Устройство для измерения коэффициента поглощения Советский патент 1982 года по МПК G01N21/55 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ

I

Изобретение относится к фотометрии, в частности к созданию аппаратуры, для измерения коэффициента поглощения приемного элемента, непрерывного оптического излучения.

Известно устройство для измерения коэффициента поглощения приемного элемента оптического излучения, содержащее источник излучения, интегрирующую сферу с входными и выходными отверстиями, в выходном отверстии которой попеременно размещены исследуемый приемный элемент или заглушка, имеющая покрытие, аналогичное покрытию сферы и регистратор, связанный одним из входов с интегрирующей сферой 1 .

Недостатком .известного устройства является низкая точность измерения, обусловленная неоднородностью измерения падающего и отраженного потоков.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является

устройство для измерения коэффициента поглощения, содержащее источник излучения, установленные по ходу излучения модулятор, интегрирующую сферу с фотоприемником на выходе, который подсоединен к двухканальному регистратору, каждый из каналов которого соединен с соответствующим датчиком опорного сигнала оптического модулятора, при этом датчики опорного сигнала модулятора выполнены таким образом, что их сигналы сдвинуты относительно друг друга по фазе на 90 из.

: Однако устройство имеет низкую точность измерений коэффициента поглощения, обусловленную неравномерностью распределения мощности излучения по сечению пучка.

Цель изобретения - повышение точности измерения коэффициента поглощения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения 392 коэффициента поглощения, содержащее источник излучения, установленные по ходу излучения модулятор, интегрирующую сферу с фотоприемником на выходе, который подсоединен к двухканальному регистратору, каждый из каналов которого соединен с соответствующим датчиком опорного сигнала оптического модулятора, при этом датчики опорного сигнала модулятора выполнены таким образом, что их си1- на/ш сдвинуты относительно друг друга по фазе на ЭО, снабжено двумя дополнительными интегрирующими сферами, имеющими идентичные покрытия на внутренних поверхностях, и зеркалом, при этом дополнительные сфе-. ры жестко механически и оптически со ленены с основной сферой, первая дополнительная сфера расположена по хо ду излучения за модулятором, а вторая дополнительная сфера расположена по ходу излучения за зеркалом, установленным по ходу излучения за модулятором, в выходном отверстии первой дополнительной сферы установлено средство для крепления образца, а в выходном отверстии второй дополнител ной сферы установлена заглушка, имедащая покрытие, идентичное покрытию дополнительных сфер. На чертеже представлена схема уст ройства. Устройство содержит источник 1 из лучения, интегрирующую сферу 2 с фотоприемником 3 на выходе,-который через предварительный усилитель 4 подсоединен к двухканальному регистратору 5. Каждый из каналов регистратора соответственно содержит усилитель 6 или 7 и синхронный детектор 8 или 9. На синхронные детекторы 8 и 9 пос тупают сигналы с соответствующих датчиков 10 и 11 опорных сигналов, сдвинутых друг относительно друга по фазе на 90 и расположенных на мо дуляторе 12. Модулятор 12 выполнен, например, в виде пластины с прорезями и находится по ходу излучения пе ред ВХОДОМ I первой дополнительной сферы 13, в выходном отверстии ко торой установлен исследуемый приемный элемент 15. Перед входом второй дополнительной сферы 16 по ходу излучения за модулятором 12 расположено зеркало 17. В йыходном отверстии 18 сферы 16 установлена заглушка 19 меющая покрытие, аналогичное покрыию дополнительных сфер 13 и 16. Сферы 13 и 16 идентичны по оптическим параметрам. Оптически и механически дополнительные сферы 13 и,1б естко сочленены с основной сферой 2, т.е. в точках сочленения 20 и 21 выходные отверстия дополнительных сфер совмещены с входными отверстиями основной сферы 2. Устройство работает следующим образом. До проведения измерения проводят калибровку устройства и убеждаются в идентичности сфер 13 и 16. Калибровка каждого канала производится поочередно. Так как датчики опорного напряжения сдвинуты по фазе на 90, то и полезный сигнал в кажг дом канале должен отличаться на 90. Поэтому при подаче мощности в пбрвый канал производят подстройку сдвига фазы так,.чтобы в первом канале сигнал соответствовал своемумаксимуму, а во втором канале в этом случае сигнал должен равняться нулю. Затем такую же операцию необходимо проделать со вторым каналом. .После подстройки фазового сдвига в сфере 13 nepBorcf канала убирается исследуемый приемный элемент 1 5 и, таким образом, подаваемая мощность проходит сферу 13 насквозь, и сигнал, регистрируемый первым каналом регистратора 5,соответствует нулевому значению. Затем на место исследуемого приемного элемента 15 устанавливается заглушка 19 с покрытием, аналогичным покрытию дополнительных сфер. В таком положении регистрируется сигнал, пропорциональный, подаваемой мощности, после чего аналогичная операция проделывается со второй дополнительной сферой 16. При убранной заглушке 19 регистрируется сигнал нулевого уровня и ручкой установки нуля на синхронном детекторе 9 устанавливается отсчет нуля аналогичный отсчету нуля в первом канале. После этого устанавливается заглушка 19 и в таком положении регистрируется сигнал, пропорциональный подаваемой мощности во втором канале. Регулировкой коэффициента усиления второго канала добиваются того, чтобы уровень записываемого сигнала во втором канале соответствовал уровг ню сигнала первого канала, после чего установка готова к работе. Измерения осуществляют так. Поток излучения от источника 1 направляют на оптический модулятор 12, от которого он отражается и через входное о верстие дополнительной сферы 13 попа дает на исследуемый приемный элемент 15 установленный в выходном отверстии И этой сферы. Отраженный от приемного элемента 15 поток интегриру ется в сфере 13 и через отверстие 20, общее для сфер 2 и 13, проходит в сферу 2. Падающий поток излучения,прошедши модулятор 12 отража.ется от зеркала 1 и попадает через входное отверстие, дополнительной сферы на заглушку 19 имеющую покрытие, аналогичное покрытию сферы, интегрируетсяв этой сфер и через отверстие, общее для сфер 2 и 16, проходит в. сферу 2. Падающий и отраженный потоки, диф фузионно-рассеянные в сфере 2, фикси руются фотоприемником 3, установленным В данной сфере 2 и соединенным с. двухканальным регистратором 5. Для измерения величин этих потоко их разделяют с помощью синхронных де текторов 8 и 9, установленных в каждом канале регистратора 5, на которые подается напряжение с датчиков опорного сигнала модулятора, сдвинутых относительно друг друга ,по фазе на 90. Измерив одновременно падающий и отраженный потоки, определяют коэффи циент поглощения исследуемого приейного элемента по закону Кирхгофа Таким образом, одновременное измерение падающего и отраженного потоков при помощи двух дополнительно введенных интегрирующих сфер дает , возможность исключить влияние нестабильностей источника излучения (интегральной и по пучку) и снизить влияние геометрических и фотометрических неоднородностей в параметрах сфер, что позволяет повысить точность определения коэффициента поглощения при непрерывном излучении. Формула изобретения Устройство для измерения коэффициента поглощения, содержащее источник излучения установленные по ходу излучения модулятор, интегрирующую сферу с фотоприемником на выходе, который подсоединен к двухканальному регистратору, каждый из каналов которого соединен с соответствующим датчиком опорного сигнала оптического модулятора, при этом датчики опорного сигнала модулятора выполнены таким образом, что их сигналы сдвинуты относительно друг друга по фазе на 90, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, устройство снабжено двумя дополнительными интегрирующими сферами, имеющими идентичные покрытия на внутренних поверхностях, и зеркалом, при этом дополнительные сферы жестко механически и оптически сочленены с основной сферой, первая дополнительная сфера расположена по ходу излучения за модулятором, а вторая дополнительная сфера расположена по ходу излучения за зеркалом, установленным по ходу излучения за модулятором, в выходном отверстии первой дополнительной сферы установлено средство для крепления образца, а в выходном отверстии второй дополнительной сферы установлена заглушка, имеющая покрытие, идентичное покрытию дополнительных сфер. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.A.H.Taylor The Measurement of Diffuse Reflection Factors and New absolute Reflectometer J.Opt.Soc. of America 1920; vol.; Э. 2.Патент ЯпониК V 52-t0032,; КЛ, 111 F 5, опублик. 1969 (прот тип).