Устройство для измерения абсолют-НыХ КОэффициЕНТОВ ОТРАжЕНия и пРОпуС-КАНия Советский патент 1981 года по МПК G01N21/55 

1

Изобретение относится к, приборам спектрофотометрического анализа и може быть использовано для измерения спекг ральной зависимости абсолютных коэффициентов отражения и пропускания.

Известные устройства для измерения отражательной и пропускной способности материалов содержат источник света с фокусирующим элементом, два световых канала разделенных во времени, предметный столик с подвижным или неподвижным образцом, два три вспомогательных зеркала, в каждом из световых каналов одно или два из которых подвижны, и приемник излучения fsj.

Недостатками известных устройств являются низкая надежность в эксплуатации и сложность конструкции, вызванные наличием подвижных зеркал, большим числом вспомогательных отражений, что ведет к понижению точности измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее источник излучения с

оптическим элементом, фокусирующим свет внутрь оптического криостата на поверхность подвижного держателя, на которую прикреплен исследуемый образец, установленные на ходу излучателя оптическую систему формирования разделенных во временв световых каналов, фото етринеский шар, приемник излучения и приемно-ре истрируюшую систему З, Для измерения абсолютного коэффициента отражения (или пропускания), в известном устройстве необходимо осу- ществить четыре цикла измерений: в начальные два из которых измеряется абсолютный коэффициент отражения (или пропускания) от одной из поверхностей исследуемого образца, а в последующие два цикла - измеряется)абсолютный коэффициент отражения (нли пропускания) от другой поверхности исследуемого образца и далее для получения истинного значения абсолютного коэффициента отражения (пропускания) необходимо (вычис лить корень квадратный из произведения 3 ведичины абсолютных коэффициентов отра ження (пропускания) от двух разных поверхностей исследуемого образца. Данное устройство позволяет измерять коэффициент отражения с абсолютной погрешяостью 1%, а в области прозрачности оно позволяет опрюделять также пропускание. Недостатком известного устройства является то, что в каждом из световых каналов расположено по три отражающих плоских зеркала (одно из которых является поворотным) и по одной фокусирующей линзе. Это усложняет юстировку оптической системы, приводит к неэквивалентным потерям света в каналах, что, ведет к снижению точности изм рений. Наличие в данном устройстве под вижного поворотного плоского зеркала снижает его надежность в работе, услож няет конструкцию и приводит к снижению точности измерений. Измерение абсолютных коэффициентов отражения (пропускания) от двух разных поверхностей исследуемого образца в данном устройст ве вносит разброс, а также снижает точность измерений. Необходимость четырех циклов измерений и вычисление квадратного корня из произведения величин абсо лютных коэффициентов отражения (пропускния) от двух разных поверхностей исследуемого образца снижает производительность, усложняет обработку резуль татов измерений и пош 1шает энергозатраты. Цель изобретения - повышение точЧюсти измерений и производительности. Указанная цель достигается тем, что в оптическом устройстве для измерения абсолютных коэффициентов отражения и пропускания, содержащем источник излуч ния с оптическим элементом, фокусирующи свет внутрь оптического криостата на поверхность, подвижного держателя на кото рую прикреплен исследуемый объект, установленаые на коду излучения, оптическую систему, формирования разделенных эо времени световых каналов, фотометричес кий шар, приемник излучения и приемнорагистрирующую систему, введено два неподвижных фокусирующих зеркала, отражающие повархносги которых установлены симметрично относительно плоское- ти, проходящей через поверхность подвиж ного держателя и центр фотометрического шара, и на равных расстояниях больш фокусного от указанной поверхности под9вижного держателя и внешней поверхности фотометрического шара. Применение фокусирующих неподвижных зеркал и их взаимное расположение в в предлагаемом устройстве уменьшает количество вспомогательных отражений до минимума, исключает применение поворотного (подвижного) зеркала и наличие таких дополнительных фокусирующих элементов как линзы, что приводит к повышению точности измерений, к упрощению конструкции и ее юстировки. Измерение только от одной поверхности исследуемого объекта и уменьшение числа циклов измерений позволяет расширить функциональные возможности предлагаемого устройства, упрощает обработку результатов, повышает производительность и снижает энергозатраты. На чертеже схематически изображено предлагаемое оптическое устройство. Оптическое устройство содержит источник 1 излучения с оптическим элементом, фокусирующим свет внутрь оптического криостата 2 с окнами 3 и 4 на поверхность подвижного держателя 5, на которую прикреплен исследуемый объект б, оптическую систему формирования трех разделенных во времени световых каналов, которая состоит из двух .неподвижных фокусирующих зеркал 7 и 8, размещенных симметрично относительно плоскости, проходящей через поверхность подвижного держателя 5 (на которую прикреплен исследуемый объект 6) и двух светонепроницаемых синхронно-подвижных с исследуемым объектом 6, заслонок 9 и 10, установленных на равных расстояниях от входных отверстий фотометрического шара 11, внешняя поверхность которого равноудалена от отражающих поверхностей неподвижных фокусирующих зеркал 7 и 8, приемника 12 излучения н приемно-регистрирующей системы, которая состоит из электронного блока 13 обработки сигналов и двух регистрирующих приборов 14 н 15. Подвижный держатель с исследуемым . объектом 6 размещен в оптическом криостате 2 таким образом;, что поверхности окон 3 и 4 равноудалены от отражающей поверхности исследуемого объекта 6 и параллельны аи. Центр фотометрического шара 11 размещен в плоскости, проходящей через поверхность подвижного держателя 5, на которую прикреплен исследуемый объект 6. Фокусирующие зеркала 7 и 8 установлены под равными углами o(//i к падающемуна них излучению. В данном усгройсгве величина угла падения (отражения) светового потока от исследуемого объекта 6 выбирается различной, но постоянной для данной оптической системы. Устройство работает следующим образом. В первом цикле измерения световой п ток от источника 1 излучения с оптичесКИМ элементом проходит через окно 3, отражается под углом близким к нормальному, от исследуемого объекта 6 и падае на неподвижное фокусирующее зеркало 7, которое направляет его через входное отверстие внутрь фотометрического шара 11и затем регистрируется приемником 12излучения. В этом цикле измерения светонепроницаемая заслонка 9 выведен из светового потока, падающего в фотометрический шар 11 и находится в положении 9, а другай светонепроницаемая заслонка Ю закрывает другое входное отверстие. При этом в образованном световом- каналее ft измеряется интенсивность светового потока, отраженного исследуемым объектом 6 (Jo ). Iл - - Во втором цикле измерений исследуемый объект 6 выводится из светового потока с помощью подвижного держателя 5 и находится в положении б , а светоне проницаемые заслонки находятся в положениях 9 и 1О , соответственно, при этом световой поток проходит через окна 3 и 4, отражается неподвижным фокусирующим зеркалом 8 и поступает внутрь фотометрического шара 11 и -затем регистрируется приемником 12 излучения. 8этом цикле формируется световой канал 10 и происходит измерение интенсивности падающего светового потока (3 ) В третьем цикле измерений исследуемый объект 6 вводится в световой поток с помощью подвижного держателя 5 и находится в положении б , а светонепроницаемые заслонки находятся в положениях 9и 1О , соответственно,.при этом све товой поток проходит через окно 3, иссле дуемый объект- 6, окно 4, отражается неподвижным фокусирующим зеркалом 8-и поступает внутрь фотометрического шара I1и далее регистрируется приемником 12 излучения. В этом цикле измерения формируется световой канал 1у и измеряется интенсивность светового потока, прошедшего через исследуемый объект 6 (3т). Четвертый цикл измерения аналогичен второму циклу. В дальнейшем при работе устройства циклы измерений повторяются в указанной послецоватвльносги, при этом каждый из вышеперечисленных циклов формирует соответствующий световой канал. Синхронная работа подвижных элементов оптической системы формирования световых каналов (подвижный держатель 5 и све-. тонепроницаемые заслс«ки 9-и 10) ocy-i. ществляются блоком 13 электронной обработки сигналов. Измерение отношений-.Ii (где 5 - абсолютный коэффициент Ътраже- ния исследуемого объекта; Т - абсолютный коэффициент пропускания иссл дуемого объекта) осуществляется блоком 13 электронной обработки сигналов, а их ве- личины одновременно раздельно записываются двумя регистрирующими прибора- . ми 14 и 15. Оптическое устройство позволяет измерять спектральное распределение абсолютных коэффициентов отражения и пропускания в широкой области энергий нзлу- чения, и температур исследуемого объекта. В предлагаемом устройстве в качестве источника света используется двойной дифракционный монохроматор спектрометра ДФС-12 отечественного ; производства, Для измерения спектрального распределения абсолютных коэффициентов отражения и пропускания, исследуемый объект 6, например монокристалл сернистого кадмия, устанавливается на подвижный держатель 5 (язычок электро-механичес кого вибратора), который, помещается в оптический криостат 2, охлаждаемый парами хчидкого азота. Далее подвижный держатель 5 с- исследуемым объектом 6 юстируется таким образом, чтобы отраженный от него световой поток падал на зеркало 7, которое установлено на его двойном фокусном расстоянии от поверхности подвижного держателя 5, на которую крепится исследуемый объект 6, Зеркало 7 направляет этот световой поток через входное отверстие .внутрь фотометрического шара 11, внутренняя поверхность которого покрыта окисью магния. Во время измерения синхронное перемещение подвижного держ ателя 5 с исследуемым объектом 6 и светонепроницаемых заслонок 9 и 10, осуществляется с частотой 88 Гц, которые управляются , электронным блоком 13 обработки сигналов. Во время сканирования по длинам волн (от 25О до 10ОО Нм), разделен- , НЫ8 ВО времени элекгрнческие сигналы, пропорциональные отраженной (прошедшей) и падающей на исследуемый объект интенсивностям (.Зр (Л) иj)(л)f соответственно), полученные с приемника 12 излучения поступают в электронный, блок 13 обработки сигналов, где происходит измерение отношения-З -рЦ- Я(Л), где (R( Я) - спектральное распределение абсолютного коэффициента отражения), а на выходе блока величина R С X) регистри руется самописцем непосредственно в про центах. Устранение поворотного {подвияюого) зеркала и дополнительных фокусирующих линз и уменьшение циклов измерений в два раза и практически одновременная регистрация абсолютных коэффициентов отражения и пропускания обеспечивает простоту юстировки, упрощает обработку результатов, примерно в два раза (при прочих равных условиях), снижает расход электроэнергии и повышает производител ность предлагаемого устройства по сравненто с известными. Формула изобретения Устройство для измерения.абсолютных коэффициентов отражения и пропускания, содержащее источник излучения с оптическим элементом, фокусирующим свет внутрь оптического криостата на поверхность, подвижного держателя, на которую прикреплен исследуемый объект, установленные по ходу излучения, оптическую систему формирования разделённых во времани световых каналов, фотометрический шар, приемник излучения и приемно-регистрирующую систему, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и производительности, оптическая система формирования световых каналов снабжена двумя неподвижными фокусирующими зеркалами, отражающие поверхности которых установлены симметрично относительно плоскости, проходящей через поверхность -подвижного держателя и центр фотометрического шара, и на равных расстояниях больше фокусного от указанной поверхности подвижного держателя и внешней поверхности фото метрического шара. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР . № 219820, кл. С 01 J 3/42, 1966. 2.Лисица М. П. и др. Отражения монокристаллов б(ЯЗ 5е1-Х,-Физика и техника полупроводников, т. 3, вып. 7, 1969, с. 1О78-1081. 3. Лисица М. П. и др. Отражение монокристалл OBCdfSKSet X в области собственного поглощения, ,-Физика и техника полупроводников , т. .3, 1969, с. 578582 (прототип).

k

«

5