RU1095783C - Способ определени коэффициентов поверхностного и объемного поглощени слабопоглощающих материалов - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к оптическим измерени м и может быть использооано дл  измерени  козффициентов поверхностного и объемного поглощени  прозрачных и полупрозрачных материалов.

Известен способ определени  коэффициентов поглощени  поглощающих материалов, заключающийс  в освещении модулированным излучением помещаемых в оптико-акустическую камеру исследуемого и эталонного образца и сравнени  акустических сигналов.

Однако этот способ позвол ет изучать образцы только с одним видом поглощени : объемным или поверхностным.

Наиболее близким  вл етс  способ определени  коэффициентов поверхностного и объемного поглощени  слабопоглощающих материалов с помощью оптико-акустической камеры, заключающийс  в освещении исследуемого и эталонного образцов модулированным потоком излучени  и сравнении акустических сигналов от этих образцов.

Акустический сигнал преобразуют с помощью чувствительного микрофона в электрические колебани , которые после усилени  поступают на один вход синхронного детектора. На второй вход синхронного детектора поступает опорный сигнал, В оптико акустическую камеру помещают эталонный образец только с поверхностным поглощением, например слой сажи, нанесенный на подложку. Синхронный детектор настраивают таким образом, чтобы сигнал на выходе его был равен нулю. Затем на два входа синхронного детектора подают опорный сигнал и сигнал с оптико-акустической камеры с изучаемым образцом, имеющим как поверхностное, так и объемное поглощение , и измер ют выходной сигнал. Так как .составл ющие акустического сигнала, вызванные поверхностным и объемным поглощением , сдвинуты между собой по фазе, то на выходе синхронного детектора будет сигнал, пропорциональный только величине объемного поглощени  в образце. После этого в камеру/помещают эталонный образец с известным объемным поглощением и известными коэффициентами теплопроводности и температуропроводности и измер ют выходной сигнал при той же настройке синхронного детектора.

Из сопоставлени  сигналов по известным зависимост м определ ют величину коэффициента объемного поглощени  образца . При этом должны быть заранее известны коэффициенты теплопроводности и температуропроводности образца.

Аналогично может быть измерен коэффициент поверхностного поглощени .

Дл  проведени  измерений по этому способу требуетс  иметь два эталона с известными оптическими и тепловыми свойствами. Кроме того, дл  определени  козффициенТОО поверхностного и объемного поглощени  требуетс  проводить отдельные измерени . Это увеличивает трудоемкость способа и усложн ет эталонное обеспенение способа. Цель изобретени  - упрощение и ускорение измерений.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе определени  коэффициентов поверхностного и объемного поглощени  слабопоглощающих материалов с помощъю

оптико-акустической камеры, заключающемс  в освещении исследуемого и эталонного образцов модулированным потоком излучени  и сравнении акустических сигнаов от этих образцов, измер ют отношение

и фазовый сдвиг сигналов от образца и одного эталона только с одним видом поглощени , поверхностным или объемным, и по этим двум измерени м определ ют коэффициенты поглощени  образца.

На чертежедана схема установки дл  проведени  измерений поверхностного и объемного поглощени . Установка содержит источник излучени  1, модул тор 2, ог1тик0-акуСтическую камеру 3 с образцом 4, микрофон 5,

пару светодиодгфотодиод б, широкополосный предусилитель 7, два узкополосных усилител  . 8, фазометр 9 и цифровой вольтметр 10.

Источником излучени  1 служит лампа накаливани , например ОП12-100, мощностью 100 Бт.

Излучение фокусируют на механический модул тор 2, представл ющий собой диск с прорез ми, и после прохождени  модул тора повторно фокусируют на образец

4В оптико-акустической камере 3. Камера 3 соединена с микрофоном 5, преобразующим колебани  давлени  воздуха в камере 3 в электрический сигнал. Опорный сигнал создает пара свётодиод-фотодиод 6, размещенна  в модул торе 2. Сигнал с микрофона 5 усиливаетс  широкополосным предусилителем 7 и узкополосным усилителем 8.

Дл  измерени  фазового сдвига сигнал

с микрофона и опорный сигнал подаютс 

после усилени  на два входа фазометра 9.

Величину сигнала измер ют цифровым

вольтметром 10.

Коэффициенты объемного и поверхностного поглощени  св заны соотношением

.)

- 1

tg

Claims (2)

1. (1) при эталоне только с поверхностным поглощением или соотношением tg (f+ Ду)-1 при эталоне только с обьемным поглощением , где/Зо - коэффициент объемного поглощени  образца; уЗп - коэффициент поверхностного поглощени  образца, А -измеренный фазовый сдвиг; сь - коэффициент температуропроводности образца; (а - углова  частота модул ции излучени . Измер ют отношение сигналов и из отношени  сигналов и отношени  коэффициентов объемного и поверхностного поглощени  определ ют величину коэффициентов поглощени . Из решени  системы дифференциальных уравнений теплопроводности дл  плоского образца и газа в оптико-акустической камере следует .. )|-1 где - фазовый сдвиг колебаний температуры на границе образец-газ; а величина колебаний температуры на этой границе равна 1 4. Ksas где KS, Kg - коэффициенты теплопроводности образца и. газа в камере; а (w/2 а) ; индексы s и g относ тс  к образцу и газу соответственно; 1о г интенсивность подводимого излучени . Выражени  (3) и (4) справедливы, если ,.20-5-30 см Формула изобретени  СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПОВЕРХНОСТНОГО И ОБЪЕМНОГОПОГЛОЩЕНИЯ СЛАБОПОГЛОЩАЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ с помощью оптико-акустической камеры, заключающийс  в освещении исследуемого и эталонного образцов модулированным (1-5-3)10-
2. 2. Фазовый сдвиг и величина акустического сигнала однозначно определ ютс  фазовым сдвигом и величиной колебаний температуры на границе обрас,ц-газ. Из формулы (4) следует, что, ерли образец имеет только поверхностное поглощение ,. /2 Ksas() и, если образец имеет только объемное поглощение . sas(1 4-По ,предложенному способу требуетс  один эталон с одним видом поглощени  и известнымй оптическими и теплофизическими характеристиками , а количество измерений уменьшаетс , т.к. оба коэффициента погло щени  определ ютс  всего из двух измеренных величин: отношени  сигналов при помещении в оптико-акустическую камеру изучаемого образца и эталона и фазового сдвига между ними. При определении отношени  коэффициентов поглощени  не т{}ебуетс  знать ни величину поглощени  эгалонз. ни его теплофизические харвкт€|9и тики. Достаточно знать толькокак поглощает эталон: вобъеме или на поверхноети. (56) Poulet Р. etsj. Quantitative jahotoacoustic spectroscopy appUed to гЬёгтаПу thick samples. Journal of Applied Physics. 1980, у.51,МгЗ, p.t738-t742. Новиков В.П. Новиков M.A. Дифференциальный оптико-акустический метод измерени  малого оптического поглощени . HI Всесоюзна  конференци  Оптика лазеров, Л. 1982. С.440. оком излучени  и.сравнении акустических игналов от этих образцов, отличающийс  ем, что, с целью упрощени  и ускорени  змерений, измер ют отношение и фазоый сдвиг сигналов от образца и одного талона только с одним видом поглощеи , поверхностным или обьемным, и по тим двум измерени м определ ют коэфициенты поглощени  образца.