравнивания скоростей нагрева образца и эталона с помощью клина 9. При этом результат измерений не зависит от степени и преимущественного направления -поляризации монохроматического источника, а также от оптической активности измеряемого образца. Измерения, как в ряде известных калориметрических устройств, происходят на линейном участке, т. е. когда приращение температуры образца .пропорционально времени воздействия источника излучения.

Устройство работает следующим образом.

Пучок с мощностью /о от коллимированного монохроматического источника / через высокопрозрачное окно попадает в вакуумную измерительную камеру 2 и затем на измеряемый образец 3 длиной по.рядка нескольких см. Мощность излучения ./), поглощаемая образцом, при этом равна

/, /о-/о/- -« /o/Cd где d - длина образца;

.

Соответственно мощность излучения /9, пропущенная образцом, равна

1 -/

/о,

/2 1 -Ь/

где R - коэффициент отражения материала образца.

Далее рабочий пучок последовательно отражается от зеркал 7 и 5 (зеркала прозрачны для падающего излучения), проходит через клин 9, конструктивно выполненный таким образом, что он представляет плоскопараллельную лластинку переменной толщины, входная и выходная поверхности которой перпендикулярны к направлению прохождения луча. Затем пучок попадает на эталон 4 с известным показателем поглощения Сэ- Независимость ослабления излучения, проходящего через устройство, от состояния поляризации и ее преимущественного направления в пучке достигается благодаря принятому взаимному расположению образца, эталона, зеркал и клина относительно источника монохроматического излучения. При этом ослабление интенсивности после зеркал составляет

Л«1ф) («1ф), где ) и р(|ф) соответственно коэффициенты отражения для света, поляризованного в плоскости падения и перпендикулярно ей падающего под углом ф на диэлектрические зеркала 7

и 5 с показателем преломления п. Показатель поглощения материала эталона составляет 1 см и измеряется на спектрофотометре. Поскольку измеряемые /С не превыщают ., то устройство должно ослаблять не меньще, чем в 10 раз. Поэтому отражающие элементы и угол падения на них подбираются так, чтобы они ослабляли излучение приблизительно на два лорядка, а более точная лодстройка

осуществляется клином. За счет этого ослабляющее устройство не перегревается. Само измерение при этом заключается в следующем. В процессе нагрева, используя ослабитель 9, обеспечить одинаковую скорость нагрева образца и эталона. Тогда разность температур, регистрируемая устройством 6, не будет меняться во времени. Измеряемый показатель поглощения рассчитывается по следующей формуле:

К - R R К

А- К.Кр.И, 1

где т - пропускание оптического клина;

р и рэ - соответственно плотности материала образца и эталона; С и Сэ - их удельные тбп.лоемкости.

При необходимости получения большего ослабления Б устройство вводится четное

количество попарно идентичных зеркал.

Описываемое устройство не требует специального оборудования для измерения суммарной световой энергии, прошедщей через исследуемый кристалл.

Кроме того, при измерении не требуется измерение параметров теплопередачи образца. Таким образом, за счет снижения количества параметров, подлежащих измерению, существенно сокращается время

измерений и обработки информации.

Формула изобретения

Абсорбциометр для измерения малых показателей оптического поглощения, содержащий монохроматический источник с коллимированным излучением, вакуумную камеру с прозрачными окнами, в которой размещены держатели образца и эталона и комленсационная схема для измерения разности их температур, отличающийся тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей и повыщения точнбСти измерений, между держателями образца и эталона установлено устройство, состоящее из двух идентичных диэлектрических зеркал и градуированного поглощающего оптического клина, -причем устройство и держатели образца и эталона установлены так, что плоскость, проходящая через луч, выщедший из образца, и луч, отраженный от первого зеркала, ортогональна плоскости, проходящей через луч, падающий на второе зеркало, и луч, отраженный от него и попадающий на эталон, при этом угол падения луча на первое зеркало равен углу падения на второе и меньше значения угла Брюстера для материала зеркал.

Источники информации, .принятые во внимание при экспертизе:

1.Witte Н. Н. Determination of Low Bulk absorption coefficient. Applied Optics,

V 11, №4, 1972, p. 777.

2.PinnoM D. A., Rich T. C. Development of a Calorimetric Method for Making Precision Optical Absorption Measurements.

Applied Optics, v 12, № 5, 1973, p. 984-992.

3.Johnson D. C. Measurement of Low Absorption -Coefficients in Crystals. Applied Optics, V 12, № 9, 1973, p. 2192-2197.