Способ определения спектральных направленно-полусферических коэффициентов отражения образцов

 

Использование: исследование фотометрических характеристик образцов. Сущность изобретения: осуществляют сканирование сечения пучка лучей приемником излучения или непрозрачным экраном с отверстием, измеряют текущие координаты и напряжения сканируемых точек сечения и по формуле определяют коэффициент отражения образцов, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я 5 G 01 N 21/55

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 (21) 4845662/25; 4845661/25 (22) 02.07.90 (46) 23.10.92. Бюл. N 39 (71) Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт

{72) Н.И.Судариков. И.В.Скоков. А.Л.Титов и Е.К.Фомичев (56) Авторское свидетельство СССР

N 549855, кл. G 01 N 21/55, 1977.

Топорец А,С. Оптика шероховатой поверхности. Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение. 1988, с, 22.

Изобретение относится к области исследований фотометрических характеристик материалов. а более конкретно — к технике измерений спектральных направленно-полусферических коэффициентов отражения образцов материалов, Известен способ определения спектральных направленно-полусферических коэффициентов отражения, при котором освещают последовательно образец и эталон по нормали к поверхности и измеряют интенсивность света. отраженного в обратном направлении, измеряют индикатрису обратного отражения образца, освещают эталон и образец при заданном угле падения и измеряют интеНсивность света. отраженного в зеркальном направлении, а также угол поворота образца, при котором интенсивность отраженного света уменьшается в

2 раза по сравнению с зеркальным направ..- лением, и по результатам проведенных измерений рассчитывают направленно-полусферический коэффициент отражения.

Наиболее близким к изобретению явля. ется способ, при котором освещают измеряемый и эталонный образцы, ДЛ 1770850 А1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ НАПРАВЛЕННО-ПОЛУСФЕРИЧЕСКИХ КОЗФФИЦИЕНТОВ ОТРАЖЕНИЯ

ОБРАЗЦОВ (57) Использование: исследование фотометрических характеристик образцов. Сущность изобретения: осуществляют сканирование сечения пучка лучей приемником излучения или непрозрачным экраном с отверстием, измеряют текущие координаты и напряжения сканируемых точек сечения и по формуле определяют коэффициент отражения образцов, 3 ил. последовательно помещаемые в фокус вогнутого параболического зеркала, монохроматическим светом со стороны параболического зеркала, причем измеряемый образец освещают под углом р, а эталонный — под углом р, при котором он аттестован, осуществляют прием отраженного образцами излучения и измерение соответствующих напряжений Uo и U3 на выходе приемника излучения, помещаемого в фокус дополнительного параболического зеркала, соосного с первым и обращенного к нему вогнутой поверхностью, а направленно-полусферический коэффициент отражения измеряемого образца находят из соотношения; . ИЮ;»)=р (Ю- 2 )

Оэ где р (ДЪ, 2 л) — паспортное значение коэффициента отражения эталонного образца.

Однако, если приемник излучения имеет неравномерную угловую чувствительность. то коэффициент отражения измеряемого образца апределяетс" достаточно точно лишь R том случае, когда про1770850 странственные индикатрисы отражения измеряемого и эталонного образцов примерно одинаковы. В противном случае, коэффициент отражения измеряемого образца определяется с погрешностью, величина которой зависит от характера угловой чувствительности приемника и вида индикатрисы отражения измеряемого и эталонного образцов. Кроме того, дополнительные ошибки могут возникать вследствие экранировки отраженного образцами излучения конструктивными элементами, например, самими образцами, оправами зеркал и др.

Целью изобретения является повышение точности определения спектрального направленно-полусферического коэффициента отражения измеряемого образца за счет уменьшения погрешности, связанной с неравномерностью угловой чувствительности приемника излучения, Повышение точности, достигаемое при использовании изобретения, подтверждено расчетами. Дополнительным преимуществом изобретения является возможность повышения точности путем учета экранировки конструктивными элементами отраженного образцами излучения, а также возможность измерения относительных пространственных индикатрис отражения образцов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, при котором освещают измеряемый и эталонный образцы, последовательно помещаемые в фокус вогнутого параболического зеркала, монохроматическим светом со.стороны параболического зеркала, причем измеряемый образец освещают под углом ро, а эталонный — под углом +, при котором он аттестован, осуществляют прием отраженного образцами излучения и измеряют соответствующие напряжения на выходе приемника излучения, сканируют последовательно для каждого из образцов сечение пучка лучей, формируемого параболическим зеркалом, измеряют текущие координаты сканируемых точек сечения, прием излучения, отраженного образцами, и измерение напряжений производят для каждой сканируемой точки сечения, а спектральный наи равленнб-полусферический коэффициент отражения измеряемого образца определяют по формуле: р(р,,2л) =р,(<р,,2к) х г Оo у эо х

1. образец 3, установленный в фокусе зеркала

2, плоское зеркало 4, расположенное под

50 углом 45О к оптической оси зеркала 2, приемник излучения 5, осветитель 6, состоящий из источника света 7 с диафрагмой 8, обтюpampa 9 и приемника излучения 10 опорного канала. Световой диаметр Оо зеркала 2 выбран из условия Dp = 4К где fi- фокусное расстояние зеркала 2. Плоское зеркало,4 имеет возможность линейного перемещения в направлении, перпендикулярном оптической оси зеркала 2, что позволяет

45 где ра (уъ, 2 л) — паспортное значение коэффициента отражения эталонного образца; у, z — текущие координаты сканируемых точек сечения пучка относительно оптической оси пучка;

Оо(у,z); Иэ(у,г) — зависимости выходных напряжений приемника излучения от координат у, z при освещении соответственно измеряемого и эталонного образцов;

Sg — зависимость чувствительности приемника излучения от угла падения света у на приемник;

Sp, S — площади поперечного сечения пучков, формируемых параболическим зеркалом при освещении соответственно измеряемого и эталонного образцов.

Сканирование сечения пучка лучей, формируемого параболическим зеркалом, может осуществляться двумя способами. По первому способу сканирование производят перемещением приемника излучения, а по второму — перемещением непрозрачного поглощающего экрана с отверстием, при этом прием излучения, отраженного образцами, осуществляют приемником излучения, помещаемым в фокус дополнительного параболического зеркала, соосного с первым и обращенного к нему вогнутой поверхностью.

На фиг.1 приведена схема устройства, реализующего способ определения коэффициентов отражения, при котором сканирование осуществляют перемещением приемника излучения; на фиг,2 — схема устройства, в котором сканирование осуществля ют перемещением неп розрачного поглощающего экрана с отверстием; на фиг.3 графические зависимости погрешности определения коэффициента отражения от угла освещения образца уъ для указанных способов, а также для способа-прототипа.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами. Устройство содержит светонепроницаемую камеру 1, параболическое зеркало 2, измеряемый (эталонный) 1770850

10 изменять угол падения света на образец 3.

Приемник излучения 5 с помощью устройства сканирования имеет возможность перемещения в плоскости, перпендикулярной оптической оси зеркала 2. Спектральный направленно-полусферический коэффициент отражения определяют следующим образом. Измеряемый и эталонный образцы последовательно помещают в фокус зеркала 2, а плоское зеркало 4 устанавливают в положение, обеспечивающее освещение образцов под требуемыми углами. Источник света

7 формирует параллельный пучок лучей монохроматического света. Промодулированный обтюратором пучок источника последовательно отражается от зеркала 4, зеркала 2 и падает на образец, а также после отражения от обтюратора поступает на приемник 10 опорного канала. Излучение, отраженное образцом, собирается зеркалом 2, которое формирует параллельный пучок лучей. Перемещением приемника 5 сканируют сечение сформированного пучка, при этом текущие выходные напряжения приемника 5 и приемника 10 подаются на вход вычислительного устройства, которое вычисляет текущие координаты у, z приемника 5 относительно оптической оси зеркала 2, а также осуществляет нормировку значений выходных напряжений приемника

5 относительно значений выходных напряжений приемника 10, После выполнения указанных операций для измеряемого и эталонного образцов вычислительное устройство определяет коэффициент отражения измеряемого образца по приведенному выше соотношению, в котором Uo(y,z). U (у.z)— зависимости нормированных значений выходных напря>кений приемника 5 от координат у, z при освещении соответственно измеряемого и эталонного образцов. При сканировании чувствительная площадка приемника 5 находится под одним и тем же углом к падающему излучению, поэтому величина S(y) является постоянной и после вынесения за знак интеграла в числителе и знаменателе выражения может быть сокращена.

Устройство на фиг.2 содержи те же элементы, что и устройство на фиг,1, а также дополнительное параболическое зеркало

11, соосное с зеркалом 2 и обращенное к нему вогнутой поверхностью, и непрозрачный поглощающий экран 12 с отверстием

13. Экран 12 с помощью устройства сканирования имеет возможность перемещения в плоскости, перпендикулярной оптической оси зеркал 2 и 11. Приемник 5 установлен в фокусе дополнительного зеркала 11. Коэффициент отражения определяют следующим образом, Измеряемый и эталонный образцы освещаются так >ко, как и в предыдущем устройстве. Излучение, отра.к»нно» образцом, собирается зеркалом 2, которое формирует параллельный пучок лучей.

Часть сформированного пучка проходит через отверстие !3 экрана 12 и, отражаясь от зеркала 11, падает на приемник 5 под углом у, равным

4 +т

4f>2 у2 2 где у, z — координаты отверстия 13 относительно, оптической оси зеркал ? и 11;

f фокусное расстояние зеркала 11.

Перемещением экрана 12 сканируют отверстием 13 сечение сформированного пучка, при этом текущие выходные напряжения приемников 5 и 10 подаются на вход вычислительного устройства, которое вычисляет текущие координаты у, z отверстия 13, текущие значения угла падения у, определяет соответствующие значения чувствительности S(y) приемника 5. а также осуществляет нормировку значений выходных напряжений приемника 5 относительно значений выходных напряжений приемника 10. После выполнения указанных операций для измеряемого и эталонного образцов вычислительное устройство определяет коэффициент отражения измеряемого образца по приведенному выше соотношению.

HopMwpGDKB значений выходных напря- жений приемника 5 в описанных устройствах производится с целью исключения влияния на результаты измерений дрейфа мощности источника света 7. При высокой стабильности источника света опорный канал в устройствах может отсутствовать, а вычислительные операции могут осуществляться непосредственно с выходными напряжениями приемника 5.

В качестве примера на фиг.3 приведены расчетные зависимости относительной погрешности определения коэффициента отражения образца от угла освещения образца ро, подтверждающие эффективность изобретения, где кривая 1 соответствует погрешности определения коэффициента отражения с пол4ощью описанных устройств, а кривая 2 — устройств, реализующих способ-прототип. Расчеты проведены для измеряемого образц> с полушириной индикатрисы силы света»0 уровню 0,5. равной 20О, для диффузно отражающего эталонного образца и приемника излучения с косинусоидальной зависимостью угловой чувствительности.

Значения светового диаметра и фокусного

1770850

8. у Яо(g 2)

s, Ь) х расстояния параболических зеркал в расчетах принимались равными соответственно

240 мм и 60 мм, а диаметр образцов -20 мм.

Формула изобретения Б

1, Способ определения спектральных направленно-полусферических коэффициентов отражения образцов, при котором освещают измеряемый и эталонный образцы, 10 последовательно помещаемые в фокус вогнутого параболического зеркала, монохроматическим светом со стороны параболического зеркала, причем измеряемый образец освещают под углом pÚ, а эта- 15

;- лонный — под углом р, при котором он аттестован, осуществляют прием отраженного образцами излучения и измеряют соответствующ ие напряжения на выходе приемника излучения, о т л и ч а ю-шийся 20 тем, что, с целью повышения тсчности за счет уменьшения погрешности, связанной с неравномерностью угловой чувствительности приемника излучения, сканируют последовательно для ках<дого из образцов сечение 25 пучка лучей, формируемого параболиче-ским зеркалом, измеряют текущие координаты сканируемых точек сечения, прием излучения; отраженного образцами, и измерение напряжений производят для каждой 30 сканируемой точки сечения, а спектральный направленно-полусферический коэффициент отражения измеряемого образца определяют по формуле р(р.,г г)=р.(p,,г г)Х 35 где ра (yb, 2 и) — паспортное значение коэффициента отражения эталонного образца; у, 2 — текущие координаты сканируемых точек сечения пучка относительно оптической оси пучка;

Щу 2), Щу,z) — зависимости выходных напряжений приемника излучения от координат у, z при освещении соответственно измеряемого и эталонного образцов;

S(g — зависимость чувствительности приемника излучения от угла падения света у на приемник;

So, S — площади поперечного сечения пучков, формируемых параболическим зеркалом при освещении соответственно измеряемого и эталонного образцов.

2. Способ по п,1, о т,л и «о шийся тем, что сканирование сечения пучка лучей производят перемещением приемника излучения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что сканирование сечения пучка лучей производят перемещением непрозрачного поглощающего экрана с отверстием, а прием излучения, отраженного образцами, осуществляют приемником излучения, помещаемым в фокус дополнительного параболического зеркала, соосного с первым и обращенного к нему вогнутой поверхностью.

1770850

Ю Ю SO ж М Ю О бт.,гРад

Фиг. Г

Составитель H. Судариков

Техред M.Moðãåíòàë Корректор, И. Муска

Редактор Т. Иванова

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, уп.Гагарина, 101

Заказ 3737 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5