Способ измерения коэффициентов пропускания оптических материалов и коэффициентов отражения зеркал Советский патент 1981 года по МПК G01J1/26 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПРОПУСКАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И КОЭФФИЦИЕНТОВ ОТРАЖЕНИЯ Изобретение относится к фотометрии и может быть использовано для измерения поглощающих и отражающих свойств оптических элек1ентов и материалов. Известны способы измерения коэффициентов пропускания оптических материалЬв и коэффициеетов отражения зеркал, при осуществлении которых световой поток ис точника пространственно разделяют на измерительный и эталонный пучки, направляют на образец, регистрируют и по полученным сигналам судят о требуемом параметре 1. Недостаток способов - малая тючность измерений. . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ из мерения коэффициентов пропускания опти ческих материалов и коэффициентов отра- жения зеркал, при котором световой поток от источника пространственно раздел5пот на измерительный и эталонный пучки, про пускают измерительный пучок через .носледуемый образец или отражают его от ЗЕРКАЛ исследуемого зеркала, проводят временное разделение пучков, подают их на фотоприемиик и сравшгаают выходные сигналы фотоприемника, определяя таким образом измеряемые коэффициенты З1ропускания или отражения. Сравнение выходных сигналов фотоприемника от измерительного и эталонного пучков проводят, как 1фавило, путем подачи их на два входа дифференциального усилителя, при этом выходной сигнал усилителя оказывается пропорциональным измеряемым коэффициентом пропускания или отражения И. Однако из-за нестабильности к(ффициента усиления усилителя, вызванной, нащгамер, измененнями температуры окружающей среды, точность измерений оказывается сравнительно низкой, что явл ieтcя. существенным недостатком этого способа. Цель изобретения - повыщение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измерений, при котором световой поток ет источника просо ранственно ргоделяют на измерительный и эталонный пучки, пропускают измерительный пучок через исследуемый образец или - отражают его от исследуемого зеркала, проводят временное разделение пучков и подают их на фотоприемник, эталонный пучок дополнительно модулируют путем пе риодического прерывания его при помощи модулятора в виде вращающегося сектора «с центральным углом регулируемой величины, выходные сигналы фотоприемника интег рируют, регулируют величину центрального угла сектора модулятора таким образом, чтобы проинтегрированные выходные сигналы фотоприемника от измеритель ного и эталонного пучков сравнялись меж ду собой и по отнощению величины центрального угла сектора модулятора к углу 360 определяют коэффициенты пропус I кания или отражения иccлeдye fыx образцов. На фиг. 1 приведена одна из возможных схем устройства для реализации способа; на фиг. 2 - модулятор а виде сектора с центральнь)м углом регулируемой величины; на фиг. 3 - временные диаграммы световых ПО оков измерительного и эталонного пучков на фот яфиемнике. Устройство содержит источник 1 света, светоделительный элемент 2, зеркала 3,4 и 5, модулятор 6, выполненный в виде сектора с регулируемым центральным углом, соединенный с двигателем 7, диафрагму 8 с двумя отверстиями, модулятор 9, соединенный с двигателем 10, интегрирующий фотоприемник И.коммутатор 11, коммутатор 12, дифференциальный усилитель 13 и исследуемый образец 14. Способ осуществляется следующим образом. Световой поток источника 1, в качестве которого может быть использовал ла3iep, при помощи светоделительного элемента 2 пространственно разделякхг на из мерительный и эталонный пучки. Измерительный пучок отражают от зеркала 3, пропускают через исследуемый образец 14 отражают от зеркал 4 и 5, пропускают через одно из отверстий диафрагмы 8 и , подают на чувствительную площадку фотоприемника 11. Эталонный пучок через другое отверстие дйа4рагмы 8 подают на тот же фотоприемник 11. Модулятор 9, соединенный с двигателем 10, попеременно перекрывает отверстия диафрагмы 8, в результате чего производится временное разделение измерительного и эталонного пучков и они поступают на фотопрмемник попеременно. С фотоприемника 11 электрические сигналы от измерительного и эталонного пучков поступают на коммутатор 12, Коммутатор, связанный с двигателем 10 попеременно подключает входы дифференциального усилителя 13 к выходу фотоприемника таким образом, что на один из входов усилителя всегда подается сигнал от измерительного пучка, а на другой - сигнал от эталонного пучка. Этал«5нный пучок перед подачей на фотоприемник модулируют, Модуляция эталонкого пучка в предлагаемом способе осуществляется путем периодического прерывания его при помощи модулятора 6, выпол ненного в виде сектора с центральным углом регулируемой величины (фиг. 2), вращаемого двигателем 7. Как видно из временных диаграмм (фиг. 3), световой поток измерительного пучка световой пучок эталонного пучка Фд-г на фотоприемнике имеют вид прямоугольных импульсов длительностью и , при этом интенсивность излучения в измерительном пучке (амплитуда импульсов Фц13| оказывается ниже, чем интенсивность излучения в эталонном пучке (амплитуда импульсов Фд за счет того, что измерительный пучок проходит исследуемый образец, и частично поглощается в нём, Кроме того, за счет периодического прерьтания на модуляторе 6, в импульсе имеются перерывы. Скорость вращеотя модулятора 6 выбирается такой. чтобы период модуляции импульсов светошго потока эталонного меньше длительности этих импульсов f , в результате чего количество перерывов в импульсе Ф при реальных измерениях оказывается существенно больше, чем ЭТ0 условно изображено на фиг. 3. Оеред подачей выходных сигналов фотоприемника на дифференциальный усилитель их интегрируют. Постоянн/ая времени интегрирования выбирается много мень1ие длительности импульсов светового потока измерительного и эталонного пучков и много больше периода модуляции импульса светового потока эталонного пучка. Интегрирование сигналов может проводиться в самом фотоприемнике за счет соответствующего выбора его постоянной времени. При этом выходной сигнал фотоприемника от импульса Ф оказывается пропорциональным амплитуде этого импульса, а выходной сигнал от импульса Ф дт - среднему значению амплитуды этого импульса за его длительность. Затем производят регулировку величин центрального угла d, сектора модулятор При изменении величины угла d происходит изменение длительности перерывов в импульсе Ф , а оледовательно, и изменение среднего значения амплитуды импульса за его длительность. Поэтому, регулируя величину центрального угла сектора модулятора 6, можно добиться того, что выходные сигналы фотоприемника от измерительного и эталонного пучков сравниваются между собой. Это происходит тогда, когда ослабление, вносимое модуля тором 6 в эталонный пучок, компенсирует уменьшение амплитуды импульса световог потока измерительного пучка за счет npioхождения последнего через исследуемый образец, т.е. ослабление эталонного пучка равно ослаблению измерительного. Коэффициент ослабления эталонного пучка равен отношению вел гчине центрального угла oL сектора к центральному углу полного круга, т.е.,к углу 360 . При равенстве выходных сигналов фотоприемника от измерительного и эт 1лон- ного пулков выходной сигнал дифференциального усилителя 13 равен нулю. Таким образом, в предлагаемом способе вместо измерения выходного сигнала дифференциального усилителя производится фиксация момента равенства нулю этого сигнала, вследствие чего на результат измерений не оказывает влияния температурная и другие нестабильности коэффициента усдаления дифференциального усилителя и точность измерений определяется в OCHOBHCTV точностью измерения коэффициента ослабления в эталонном пучке. Таким образом задача измерений коэффициента пропускания исследуемого образца сводится к измерению отношения величины центрального угла сектора к углу 360°, Последние, чисто механические измерения могут быть произведены с высокой точностью. Так, например, при точности измерения величины центрального угла сектора 10 угловых минут, что впопне. осуществимо, точность вычисления отношения величины этого угла к углу Seof а следовательно, и точность взмереивй коэф ящиентов пропускании оптических матери алов оказывается О,О5%, что существенно выше, чем стабильность коэффициента усиления дифференциального, усилителя,о редел5пошая точность измерений в известных способах. Следует отметить, что отраженно измерительного пучка от зеркал 3,4 и 5 вносит погрешность в результат измерений за счет потерь на отражение от этих зеркал. Для устранения этой систематической погрешности измерений производится обн ление устройсгва. При этом величина центрального угла сектора модулятора регулируется таким образом, что сигнал на выходе дифферен11.иального усилителя равняется нулю цри отсутствии исследуемого, образца, а ослабление, вносимое в этом случае в эталонный пучок, учитывается при определении измеряемых коэффициентов. При измерениях коэффициентов отражения зеркал предлагаемым способом исследуемое зеркало помещают в измерительный пучок вместо одного из зер.кал устройства, например вместо зеркала 3. Таким образом предлагаемый способ позволяет существенно повысить точность измерений коэффициентов пропускания оптических материалов и коэффициентов отражения зеркал. Формула изобретения Способ измерения коэффициентов пропускания оптических материалов и коэффициентов отражения зеркал, при котором световой поток источника пространственно разделяют на измерительный и эталонный пучки, пропускают измерительный пучок через исследуемый образец или отражают его от исследуемого зеркала, проводят временное разделение пучков и подают их на фотоприемшис, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, эталонный пучок дополнительно модулируют путем периодического прерывания его при помощи модулятора в виде вращающегося сектора с центральным углом регулируемой величины, выходные сигналы фотоприемника интегрируют, регулируют величину центрального угла сектора модулятора таким образом, чтобы , проинтегрированные выходные сигналы фотопри- емника от измерительного и эталонного пучков сравнялись между собой и по отношению величины центрального угла сектора к углу ЗбО определяют коэффициенты пропускания или отражения исследуе-. мых образцов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 542915, кл. Q О1J- 1/04, 1977. 2.Патент «ИРГ № 1281170, кл. 42 li 17/02 (прототип).

Г . I

КХ

ч

м

Сч|

Т 666375

Ф

эт I

Фиг.З