Способ измерения коэффициентов пропускания оптических материалов и коэффициентов отражения зеркал

 

ОЛ ИСАЙИ Е

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Респубпии

««868375

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено07.01.80 (2l ) 2865725/18-25 (5I)M. Кл.

G 017 1/26 с присоединением заявки М3ЪеударстваавН квинтет

СССР

ID делан иэе4ретений н вткрытнй (23)Приоритет

Опубликовано 30.09,81. Бюллетень М 36 (53) УДК 535. .242 (088.8) Дата опубликования описания 03.10.81

О. А. Волков и С. Д. Чечин (72) Авторы изобретения

q Г« (7l ) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПРОПУСКАНИЯ

ОПТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И КОЭфФИШЛЕНТОВ ОТРАЖЕНИЯ

ЗЕРКАЛ!

Изобретение относится к фотометрии и может быть использовано для измерения поглошающих и отражающих свойств оптических элементов и материалов.

Известны,способы измерения коэффициентов пропускания оптических материалов и коэффициентов отражения зеркал, при осуществлении которых световой поток аоточника пространственно разделяют на измерительный и эталонный пучки, нап-:. равляют на образец, регистрирукт и по

ФО полученным сигналам судят о требуемом параметре f1j .

Недостаток способов - малая точность измерений.

1$

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерения коэффициентов пропускания оптических материалов и коэффициентов отражения зеркал, при котором световой поток от источника пространственно раэделяк г на измерительный и эталонный пучки, про» пускают измерительный пучок через .sa следуемый образец или отражают его от исследуемого зеркала, проводят временное разделение пучков, подают их на фигоприемник и сравнивают выходные сигналы фотоприемника, определяя таким образом измеряемые коэффициенты лропускания или отражения. Сравнение выходных сигналов фотоприемника от измерительного и эталонного пучков проводят, как правило, путем подачи их на два входа дифференциального усилителя, при этом выходной сигнал усилителя оказываетоя пронорциональ ным измеряемым коэффициентом пропускания или отражения 12 . . Однако иэ-за нестабильности коэффициента усиления усилителя, вызванной, например, изменениями температуры окружающей среды, точность измерений оказывается сравнительно низкой, что является существенным недостатком этого способа.

Uem изобретения - повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измерений, при котором световой поток ет источника прост8375

Перед подачей ВыхОдных сиГналоВ ФОТО»

45 приемника на дифференциальный усилитель их интегрируют. Постоянная времени интегрирования выбирается много меньше длительности импульсов светового потока измерительного и эталОнноГО пучков и мноГО

50 больше периода модуляции T <<* 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 Фи, оказываетсЯ пРопоРциональным амплитуде этого импульса, а выходной сигнал m импульса Ф9 - сред3 86 ранственно 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 фотоприемник, эталонный пучок дополнительно модулируют путем периодического прерывания его при помощи модулятора в виде вращающегося сектора а= центральным углом регулируемой величины,вымэцные сигналы фотоприемника интегрируют, регулируют величину центрального угла сектора модулятора таким образом, чтобы проинтегрированные выходные сигналы фотоприемника от измерительного и эталонного пучков сравнялись между собой и по отношению величины центрального угла сектора модулятора к уго лу 360 определяют коэффициенты пропус1 кания или отражения исследуемых образцов.

На фиг. 1 приведена одна иэ возможных схем устройства для реализации способа; на фиг. 2 — модулятор в виде сектора с центральным углом регулируемой величины; на фиг. 3 — временные диаграммы световых поч оков измерительного и эталонного пучков на фот жриемнике.

Устройство содержит источник 1 света, светоделительный элемент 2, зеркала

3,4 и 5, модулятор 6, вь полненный в виде сектора с регулируемым центральным углом, соединенный с двигателем 7, диафрагму 8 с двумя отверстиями, модулятор 9, соединенный с двигателем 10, интегрирующий фотоприемник 1 1, коммутатор 11, коммутатор 12, дифференциальный усилитель 13 и исследуемый образец 14.

Способ осуществляется следующим образом.

Световой поток источника 1, в качестве которого может быть использован ла- аер, при помощи светоделительного элемента 2 пространственно разделякт на измерительный 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 фото« приемника 11. Эталонный пучок через другое отверстие диафрагмы 8 подают на тот же фотоприемник 11. Модулятор 9, Ю соединенный: с двигателем 10, попеременно перекрывает отверстия диафрагмы 8, в результате чего производится временное разделение измерительного и эталонного

4 пучков и они поступают на фотоприемник 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 иэ входов усилителя всегда подается сигнал от измерительного пучка, а на другой — сигнал от эталонного пучка.

Эталонный пучок перед подачей на фотоприемник моцулируют Модуляция эталонного пучка в предлагаемом способе осуществляется путем периодического прерывания его при помощи модулятора 6, выполненного в виде сектора с центральным углом регулируемой величины (фиг. 2), вра20 шаемого дв:дателем 7. Как видно иэ временных диаграмм (фиг. 3), световой поток измерительного пучка Фи и световой пучок эталонного пучка Ф . на фотоприемнике имеют вид прямоугольных им25 пульсов длительностью 7, при этом интенсивность излучения в измерительном пучке (амплитуда импульсов Ф „ оказывается ниже, чем интенсивность излучения в эталонном пучке (амплитуда импульсов Ф за счет того, что измери30 тельный пучок проходит через исследуемый образец. и частично поглошается в нем.

Кроме того, за счет периодического прерывания на модуляторе 6, в импульсе

Ф > имеются перерывы. Скорость враЗ5 щения модулятора 6 выбирается такой, чтобы период модуляции импульсов световго потока эталонного пучка Ти был бы меньше длительности этих импульсов л, в результате чего количество пере40 рывов в импульсе Ф при реальных измерениях оказывается существенно больше, чем это условно изображено на фиг. 3. центрального угла Д. сектора модулятора.

При изменении величины угла d происходит измеиение длительности перерывов в импульсе Ф, а оледовательно, и изменение средйего значения амплитуды импульс са 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!

О тогда, когда ослабление, вносимое модуля- 15 тором 6 в эталонный пучок, компенсирует

5 8683 нему значению амплитуды этого импульса за его длительность.

Затем производят регулировку величины

75 6

Следует отметить, что отражение измерительного пучка от зеркал 3,4 и 5 вносит погрешность в результат измерений за счет потерь на отражеиие GT этих зеркал. Для устранения этой систематической погрешности измерений производится "обнуление" устройства. При этом величина центрального угла сектора модулятора р гулируется таким: образом, что сигнал на выходе дифференпиального усилителя равняется нулю при отсутствии исследуемого. образца, а оспабление, вносимое в этом случае в эталонный пучок, учитывается при определении измеряемых коэффициентов, При измерениях коэффициентов отражения зеркал предлагаемым способом иссле30

55 уменьшение амплитуды импульса светового потока измерительного пучка за счет прохождения последнего через исспедуемый . образец, т.е. ослабление эталонного пучка равно ослаблению измерительного. Коэффициент ослабления эталонного пучка равен отношению величине центрального угла eL сектора к центральному углу поло ного круга, т.е..к углу 360, При равенстве выходных сигналов фотоприемника от измерительного и эталонного пучков 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 усиления дифференциального усилителя и точность измерений определяется в основном точностью измерения коэффициента ослабления в эталонном пучке.

Таким образом задача измерений коэффициента пропускания исследуемого образца сводится к измерению отношения величины центрального угла сектора z 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 вполне, осуществимо, точность вычисления m ношения величины этого угла к углу 360, а следовательно, и точность измерений- коэффициентов пропускания оптических материалов оказывается 0,05%, что существенно выше, чем стабильность коэффициента усилении дифференциального усилителя, оц ределяюшая точность измерений в извест» ных способах. дуем ое зеркало помешают 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 коэффиmemos 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 wr. на фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью повышеняя 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

0 модулятора таким образом, чтобы, проинтегрированные выходные сигналы фотоприемника от измерительного и эталонного пучков сравнялись между собой и по отношению величины центрального угла сектора к углу 360 определяют коэффициенты пропускания или отражения исследуе, мых образцов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

И 542915, кл. Я 01 Г 1/04, 1977.

2. Патент ФРГ % 1281170, кл. 42 и 17/02 (прототип).

868375 т.иЕ. 2

Составитель А. Шуров

Редактор В, Петраш Техред Л.Пекарь Корректор М. Шароши

Заказ 8303 $2 Тираж 910 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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