DD231634A1

DD231634A1 - ARRANGEMENT FOR THE PHOTOACUSTIC MEASUREMENT OF THE EXTINCTION OF LOWER MATERIAL SURFACES

Info

Publication number: DD231634A1
Application number: DD27139984A
Authority: DD
Inventors: Heinz-Guenter Walther
Original assignee: Univ Schiller Jena
Priority date: 1984-12-21
Filing date: 1984-12-21
Publication date: 1986-01-02

Abstract

Die Anordnung fuer die photoakustische Messung der Extinktion ebener Materialoberflaechen verfolgt das Ziel der apparativen Vereinigung der Messung der spektralen Absorption und Lichtstreuung. Die Loesung dieser Aufgabe gelingt mit einer Anordnung fuer die Photoakustische Messung der Extinktion von ebenen Materialoberflaechen erfindungsgemaess dadurch, dass sie aus einer auf eine zu pruefende Materialoberflaeche schalldicht aufsetzbaren Messzelle besteht, die einen einseitig offenen, durch die Materialoberflaeche verschliessbaren Hohlraum aufweist, dessen Durchmesser sehr gross gegenueber seiner Hoehe ist und dessen der Materialoberflaeche gegenueberliegende Wand ein transparentes Fenster mit in zwei Stufen veraenderlicher Groesse enthaelt. Fuer die Absorptionsmessung hat das transparente Fenster die Groesse der Messzelle, fuer die Messung der Summe von Absorption und Streulicht die Groesse des Durchmessers des Beleuchtungsstrahles.The arrangement for the photoacoustic measurement of the extinction of flat material surfaces pursues the goal of the apparatus combination of the measurement of spectral absorption and light scattering. The solution of this object is achieved with an arrangement for the photoacoustic measurement of the extinction of flat material surfaces according to the invention in that it consists of a sound-proof placed on a material surface to be tested measuring cell having a one-sided open, closable by the material surface cavity whose diameter is very large is opposite its height and the wall of the material opposite surface a transparent window containing in two stages veraenderlicher size. For the absorption measurement, the transparent window has the size of the measuring cell, for the measurement of the sum of absorption and scattered light, the size of the diameter of the illumination beam.

Description

Titel: ·Title: ·

Anordnung für die photoakustische Messung der Extinktion ebener Materialoberflächen " .Arrangement for the photoacoustic measurement of the extinction of flat material surfaces ".

Anwendungsgebiet der Erfindung:Field of application of the invention:

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur qualitativen und. quantitativen Bewertung der optischen Beschaffenheit, insbesondere für die.photoakustische Messung der Extinktion von Materialoberflächen, wobei diese entweder eben und schalldicht sein müssen oder sich auf ebene und schalldichte Unterlagen aufbringen lassen müssen.The invention relates to an arrangement for qualitative and. quantitative assessment of the optical condition, in particular for the.photoacoustic measurement of the extinction of material surfaces, which must either be even and sound-proof or have to be able to be applied to flat and soundproof substrates.

Unter der optischen Beschaffenheit werden die Größe der licht-, wellenlängenabhängigen Absorption und diffusen Reflexion (Streuung) ,verstanden, aber auch solche davon abgeleiteten Größen wie Glanz,. Farbe, Weißheitsgrad einschließlich der Verteilung derselben über die Materialoberfläche.Under the optical condition, the size of the light, wavelength-dependent absorption and diffuse reflection (scattering) understood, but also such derived variables such as gloss. Color, whiteness including the distribution of the same over the material surface.

Die Erfindung ist geeignet zur Funktionsbewertung oder Gütekontrolle innerhalb eines Produktionsablaufs der- Herstellung und Bearbeitung obiger Materialoberflächen.The invention is suitable for function evaluation or quality control within a production process of production and processing of the above material surfaces.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:Characteristic of the known technical solutions:

Zur Bestimmung der optischen Beschaffenheit von Materialoberflächen ist es notwendig, deren wellenlängenabhängige Absorption und diffuse Reflexion (Streuung) zu messen. Zur Messung derTo determine the optical condition of material surfaces, it is necessary to measure their wavelength-dependent absorption and diffuse reflection (scattering). To measure the

Absorption an transparenten Materialien werden spektralphotonietris_ch Transmissions- und Reflexionsverfahren benutzt. Diese verwenden im allgemeinen das Zweistrahlvergleichsprinzip und.Absorption on transparent materials are used spectrally photonietris_ch transmission and reflection methods. These generally use the two-beam comparison principle and.

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ermöglichen Absorptionsmessungen bis zu 10 mit einer üblichen Genauigkeit von 1 % des eingestellten Meßbereiches. Für extrem äbsorptionsarme oder undurchlässige oder stark streuende Materialien versagen diese Methoden. Hier eignen sich zur Absorptionsmessung die Laserkalorimetrie (Optical .Engineering 23 ~ (1984) S. 326), die Thermoemission ( Application of Surface Science 6 (1980) S. 372) oder photoakustische Verfahren (J.allow absorption measurements up to 10 with a usual accuracy of 1 % of the set measuring range. For extremely low-absorption or impermeable or strongly scattering materials, these methods fail. Laser calorimetry (Optical. Engineering 23 (1984) p. 326), thermoemission (Application of Surface Science 6 (1980) p. 372) or photoacoustic methods (J.

Appl. Physics 51 - (1980) S. 4361). Diese letzteren Verfahren sind im Unterschied zu den spektralphotometrischen Methoden nichtoptische Meßverfahren," bei denen eine Temperaturänderung als Zwischenabbildungsgröße der Absorption wirkt.Appl. Physics 51 - (1980) p. 4361). Unlike the spectrophotometric methods, these latter methods are non-optical measuring methods in which a temperature change acts as an intermediate image size of the absorption.

Zur Messung der diffusen Reflexion werden für stark streuende Untersuchungsobjekte Remissionsmeßanordnungen (oft als Ergänzung der spektralphotometrischen Transmissionsmeßverfahren) benutzt.To measure the diffuse reflection, remission measurement arrangements (often as a supplement to the spectrophotometric transmission measurement method) are used for strongly scattering examination objects.

— 3 ' Bei schwach streuenden Materialien (Streuanteil ·< 10 ) eignen sich Streulichtphotometer, mit denen das diffus reflektierte Licht richtungsselektiv gemessen wird, sowie Ulbricht'sehe (Optical Engeneering 17 - (1978) S. 647) und Coblentzkugeln (Optik 30 — (1970) S. 437), die den gesamten in den Halbraum gestreuten Lichtstrom messen. · . .For weakly scattering materials (scatter fraction <10), scattered light photometers with which the diffusely reflected light is direction-selectively measured, and Ulbricht'sehe (Optical Engineering 17 - (1978) p. 647) and Coblentzkugeln (optics 30 - 1970), p. 437), which measure the total luminous flux scattered in the half-space. ·. ,

Um nach obigen, bisher bekannten Verfahren die Absorption und diffuse Streuung einer Materialoberfläche, zu messen, war es notwendig, zwei im allgemeinen verschiedene - Meßverfahren für, Absorption und Lichtstreuung zu benutzen und in jedem Fall das Untersuchungsobjekt "in 2 verschiedenen Anordnungen zu plazieren.In order to measure the absorption and diffuse scattering of a material surface according to the above known methods, it was necessary to use two generally different measuring methods for absorption and light scattering and in each case to place the object to be examined in 2 different arrangements.

Ziel der Erfindung:.Object of the invention:

Die Erfindung verfolgt das Ziel der apparativen Vereinigung der Messung der spektralen Absorption und Lichtstreuung.The invention pursues the goal of the apparatus combination of the measurement of the spectral absorption and light scattering.

Darlegung des Wesens der Erfindung:Explanation of the essence of the invention:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Absorptions- und Streulichtmessungen in einer Apparatur zu vereinigen.·The invention has for its object to combine absorption and scattered light measurements in an apparatus.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einer Anordnung für die photoakustische Messung der Extinktion von ebenen Materialoberflächen · erfindungsgemäß' dadurch, daß sie aus einer auf eine zu prüfende Materialoberfläche schalldicht aufsetzbaren Meßzelle 'besteht, die einen einseitig offenen, durch die Materialoberfläche verschließbaren Hohlraum aufweist, dessen Durchmesser sehr groß gegenüber seiner Höhe ist und dessen der Materialoberflache gegenüberliegende Wand ein transparentes Fenster mit in zwei Stufen veränderlicher Größe enthält. Es ist vorteilhaft, wenn für die Messung der Absorption der Materialoberfläche das transparente Fenster durch die Größe der den Hohlraum abschließenden, der Probenoberfläche gegenüberliegenden Wand der Meßzelle bestimmt wird und für die Messung der Summe von Absorption und Streulicht das transparente Fenster die Größe des Beleuchtungsstrahles aufweist und die verbleibende Fläche der der Probenoberfläche gegenüber- . liegenden Wand aus das Streulicht absorbierendem Material besteht. Dadurch wird es möglich, in der gleichen Positionierung des Untersuchungsobjektes nacheinander Absorption und Lichtstreuung zu messen, was eine Senkung der Vorbereitungsund Meßzeit zur Folge hat. Gleichzeitig damit eliminieren sich bei Vergleichsmessungen von Absorption und Lichtstreuung Meßfehler und ein echter Vergleich der am gleichen Ort durchgeführten Messungen wird möglich. . .The solution of this object is achieved with an arrangement for the photoacoustic measurement of the extinction of flat material surfaces according to the invention 'in that it consists of a sound to a test material surface to be tested measuring cell' which has a one-sided open, closable by the material surface cavity whose Diameter is very large compared to its height and the material surface of the opposite wall contains a transparent window with variable in two stages size. It is advantageous if, for the measurement of the absorption of the material surface, the transparent window is determined by the size of the cavity closing, the sample surface opposite wall of the measuring cell and for the measurement of the sum of absorption and scattered light, the transparent window has the size of the illumination beam and the remaining area of the surface of the sample opposite. lying wall consists of the scattered light absorbing material. This makes it possible to measure successively absorption and light scattering in the same positioning of the examination object, resulting in a reduction of the preparation and measurement time. Simultaneously with comparative measurements of absorption and light scattering measurement errors are eliminated and a true comparison of the measurements made at the same location becomes possible. , ,

Die Meßzelle umschlie-ßt einen Gasraum, dessen Grundflächenabmessung groß gegenüber seiner Höhe und groß gegenüber dem Durchmesser des Meßstrahl" ist. Die Grundfläche des Gasraums wird durch die zu- untersuchende Materialoberfläche und die Deckfläche durch ein Fenster, durch das der intensitätsmodulierte Meßstrahl fällt,-schalldicht abgeschlossen. Die Größe des Fensters kann in mindestens 2 Stufen wählbar verändert werden.The measuring cell encloses a gas space whose base area dimension is large with respect to its height and large with respect to the diameter of the measuring beam. "The base area of the gas space is defined by the material surface to be examined and the top area by a window through which the intensity-modulated measuring beam falls. The size of the window can be changed in at least 2 stages selectable.

Zur Messung der Absorption der Materialoberfläche wird das Fenster so groß wie die Grundfläche der Gaszelle., gemacht und das photoakustische Signal in bekannter Weise aufgenommen.To measure the absorption of the material surface, the window is made as large as the base area of the gas cell, and the photoacoustic signal recorded in a known manner.

Das Absorptionssignal ist eichbar und soll mit ^ . bezeichnet werden. 'The absorption signal is verifiable and should be denoted by ^. be designated. '

Zur Messung des Streulichts wird die Größe des Fensters bis auf den Durchmesser des Meßstrahls verringert, wobei die gegenüber der Absorptionsmessung zugezagene Fensterfläche auf der dem Gasraum zugewandten Seite optisch schwarz sein soll. Das.-jetzt meßbare photoakustische Signal (ji setzt sich additiv aus dem Absorptionssignal der Materialoberfläche (f. und dem Absorptionssignal des Streulichts R^ -zusammen. Auch die Streulichtabsorption ist eichbar, so daß aus Il . und l\ die Ab-To measure the scattered light, the size of the window is reduced to the diameter of the measuring beam, wherein the window surface to be fenced relative to the absorption measurement should be optically black on the side facing the gas space. Das.-now measurable photoacoustic signal (ji is the sum of the absorption signal of the material surface (f. And -along the absorption signal of the scattered light R ^. The scattered light absorption can be calibrated so that from Il., And l \, AB

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sorption und das diffuse Reflexionsvermögen bestimmt werden können.Sorption and the diffuse reflectivity can be determined.

Die Erfindung besitzt gegenüber den bisher bekannten Verfahren der Absorptions- und Streulichtmessung folgende Vorteile: The invention has the following advantages over the previously known methods of absorption and scattered light measurement:

- Absorptions- und Streulichtmessung werden in der gleichen Anordnung und nach dem gleichen Meßprinzip durchgeführt, wobei für Vergleichsmessungen sich Meßfehler eliminieren. Die Empfindlichkeit der Meßapparatur ist auch für die Streulichtmessung wellenlängenunabhängig.- Absorption and scattered light measurement are carried out in the same arrangement and according to the same measurement principle, with measurement errors eliminating measurement errors. The sensitivity of the measuring apparatus is also wavelength-independent for the scattered light measurement.

- Die Materialoberfläche wird an der gleichen Stelle vermessen, so daß eine reale Beurteilung der lokalen optischen Beschaffenheit möglich ist.- The material surface is measured in the same place, so that a real assessment of the local optical condition is possible.

- Meßdurchführung und Auswertung erfordern weniger Zeitaufwand, als' es bei Benutzung von 2 voneinander unabhängigen Verfahren der Fall wäre.- Measurement and evaluation require less time than it would be the case using two independent methods.

Ausführungsb.eispiel: - ' 'Exemplary embodiment: - ''

Das Wesen der Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden:. In" der Figur ist ein "Querschnitt einer erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt.The essence of the invention will be explained in more detail with reference to an exemplary embodiment. In the figure, a cross-section of an inventive arrangement is shown.

Auf eine Materialoberfläche 1 wird die ,photoakustische Meßzelle 2 aufgesetzt. Diese umschließt einen Gasraum.3, der von einem Fenster 4 abgedeckt wird. Die Dichtungen 5 verhindern'On a material surface 1, the photoacoustic measuring cell 2 is placed. This encloses a gas space. 3, which is covered by a window 4. Prevent the seals 5 '

Schalltransmission in und aus dem Gasraum. Ein intensitätsmodulierter Lichtstrahl 6 verursacht infolge Absorption Schallwellen., die mit einem Schallempfänger 7 gemessen werden. Das Fenster ist in einem Exemplar bis auf einen 3mm 0 großen zentralen Kreis einseitig matt geschwärzt. Zur Realisierung-verschiedener Fenstergrößen für Absorptions- und Streulichtmessungen ist das volltransparente Fenster gegen ein einseitig-geschwärztes auszutauschen, wobei es schon genügt, das geschwärzte Fenster, das einige mm dick ist, im Fall der Absorptionsmessung mit der schwarzen Seite zum Meßstralil hin und im Fall der Streulichtmessung mit der geschwärzten Seite zum Gasraum hin einzusetzen.Sound transmission into and out of the gas space. An intensity-modulated light beam 6 causes due to absorption sound waves., Which are measured with a sound receiver 7. The window is blackened in one copy except for a 3mm 0 large central circle on one side. In order to realize different window sizes for absorption and scattered light measurements, the fully transparent window is to be replaced by a one-sided blackened one, where it is sufficient, the blackened window, which is a few mm thick, in the case of absorption measurement with the black side towards Meßstralil out and in the case to use the scattered light measurement with the blackened side to the gas space.

Die Eignung der so aufgebauten Meßanordnung zur quantitativen Erfassung von Absorption und Lichtstreuung wurde mit Hilfe von Referenzproben geprüft und nachgewiesen. Diese Referenzproben waren Farbglasfilter mit bekannter Absorption,, deren Oberfläche aufgerauht worde.n war und deren Lichtstreuung- optisch bestimmt wurde. Die photoakustisch gemessene Extinktion stimmte im Rahmen des Meßfehlers mit den durch, die optischen Verfahren erhaltenen Resultate überein.The suitability of the measuring arrangement designed in this way for the quantitative detection of absorption and light scattering was tested and verified with the aid of reference samples. These reference samples were color glass filters of known absorbance whose surface was roughened and whose light scattering was optically determined. The photoacoustically measured absorbance agreed within the measurement error with the results obtained by the optical methods.

Claims

Inventory request: '. , *

1. Arrangement for the photoacoustic measurement of the extinction of flat material surfaces, characterized in that it consists of a sound-proof placed on a material surface to be tested measuring cell "which has a one-sided open, - closed by the Mäterialoberflache cavity whose diameter is very large compared to his Height is' and whose material surface opposite wall contains a transparent window with variable in two stages size.

2., Arrangement according to item 1, characterized in that for the measurement of the absorption of MateriaIO.berf laugh, the transparent window by the size of the cavity concluding, the sample surface opposite wall of the measuring cell is determined.

3. Arrangement according to item 1, characterized in that for the measurement of the sum of absorption and scattered light, the transparent window has the size of the Beleuchtungss.trahles and the remaining surface of the surface opposite the sample surface of the scattered light absorbing material consists,

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