Полевой спектрометр

 

О П И C А Н И Е, 711171

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Респубпин (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 21.10 77 (21) 2536481/18 25 (5l)М. Кл. с присоединеииеее заявки М—

G 01 J 3/34

Государственный квинтет

СССР (23)Приоритет т,53) УДК 535.8 (088.8) до делам изобретений и открытий

Опубликовано 05.02.80. Бюллетень М 5

Дата опубликования описания 05,02.80

В. И. Носачев, Н. П. Ледащев, В. Г. Трошкин, С, И. Мироненков и Д. С. Булатов (72 } Авторы изобретения

Центральная экспериментально- исследовательская конструкторскотехнологическая лаборатория химизации сельского хозяйства (71) Заявитель (54) ПОЛЕВОЙ СПЕКТРОМЕТР

Изобретение относится к области спектро- метрии и предназначено для измерения спект1 рального коэффициента яркости природных образований и других исследуемых объектов в полевых условиях.

Известен спектрометр, содержащий оптическую систему, закрепленный в корпусе вращающийся диск с набором светофильтров, распо-! ложенных по окружности диска, приемник излучения и систему коммуникщии 11).

Однако, это устройство измеряет не спектральный коэффициент яркости (СКЯ), а спектр излучения, отраженного от исследуемого объекта. Для определения СКЯ с помощью этого устройства необходимо измерить также спектр излучения, отраженного от эталонного диффузно-рассеивающего экрана и затем провести математическую обработку результатов измерения.

Измерение спектров объекта и эталона раз26 делены в этом случае значительным промежутком времени, что не позволяет гарантировать одинаковость условий освещения при обоих йзмерениях и приводит к погрешностям определения СКЯ.

Высокая погрешность определения СКЯ (5 — 10%) обусловлена также тем, что существующие диффузно-рассеивающие покрытия имеют значительные отклонения от закона Ламберта, что приводит к тому, что их яркость при различных углах падения излучения (освещения) не соответствует яркости идеальной поверхности.

Известен также полевой спектрометр, содержащий входную оптическую систему, коммутатор-модулятор, диск со светофильтрами, эталонный образец и приемник излучения.

Эталонный образец представляет собой встроенньй алюминиевый диффузно-отражающий экран. Излучение, отраженное от экрана может быть направлено с IIoMoIIIbIo зеркала в основную оптическую схему (2).

Недостатком прибора является его недостаточно широкие функциональные возможности и сложность конструкции. Этот прибор не может непосредственно измерять спектральный

Коэффициент яркости, так как измеряет раз ФйййжФФ 4ййы»»»»»»ц4 ..»»»»»щь. й\»». -:-»»:й » «» ..,. . »»»с»

3 7 дельно сйектры падающего и отраженного излучения, которые затем должны подвергаться математической обработке. Алюминиевый экран не является идеальным ламбертовским рассеивателем и вносит погрешность B результат определения СКЯ.

Цель предлагаемого изобретения — расширение функциональных воэможностей и уйрошение устройства, а именно, повышение точности. ,определения СКЯ, обеспечение возможности йепосредственно измерения СКЯ без дополни.тельной обработки результатов измерений.

Для этого эталонный образец выполнен в виде интегрирующей сферы, выходное отверстие которой расположено перед коммутатором-мо . —. дулятором, а плоскость входного отверстия ориентирована под требуемым углом к падающему световому потоку.

Возможна реализация устройства, в которой входная оптическая система состоит из интегрирующей сферы по Ьходному отверстию кото Рой присоединен фокон, а выходное отверстие сферы является выходной апертурой оптической системы.

На фиг. 1 приведены один из вариантов реализации спектрометра; на фиг. 2 — приведен пример реализации спектрометра с входной оптической системой, выполненной в виде интег рирующей сферы,.

Устройство содержит входную оптическую систему 1, коммутатор-модулятор 2, приводимый в движение мотором 3, интегрирующую сферу 4 со входным 5 и выходным 6 отвер-стиями, диск со светофильтрами 7, приводймый в движение шаговым двигателем 8, приемник 9 излучения и блок 10 измерения.

Второй вариант реализации отличается тем, что входная оптическая система представляет собой интегрирующую сферу 11 сочлененную а с фоконом 12. Фокон пропускает в сферу 11 только отраженный поток излучеийя, зэк»люченный в угле, который. определяется параметрами фокона. Падающий поток через входное отверстие 5 попадает в сферу 4. Потоки излу " " чения, вышедшие иэ сфер 4 и 11, через коммутатор-модулятор 2 попадают на приемник 9 излучения. Коммутатор-модулятор представля ет собой диск с отверстиями.

Устройство работает следующим образом.

Излучение, отраженное от исследуемого объекта, через входную оптическую систему попадает надиск коммутатора-модулятора 2.

Падающее излучение полаивает во вхо»днЬе от= верстие 5 интегрйрующей сферы 4, которое располагается выше остальных частей устройства с целью исключения затененйя. Ось входного отверстия 5 должна совйадйть "c йбр»ма-лью к исследуемой поверхности. Излучение,,попавшее в сферу 4 с различных участков

14171 4

10

ЗО уменьшения временного интервала между измерениями падающего и отраженного от иссле40 дуемого объекта излучений. излуяения

25 неба, суммируется в ней и поток излучения, выхоляший из сферы 4, в точности пропорционален падаю дему потоку независимо от . угла падения, Поток излучения, прошедший через сферу 4, также попадает на коммутатормодулятор 2. При вращении коммутатор-модулятор 2 поочередно пропускает на йриемник

9 излучения, перед которым расположен один светофильтр, падающее и отраженное излучения. На выходе приемника 9 излучения образу- ется последовательность импульсов, пропорциональных падающему и отраженному потокам излучения. В блоке измерения определяется и регистрируется отношение амплитуд этих импульсов, лропорциональиое коэффициенту яркости исследуемого объекта в полосе пропускания фильтра. После окончания измерения диск со светофильтрами 7 перемещается и производится измерение коэфф щиента яркости в полосе пропускания другого фильтра.

Таким образом производится сканирование по спектру. Разрешающая способнЪсть устройства определяется только шириной полосы пропускания фильтров, а количество измеряемых, точек спектра-количествоМ светофильтров. В спектрометре могут быть предусмотрены сменные диски с фильтрами.

Устройство работает аналогично первому.

В такой конструкции легко может быть изменен угол зрения спектрометра путем смены фокона, кроме того, из-за отсутствия линзовой оптики расширяется спектральный диапазон измерений.

Таким образом, предлагаемая оптическая схема спектрометра обеспечивает непосредственное измерение СКЯ исследуемого объекта и повышение точности определения СКЯ за счет

Предлагаемый полевой спектрометр при своей высокой точности имеет простую конструкцию, à иэ-за отсутствия линзовой оптики во входной оптической системе стоимость его низка, а спектральный диапазон измерений ограничивается только примененным приемником

Интегрирующие сферы и фокон изготавливаются методом штамповки.

Формула изобретения

1 . ъ

1. Полевой спектрометр, содержащий входную оптическую систему, коммутатор-модуля,тор, диск со светофильтрами, эталонный образец н приемник излучения, о тл и чаю щи йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и упрощения, эталон71 иый образец выполнен в виде интегрирутощей сферы, выходное отверстие которой расположено перед коммутатором-модулятором, а плос- кость входного отверстия ориентирована параллельно плоскости образца, 2.Спектрометрпо и. l,о тл ич а юшийс я тем, что входная оптическая система состоит из интегрируюшей сферы, ко входному отверстию которой присоединен фокон, а вы4171

6 ходкое отверстие сферы является выходной апертурой оптической системы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе, 1. Авторское свидетельство СССР Р 147810 кл. 6 01 J 3/34, 19б1, 2. "Приборы для научных исследований", У 5, 1973, с. 81-85.

714171

Составитель А. Качанов

Техред . М.Петко

Редактор 5. Павлов

Корректор II. Стен

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 9269/34 Тираж 713

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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